Biodegradable Polimer: Tren Sistem Penghantaran Obat Masa Depan

Artikel Terkait

Mari Kenali Berbagai Manfaat Polimer Biodegradable Dalam Penyembuhan Luka

30 April 2024

Implant Biodegradable, Strategi Efektif Tingkatkan Efektivitas dan Keamanan Pengobatan di Bidang Ortopedi

30 April 2024

Polimer Onkolitik sebagai Solusi Perangi Heterogenisitas Tumor

9 Oktober 2023

Abstrak

Perkembangan teknologi penghantaran obat saat ini diarahkan pada sistem yang lebih efisien, presisi, dan aman bagi tubuh serta lingkungan. Drug Delivery System (DDS) merupakan pendekatan inovatif yang bertujuan untuk mengantarkan obat secara optimal ke tempat aksi dengan kontrol terhadap waktu, laju, dan lokasi pelepasan obat. Salah satu komponen kunci dalam pengembangan DDS adalah polimer yang bertindak sebagai pembawa (carrier), pelindung, dan pengatur pelepasan obat di dalam tubuh. Inovasi yang berkembang pesat adalah penggunaan polimer yang bersifat biodegradable, yakni polimer yang dapat terurai secara biologis dalam tubuh. Selama dua dekade terakhir, polimer biodegradable telah dianggap sebagai salah satu pilihan populer untuk pengiriman obat oral. Artikel ini membahas potensi dan tren terkini penggunaan biodegradable polimer dalam sistem penghantaran obat, termasuk aplikasinya dalam berbagai pengobatan, seperti kanker, penyakit kronis, dan pengembangan sediaan berbasis bahan alam.

 Pendahuluan

Drug Delivery System (DDS) merupakan pendekatan farmasetik modern yang dirancang untuk mengoptimalkan penyampaian zat aktif ke target spesifik dalam tubuh, dengan tujuan meningkatkan efektivitas terapi dan mengurangi efek samping. Sistem ini tidak hanya memperhatikan bagaimana obat dilepaskan (release) tetapi juga bagaimana obat ditargetkan (targeting) dan dilindungi dari degradasi sebelum mencapai lokasi aksi. Pada sistem konvensional, banyak obat mengalami keterbatasan seperti bioavailabilitas rendah, metabolisme cepat, dan distribusi yang tidak spesifik. Hal ini dapat menyebabkan efektivitas terapi menurun dan toksisitas meningkat.

Sistem penghantaran obat yang efektif menjadi tantangan dalam dunia farmasi modern. Polimer dapat dimanfaatkan untuk mengatasi tantangan farmakokinetik obat-obat konvensional dengan kemampuannya untuk membentuk matriks enkapsulasi dan pelepasan terkontrol, polimer memungkinkan obat bertahan lebih lama di sistem sirkulasi dan melepaskan zat aktifnya secara terprogram (Makadia, et al 2011 dan Fredenberg, et al 2011). Berdasarkan kemampuan degradasinya di dalam tubuh menjadi dua kelompok utama, yaitu polimer biodegradable dan polimer non-biodegradable. Pemilihan ini berdasarkan pada durasi terapi, pelepasan obat, jalur administrasi, dan profil farmakokinetik zat aktif.

Polimer biodegradable adalah polimer yang dapat dipecah oleh enzim atau kondisi fisiologis tubuh menjadi senyawa yang tidak toksik, seperti air, karbon dioksida, dan asam laktat, sehingga tidak perlu dikeluarkan secara manual dari tubuh. Sebagai contoh yang termasuk dalam kategori sintetik yaitu PLGA (Poly(lactic-co-glycolic acid)), PLA (Polylactic acid), dan PCL (Polycaprolactone). PLGA telah disetujui FDA dan digunakan luas dalam DDS (Makadia, et al 2011 dan Dash et al, 2012). Sementara itu yang berasal dari alam yaitu kitosan, alginate, dan gelatin (Kean et al 2010).

Polimer non-biodegradable merupakan polimer yang tidak terurai di dalam tubuh, sehingga dapat menyebabkan akumulasi atau perlu pengangkatan secara fisik setelah selesai digunakan. Namun, polimer jenis ini tetap digunakan untuk aplikasi jangka panjang atau penghantaran lokal karena kestabilannya yang tinggi. Sebagai contoh adalah Polydimethylsiloxane (PDMS), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), dan Ethylene-vinyl acetate (EVA) yang digunakan dalam system penghantaran implant seperti norplant® (Thakur et al 2014). Namun, penggunaan material DDS non-degradable masih memiliki masalah seperti akumulasi biomaterial dan risiko toksisitas jangka panjang. Biodegradable polimer menawarkan pendekatan strategis yang mengurangi beban toksikologis dan meminimalkan intervensi tambahan untuk mengeluarkan sisa sistem dari tubuh. Pemilihan biodegradable polimer berdasarkan pada kompatibilitas dengan molekul terapi, produk degradasi tidak toksik, dan biodegradabilitas untuk mikroenkapsulasi.

