Hidrogel dan Aplikasinya Pada Penghantaran Obat Tertarget

Majalah Farmasetika – Pengiriman obat konvensional memiliki keterbatasan yang berkaitan dengan sistemik toksisitas dan dosis yang berulang.

Hidrogel menawarkan penghantaran obat yang nyaman untuk meminimalisir kerugian dan mengoptimalkan manfaat terapeutik dari obat. Dengan sifat fisik yang baik dan memberikan fitur pelepasan obat terkontrol yang hebat dan manfaat yang ditawarkan untuk perlindungan obat yang labil dari degradasi, hidrogel muncul sebagai obat yang sangat efisien dalam sistem pengiriman.

Fleksibilitas dan keragaman hidrogel memperluas aplikasinya di luar pengiriman obat yang ditargetkan juga untuk pembalut luka, lensa kontak dan rekayasa jaringan. Hydrogel adalah 90% air, dan sangat berpori untuk menampung obat untuk penghantaran dan memfasilitasi pelepasan terkontrol. Di sini dibahas mengenai hidrogel dan bagaimana mereka dapat dimanipulasi untuk ditargetkan dalam aplikasi pengiriman obat. Contoh-contoh yang sesuai dari literatur disediakan yang mendukung kemajuan hidrogel dalam pengiriman obat yang ditargetkan di berbagai area penyakit dan bagaimana mereka bisa dimodifikasi sesuai dengan cara yang sangat berbeda untuk mencapai dampak yang signifikan dalam pengiriman obat yang ditargetkan.

Dengan kemudahan modifikasi yang sangat besar, hidrogel berfungsi sebagai alat penghantaran yang menjanjikan dari molekul terapeutik dalam beberapa kondisi penyakit, termasuk kanker dan diabetes.

1. Pendahuluan

polimer hidrofilik yang mampu menyerap air dalam jumlah besar dan mengalami pembengkakan serta penyusutan yang sesuai untuk memfasilitasi pelepasan obat yang terkontrol disebut hidrogel. Porositas dan kompatibilitasnya dengan lingkungan berair membuatnya sangat menarik sebagai alat penghantar obat yang biokompatibel. Aplikasi hydrogel bermacam-macam dan untuk beberapa kebutuhan biomedis dapat dibentuk menjadi berbagai bentuk fisik seperti nanopartikel, mikropartikel, slab, film dan coating [1].

Hidrogel adalah alat penghantar obat yang menjanjikan, trendi, cerdas, dan ‘pintar’ yang memenuhi persyaratan khusus untuk menargetkan obat ke sisi target tertentu dan mengendalikan pelepasan obat.

Rangsangan enzimatik, hidrolitik atau rangsangan lingkungan seringkali cukup untuk memanipulasi hidrogel dalam pelepasan obat di sisi target yang diinginkan [2].

Seperti halnya dua sisi mata uang, terdapat juga kelemahan terkait penggunaan hydrogel. Kerugian utama dalam penghantaran pada sebagian besar obat adalah hidrofobisitasnya.

Kekuatan tarik hidrogel lemah dan terkadang menyebabkan pelepasan obat lebih awal sebelum tiba di tempat target.

Sifat fisik hidrogel yang menarik, terutama porositasnya, menawarkan keuntungan dalam aplikasi pengiriman obat seperti pelepasan berkelanjutan dari obat yang dimuat. Tingginya konsentrasi dari bahan aktif farmasi dipertahankan dalam jangka waktu yang lama melalui mekanisme pelepasan yang sesuai yang dikendalikan oleh difusi, pembengkakan, reaksi kimia atau berdasarkan beberapa rangsangan lingkungan.

Penghantaran obat yang terkontrol melalui proses difusi menggunakan hydrogel dalam reservoir atau matriks devices yang memungkinkan pelepasan obat berbasis difusi melalui pori-pori hidrogel.

Di sistem penghantaran reservoir, membran hidrogel melapisi inti reservoir yang mengandung obat yang memiliki konsentrasi tinggi di pusat sistem untuk memfasilitasi kecepatan pelepasan obat yang konstan. Sementara sistem pengiriman reservoir menghasilkan waktu-independen dan pelepasan obat konstan, sistem matriks bekerja melalui pori-pori makromolekul atau mesh.

Jenis pelepasan ini adalah pelepasan obat yang bergantung pada waktu di mana laju pelepasan awal sebanding dengan akar kuadrat waktu, bukannya konstan.

Pembawa pada penghantaran obat untuk mata telah dikembangkan menggunakan hidrogel yang berikatan silang secara kovalen.

Hidrogel yang lembut dan dapat terurai secara hayati dengan kapasitas pembengkakan tinggi menawarkan kenyamanan yang besar bagi pasien. Poli(etilena glikol) hidrogel biasanya digunakan untuk memproduksi sistem penghantaran obat mata.

Hidrogel sebagai alat penghantar, dapat meningkatkan hasil terapi dan telah digunakan secara luas dalam pengobatan klinis.

Penghantaran temporal dan spasial makromolekul obat, molekul kecil, dan sel dapat ditingkatkan dengan penggunaan hidrogel untuk pengiriman obat [2].

