NANOPARTIKEL: PENGHANTARAN OBAT

NANOPARTIKEL:
PENGHANTARAN OBAT
@Dhadhang_WK
Laboratorium Farmasetika Unsoed
4/16/2013
1
Keunikan Sifat dalam Dimensi
Nanometer
Partikel tembaga yang memiliki diameter 6
nm menunjukkan kekerasan 5 kali lebih
besar daripada tembaga ukuran besar
Keramik yang umumnya mudah pecah
dapat dibuat menjadi fleksibel jika ukuran
bulir direduksi ke dalam skala nanometer
Cadmium selenida (CdSe) dapat
menghasilkan warna yang berbeda-beda
dengan hanya mengontrol ukuran partikel
4/16/2013
2
Keunikan Sifat dalam Dimensi
Nanometer
Nanopartikel yang berukuran sangat kecil
juga memperlihatkan sifat magnetik dan optik
yang unik.
Nanopartikel magnetik dapat ditempelkan ke
antibodi yang kemudian diarahkan dengan
medan magnet ke arah sel tumor.
Dengan medan magnetik, partikel tersebut
dapat dipanaskan secara lokal (pemanasan di
lokasi yang sangat kecil) sehingga dapat
membunuh sel tumor yang berada di sekitar
partikel itu saja tanpa merusak sel-sel
lainnya.
4/16/2013
3
Pendahuluan
Nanopartikel merupakan partikel koloid kecil
yang dibuat dari polimer non-biodegradabel dan
biodegradabel.
Diameternya umumnya sekitar 200 nm.
Secara umum nanopartikel dapat dibedakan
menjadi dua tipe:
◦ nanospheres, yang merupakan sistem matriks
◦ nanocapsules, yang merupakan sistem reservoir
terdiri dari membran polimer yang mengelilingi suatu
intii berminyak atau berair
Pendekatan ini cukup atraktif karena metode
pembuatan partikel relatif sederhana dan mudah
untuk diperbesar skalanya.
4/16/2013
4
Gambar skematik suatu nanosphere (A)
dan suatu nanocapsule (B).
4/16/2013
5
Pendahuluan
Partikel yang terbentuk cukup stabil dan
mudah dikering-bekukan.
Karena alasan ini, berkembanglah
nanopartikel yang dibuat dari polimer
biodegradabel untuk penghantaran obat
Nanopartikel dapat mencapai target jaringan
beberapa obat (antibiotik, sitostatik, peptida,
dan protein
Selain itu, nanopartikel dapat melindungi obat
terhadap degradaasi kimia dan enzimatik,
serta dapat menurunkan efek samping
beberapa obat.
4/16/2013
6
Ukuran beberapa bahan
4/16/2013
7
Permukaan Nanopartikel
Nanopartikel dapat menunjukkan sifat
adhesi yang kuat karena meningkatnya
daerah kontak untuk gaya van der Waals
Jumlah molekul yang ada pada permukaan
partikel meningkat seiring menurunnya
ukuran partikel
4/16/2013
8
% Molekul permukaan dalam Partikel
4/16/2013
9
Kecepatan pengendapan partikel &
gerakan Brownian Particles
4/16/2013
10
Nanopartikel Suspensi dan
Pengendapan
Karena
ukuran nanopartikel yang kecil, maka
cukup mudah untuk menjaga partikel-partikel
tersebut tersuspensi dalam cairan
Mikropartikel akan lebih mudah mengendap
karena gaya gravitasi, di mana gaya gravitasi
lebih kecil ditemukan pada suatu nanopartikel
Untuk nanopartikel, gaya gravitasinya tidak
sekuat gerakan randomnya. Oleh karena itu,
suspensi nanopartikel tidak mengendap, yang
akan memberikan waktu tinggal lama
a microparticle suspension cannot be
used for injection
4/16/2013
11
Nanoemulsi
Nanoemulsi merupakan dispersi minyak dan air
yang transparan stabil (translucent) secara
termodinamika yang distabilkan oleh suatu
lapisan antarpermukaan molekul surfaktan dan
kosurfaktan yang mempunyai ukuran droplet
kurang dari 100 nm.
Beberapa studi menunjukkan bahwa formulasi
nanoemulsi memperbaiki kemampuan in vitro
penghantaran transdermal dan dermal, sama
baiknya dengan in vivo jika dibandingkan dengan
formulasi topikal konvensional seperti emulsi.