 Karakteristik dan Keunggulan Biodegradable Polimer

Polimer biodegradable secara luas dibagi menjadi dua kategori utama berdasarkan asalnya, yaitu polimer biodegradable alami dan sintetis. Polimer biodegradable alami dapat diperoleh dari tanaman, hewan, atau mikroorganisme, sementara polimer biodegradable sintetis disintesis secara kimiawi. Polimer biodegradable ini memiliki keunggulan seperti kompatibilitas jaringan, biodegradabilitas, toksisitas rendah, sifat pelepasan berkelanjutan dengan pendekatan pengiriman berorientasi target tertentu (Doppalapudi, et al 2016). Berbagai aplikasi polimer biodegradable mencakup area yang sangat luas dalam sistem pengiriman obat baru dan vaksinasi oral. Jika seseorang mempertimbangkan berbagai biomolekul seperti protein dan peptida yang akan digunakan untuk vaksinasi melalui rute oral, polimer biodegradable memainkan peran penting baik dengan melindungi zat-zat ini dari lingkungan asam lambung atau dengan memberikan pelepasan berkelanjutan yang mungkin berguna dalam mengurangi dosis frekuensi vaksinasi oral (Yan, et al 2020).

Polimer seperti PLA, PGA, PLGA, dan kitosan merupakan bahan utama dalam DDS karena biodegradabilitas dan biokompatibilitasnya. PLGA misalnya, dapat dirancang untuk mengontrol pelepasan obat selama berminggu-minggu hingga berbulan-bulan. Keunggulan lain dari polimer ini adalah kemampuannya untuk membawa berbagai jenis molekul bioaktif termasuk protein, peptida, dan ekstrak herbal seperti kurkumin, resveratrol, atau quercetin. Tidak hanya itu, biodegradabilitas memungkinkan bahan ini larut atau hancur dalam tubuh setelah penghantaran obat selesai, tanpa meninggalkan sisa bahan kimia yang berbahaya. Polimer ini juga dapat dikombinasikan dengan teknologi nano untuk membentuk nanopartikel yang mampu melewati penghalang biologis seperti blood-brain barrier, sehingga memungkinkan aplikasi pada penyakit neurodegeneratif.

 Aplikasi Klinis dan Potensi Masa Depan

Seiring dengan berkembangnya minat terhadap polimer yang dapat terurai secara hayati, polimer ini digunakan untuk berbagai masalah yang semakin canggih. Penemuan DDS berbasis polimer yang dapat terurai secara hayati membuka peluang baru untuk aplikasi klinis obat-obatan, yang karakteristik fisikokimia, farmakodinamik, atau farmakokinetiknya yang buruk membatasi rute pemberian dan penyebarannya dalam pengobatan terapan (Soebieraj, et al. 2024). Formulasi berbasis PLGA telah digunakan dalam berbagai produk komersial. Berbagai produk yang sudah disetejui FDA seperti Restasis, Ikervis, Cequa, Durysta, dan Ozurdex yang memungkinkan pelepasan obat bertahap (Tsung, et al 2023). Polimer biodegradable juga digunakan dalam bentuk hidrogel, mikrosfer, dan sistem mucoadhesive, memperluas kemungkinan penggunaan dalam terapi lokal, oral, maupun parenteral. Di bidang dermatologi, sistem ini digunakan dalam pengobatan luka kronis dan sebagai media pelepasan faktor pertumbuhan secara bertahap untuk regenerasi jaringan.

Pada penelitian terbaru dengan tujuan mengembangkan sistem penghantaran obat intraokular berbasis polimer biodegradable yang dapat menggantikan penggunaan tetes mata pascaoperasi katarak menggunakan Poly-lactic-co-glycolic acid (PLGA) yang terbiodegradasi, dengan muatan obat Deksametason (DEX) sebagai antiinflamasi dan Moksifloksasin (MOX) sebagai antibiotik. Pelepasan MOX lebih cepat (sekitar 22% dalam 24 jam) dibandingkan DEX (sekitar 2% dalam 24 jam). Implan berbasis PLGA yang mengandung DEX dan MOX menunjukkan potensi sebagai sistem penghantaran obat intraokular untuk manajemen pascaoperasi katarak, menggantikan kebutuhan akan tetes mata. Pendekatan ini dapat meningkatkan kepatuhan pasien dan menyederhanakan terapi pascaoperasi (Subhash, et al 2025).