Pengiriman obat menggunakan hidrogel, bagaimanapun, belum bebas dari tantangan, perbaikan terus-menerus dilakukan untuk mengidentifikasi desain hidrogel yang paling cocok untuk tujuan pengiriman obat tertentu.

2. Trend Saat Ini dalam Targetted Drug Delivery Berbasis Hidrogel

• Supramolecular Hydrogel

System hydrogel supramolekular dihasilkan dari interaksi intermolekular non-kovalent dari dua atau lebih molekul yang saling berikatan. Selain menawarkan stabilitas fisik yang tepat, hydrogel mampu mencapai pemuatan obat dan gelasi secara bersamaan dalam lingkungan berair tanpa perlu terjadinya ikatan silang kovalen.

Kontrol pendarahan dan penyembuhan luka dengan bio-adhesive hidrogel memberikan manfaat biomedis yang luar biasa.

pembentukan Hidrogel in situ digunakan untuk menyembuhkan jaringan yang terluka berdasarkan kemampuannya untuk mengakumulasi dan membentuk jembatan fibrin yang memungkinkan migrasi fibroblas dan sekresi kolagen untuk memperbaiki jaringan yang luka.

Curcumin telah terbukti memiliki beberapa manfaat terapeutik dan digunakan dalam aplikasi terapi konvensional. Aspek yang menantang dari penghantaran curcumin adalah kelarutannya dalam air yang sangat rendah. Namun, molekul asam glisinat (GA) yang dimodifikasi bersama kurkumin berbasis hidrogel telah dikembangkan untuk mengatasi masalah pengiriman obat yang tidak larut untuk karsinoma hepatoseluler. Kurkumin yang dimodifikasi molekul GA yang dipasok dalam bentuk pro-gelator dapat menghasilkan hidrogel supramolekul in vitro karena pengurangan disulfida oleh glutathione (GSH) dan peningkatan bioavailabilitas dan kelarutan kurkumin seperti yang dilaporkan pada sel HepG2. Serapan seluler yang lebih tinggi dan

aktivitas anti-kanker yang kuat diamati dengan hidrogel in vitro relatif terhadap senyawa penargetan kurkumin yang diuji [3].

• DNA-Hydrogel

Hybrid Bionanomaterial dapat dikembangkan menggunakan DNA sebagai bahan penyusunnya. Dapat diprediksi struktur dua atau tiga dimensi terbentuk dari molekul DNA. Jaringan yang sangat terstruktur dibentuk oleh hibridisasi molekul DNA komplementer dan struktur hidrogel yang menghasilkan pembengkakan pada saat bertemu lingkungan berair. Tidak hanya ini, bahan ditambahkan ke jenis molekul asam nukleat lainnya (seperti siRNA, miRNA), tetapi mereka dapat juga memuat obat pengikat DNA.

Kunci fitur hidrogel adalah Kelarutan tinggi, bio-kompatibilitas, keserbagunaan, dan responsivitas. Terlepas dari fitur-fitur ini, hydrogel juga dapat ditandai dengan molekul fluorescent yang sesuai untuk pelacakan studi biologi in vitro [4].

Aplikasi hidrogel yang menarik telah dibuat dengan pengembangan multi-fungsional kuantum dot (QD) DNA hidrogel.

Namun, agar studi biologi lebih mudah dan efektif dilakukan harus ada pelacak atau

molekul fluoresen yang disisipkan pada hidrogel yang kemudian akan menjadi pilihan superlative, baik sebagai penghantaran tertarget dan imaging.

Hidrogel DNA-cytosine-phosphate-guanine (CpG)-DNA telah digunakan untuk imunoterapi kanker. Urutan CpG yang mengandung hidrogel ini menimbulkan respons imun. Sebagai contoh, hidrogel DNA yang mengandung nukleotida CpG ini merangsang kekebalan bawaan melalui Toll-like reseptor 9 dan mempromosikan respons imun ovalbumin (OVA) yang dimasukkan ke dalam gel dengan bertindak sebagai bahan pembantu.

Reaksi yang merugikan diketahui mengurangi penggunaan hidrogel CpG-DNA dibandingkan dengan OVA yang disuntik dengan tawas atau adjuvant Freund lengkap [5,6].

• Bio-Inspired Hydrogel

Jenis terbaru hydrogel yang digunkan untuk aplikasi penghantaran obat adalah bio-inspired hydrogel.

Materi 3D ini merekapitulasi lingkungan mikro biologis yang relevan dengan kondisi penyakit dan mendukung studi tentang bagaimana proses penghantaran obat yang ditargetkan dapat dioptimalkan, bagaimana terapinya

berperilaku in vivo, bagaimana penyakit berkembang, dan sebagainya. Ini sangat berguna dalam terapi kanker karena penyakit ini sangat kompleks dan biasanya terkait dengan perubahan yang memerlukan pemantauan progresif seluler dan fisiologis yang rumit.

Rekayasa lingkungan mikro seperti itu akan menjadi pendekatan yang sangat berguna untuk mempromosikan penelitian dan mempelajari kondisi penyakit dan proses terapeutik lebih baik.