Penghantaran obat oral dan vaksin dalam sistem mikro/nanopartikel polimer memiliki berbagai manfaat dibandingkan formulasi konvensional. Untuk penghantaran oral, sistem penghantaran harus membawa obat dan antigen dalam bentuk yang stabil dan melindungi biomolekul ini dari degradasi di lingkungan lambung dan lumen usus yang drastis. Dalam hal ini, sistem partikulat berbasis polimer alami dan sintetis yang dapat terurai secara hayati telah muncul sebagai pilihan yang menjanjikan dan aman untuk penghantaran obat dan vaksin. Formulasi ini lebih baik daripada yang tradisional dalam hal pengiriman yang ditargetkan, pelepasan terkontrol, pengurangan frekuensi pemberian dosis dan memberikan stabilitas pada obat biomolekul. Kemajuan berkelanjutan dalam sistem partikulat dan berbagai ketersediaan polimer biodegradable dengan beberapa karakteristik menarik seperti biokompatibilitas, adhesi mukosa, dan toksisitas rendah telah memfasilitasi pelaksanaan sistem pembawa yang aman dan efektif. Dalam sebagian besar kasus, sistem partikulat berbasis polimer yang membawa antigen atau sebagai adjuvan secara signifikan meningkatkan imunogenisitas dibandingkan dengan kasus-kasus dimana antigen diperkenalkan Tunggal (Jana, et al 2021).

Terlepas dari beberapa keuntungan dari polimer biodegradable, ini memiliki beberapa kelemahan juga seperti masalah fabrikasi, kinetika pelepasan obat yang tidak dapat direproduksi, kelarutan pelarut organik yang terbatas. Oleh karena itu, masih banyak hal yang perlu dieksplorasi untuk memperluas pemanfaatan sistem partikulat. Dengan kemajuan teknologi dan pemahaman yang lebih baik tentang sifat fisikokimia seperti ukuran, bentuk, dan muatan sistem partikulat berbasis polimer serta mekanisme yang terlibat dalam stimulasi sistem kekebalan tubuh atau respons terapeutik, sistem penghantaran yang jauh lebih efisien untuk obat dan vaksin dapat dikembangkan (Jana, et al 2021).

 Kesimpulan

Biodegradable polimer memberikan solusi teknologi penghantaran obat yang tidak hanya aman dan efisien, tetapi juga ramah lingkungan dan mendukung prinsip green pharmacy. Riset lanjutan dibutuhkan untuk mengeksplorasi sumber daya lokal sebagai bahan baku biodegradable. Penggunaan polimer biodegradable dalam sistem penghantaran obat semakin berkembang, dengan banyak produk yang telah disetujui FDA. Teknologi ini menawarkan potensi besar dalam meningkatkan efektivitas pengobatan serta mengurangi efek samping dan risiko yang terkait dengan terapi konvensional.

 Daftar Pustaka

1. Makadia, H. K., and Siegel, S. J. (2011). Poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) as biodegradable controlled drug delivery carrier. Polymers (Basel), 3(3), 1377–1397.
2. Fredenberg, S., Wahlgren, M., Reslow, M., and Axelsson, A. (2011). The mechanisms of drug release in poly(lactic-co-glycolic acid)-based drug delivery systems—A review. International Journal of Pharmaceutics, 415(1–2), 34–52.
3. Dash, T. K., and Konkimalla, V. B. (2012). Poly-є-caprolactone based formulations for drug delivery and tissue engineering: A review. Journal of Controlled Release, 158(1), 15–33.
4. Kean, T., and Thanou, M. (2010). Biodegradation, biodistribution and toxicity of chitosan. Advanced Drug Delivery Reviews, 62(1), 3–11.
5. Thakur, V. K., and Thakur, M. K. (2014). Recent advances in graft copolymerization and applications of chitosan: A review. Carbohydrate Polymers, 112, 1–15.
6. Yan, X., Zhou, M., Yu, S., Jin, Z. and Zhao, K., (2020). An overview of biodegradable nanomaterials and applications in vaccines. Vaccine, 38(5), pp. 1096–1104.
7. Doppalapudi, S., Jain, A., Domb, A.J. and Khan, W., (2016). Biodegradable polymers for targeted delivery of anti-cancer drugs. Expert Opinion on Drug Delivery, 13(6), pp. 891–909.
8. Sobieraj, J., Strzelecka, K., Sobczak, M. and Oledzka, E., 2024. How biodegradable polymers can be effective drug delivery systems for cannabinoids? Prospectives and challenges. International Journal of Nanomedicine, 19, pp. 607–649.
9. Jana, P., Shyam, M., Singh, S., Jayaprakash, V., and Dev, A. (2021). Biodegradable polymers in drug delivery and oral vaccination. European Polymer Journal, 142, 110155.
10. Tsung, T.-H., Tsai, Y.-C., Lee, H.-P., Chen, Y.-H., and Lu, D.-W. (2023). Biodegradable polymer-based drug-delivery systems for ocular diseases. International Journal of Molecular Sciences, 24(16), 12976.
11. Subhash, N. E., Nair, S., Srinivas, S. P., Theruveethi, N., Bhandary, S. V., and Guru, B. (2025). Development of a biodegradable polymer-based implant to release dual drugs for post-operative management of cataract surgery. Drug Delivery and Translational Research, 15(2), 508–522.