• Multi-Functional dan Stimuli-Responsive Hydrogels

Hidrogel yang multi fungsi dan pembawa obat anti kanker adalah contoh khas dari kemanfaatan alat penghantar ini dan kemampuan mereka dalam modifikasi kimia untuk meningkatkan efek terapeutik mereka. Nanopartikel magnetit yang mendukung peningkatan penyerapan intraseluler dengan Sel HeLa juga memiliki ligan folat untuk memungkinkan pengiriman yang ditargetkan. Selain itu, polimer hidrogel responsif secara termal dan memuat DOX. Hidrogel yang dimodifikasi tersebut menawarkan keuntungan seperti: peningkatan serapan seluler dan aktivitas apoptosis in vitro [7].

Hidrogel lain yang responsif terhadap rangsangan yang dikembangkan baru-baru ini menggunakan biokompatibel polimer responsif termal yang memfasilitasi pecahnya sel kanker. Studi dilakukan in vitro dengan sumber panas eksternal dan menunjukkan sel kanker yang berhasil pecah.

Kesimpulan

Hidrogel menawarkan platform serbaguna untuk terapi beberapa penyakit termasuk kanker dan diabetes. Sifat hidrogel yang menyukai air dan kemampuannya untuk menyusut dan membengkak tergantung pada beberapa stimulasi lingkungan atau hanya dengan adanya air merupakan aplikasi penghantaran obat yang menarik.

Hydrogel memiliki tingkat porositas yang tinggi dan polimer yang membangunnya dapat dihubungkan silang ke berbagai macam derajat dengan menyesuaikan kepadatannya. Dengan struktur fisik yang sangat memungkinkan untuk dimodifikasi dengan beberapa cara, aplikasi hidrogel tidak hanya terbatas pada pengiriman obat yang ditargetkan. Hydrogel juga ditemukan pada aplikasi dalam produk kebersihan, pembalut luka, lensa kontak dan rekayasa jaringan.

Perkembangan hidrogel baru-baru ini di bidang penghantaran obat yang ditargetkan sangat luar biasa.

Mereka dimodifikasi dengan ligan penargetan dan beragam jenis polimer yang memberikan hasil yang sangat menarik untuk pengiriman obat.

Pengiriman obat mata adalah area yang melihat dampak signifikan dalam terapi dari hidrogel. Dari lensa kontak yang nyaman hingga penghantaran obat yang dapat terurai secara hayati sehingga aplikasi dalam perawatan mata sangat besar. Hydrogel adalah 90% air, memberikan pelepasan obat dalam kondisi stabil selama berhari-hari atau berbulan-bulan, mampu menghantarkan molekul kecil atau protein besar, diserap sepenuhnya dalam pengiriman dan tetap terlihat selama pemantauan [8].

Yang perlu diperhatikan adalah penerapan hidrogel yang responsif terhadap pH untuk terapi kanker dan glukosa hidrogel responsif untuk diabetes. Penggunaan modifikasi membran stem sel untuk penghantaran yang ditargetkan adalah strategi yang sangat baru dan menarik untuk pengiriman obat. Membran ini dilapisi hidrogel (nanogel) yang disispkan obat sangat spesifik untuk target aktif penyakit pada kanker dan sangat bio-kompatibel.

Platform imunoterapi menggunakan hidrogel sangat signifikan dalam terapi kanker. Hidrogel memungkinkan pengiriman lokal antibodi dan molekul pengatur kekebalan lainnya di lokasi kanker merupakan alat penghantaran obat yang menjanjikan untuk terapi kanker.

DAFTAR PUSTAKA

1. Hydrogel Consumption Market Analysis by Current Industry Status and Growth Opportunities. 2018.
   Available online: https://coinlogitic.com/hydrogel-consumption-market-research-report/51472/ (accessed
   on 11 October 2018).
2. Hoare, T.R.; Kohane, D.S. Hydrogels in drug delivery: Progress and challenges. Polymer 2008, 49, 1993–2007.
3. Caló, E.; Khutoryanskiy, V.V. Biomedical applications of hydrogels: A review of patents and commercial
   Eur. Polym. J. 2015, 65, 252–267. [CrossRef]
4. Zhang, L. Multifunctional quantum dot DNA hydrogels. Commun. 2017, 8, 381. [CrossRef]
5. Nishikawa, M. Injectable, self-gelling, biodegradable, and immunomodulatory DNA hydrogel for antigen
   J. Control. Release 2014, 180, 25–32. [CrossRef]
6. Shahbazi, M.A.; Bauleth-Ramos, T.; Santos, H.A. DNA hydrogel assemblies: Bridging synthesis principles to
   biomedical applications. Ther. 2018, 1, 1800042. [CrossRef]
7. Kim, H. Synergistically enhanced selective intracellular uptake of anticancer drug carrier comprising folic
   acid-conjugated hydrogels containing magnetite nanoparticles. Rep. 2017, 7, 41090. [CrossRef]
8. Therapeutix, O. Engineered for Ocular Innovation. 2017. Available online: https://www.ocutx.com/about/hydrogel-technology/ (accessed on 11 October 2017).