4/16/2013
12
Teknik pembuatan nanoparticle
4/16/2013
13
Energy Need (Bond Work Index) for Reducing
Size of 11-mm
mm--Diameter Particles
it is very energy intensive to go down to
nanoparticles-size range
4/16/2013
14
Variation of the particle size as the
antisolvent
4/16/2013
15
PEARL/BALL-MILLING
PEARL/BALLTECHNOLOGY
4/16/2013
16
SPRAY--DRYING
SPRAY
4/16/2013
17
PRODUCTION IN HOTHOT-MELTED
MATRICES
4/16/2013
18
DIRECT COMPRESS
4/16/2013
19
Ringkasan metode yang berbeda untuk membuat nanospheres
dan nanocapsules dari suatu polimer. W/O: water-in-oil, O/W: oilin-water, W/O/W: water-in-oil-in-water.
4/16/2013
20
Drug incorporation models for solid
lipid nanoparticles.
4/16/2013
21
Karakterisasi nanomaterial
Karakterisasi SEM
Karakterisasi TEM
Karakterisasi AFM
Karakterisasi sinar-X
Karakterisasi DMA
4/16/2013
22
Karakterisasi SEM
SEM (Scanning Electron Microscope)
merupakan salah satu jenis mikroskop
elektron yang menggunakan berkas elektron
untuk menggambar profil permukaan benda.
Prinsip kerja SEM adalah menembakkan
permukaan benda dengan berkas elektron
benergi tinggi. Permukaan benda yang dikenai
berkas elektron akan memantulkan kembali
berkas tersebut atau menghasilkan elektron
skunder ke segala arah.
Tetapi ada satu arah di mana berkas
dipantulkan dengan intensitas tertinggi.
4/16/2013
23
Penentuan distribusi ukuran partikel
Ketika kita amati foto SEM untuk sampel
partikel, tampak bahwa ukuran partikel
bervariasi dari yang sangat kecil hingga yang
cukup besar.
Hampir tidak mungkin membuat partikel
dengan ukuran seragam (monodispersi).
Ketika para ahli mengatakan berhasil
membuat partikel monodispersi, yang
mereka buat sebenarnya adalah partikel
polidispersi tetapi sebaran ukuran
partikelnya sangat sempit.
4/16/2013
24
Penentuan distribusi ukuran partikel
Secara umum, ukuran partikel yang kita buat hampir
dipastikan polidispersi.
Ketika berhadapan dengan partikel demikian,
pertanyaan menarik selanjutnya adalah bagaimana
distribusi ukuran, berapa ukuran rata-rata, berapa
deviasi standarnya, berapa % partikel yang ukurannya
antara satu nilai diameter ke nilai diameter lainnya?
Informasi-informasi ini sangat penting karena ketika
ukuran berada dalam orde nanometer, sifat partikel
sangat ditentukan oleh ukuran dan distribusi ukuran.
Salah satu cara yang dapat kita lakukan adalah
menggunakan foto SEM dari partikel-partikel tersebut.
Untuk keperluan ini kita perlu memahami penggunaan
beberapa program sederhana dalam Windows seperti
Paint, MS Excel, dan program aplikasi OriginLab.
4/16/2013
25
Karakterisasi TEM
Transmission Electron Microscope (TEM)
merupakan alat yang paling teliti yang
digunakan untuk menentukan ukuran partikel
karena resolusinya yang sangat tinggi.
Partikel dengan ukuran beberapa nanometer
dapat diamati dengan jelas menggunakan TEM.
Bahkan dengan high resolution TEM (HRTEM) kita dapat mengamati posisi atom-atom
dalam partikel.
Dalam pengoperasian TEM, salah satu tahap
yang paling sulit dilakukan adalah
mempersiapkan sampel. Sampel harus setipis
mungkin sehingga dapat ditembus elektron.
4/16/2013
26
Karakterisasi AFM
Atomic Force Microscope (AFM)
termasuk mikroskop canggih yang
sederhana pengoperasiannya.
Prinsip kerja AFM sangat sederhana dan
dapat dipahami hanya dengan konsepkonsep fisika dasar.
AFM tidak memerlukan sistem vakum,
tegangan tinggi, maupun fasilitas pendingin
(cryogenic) seperti pada SEM dan TEM.
4/16/2013
27
Non-contact mode AFM
images of SLNs at scan
ranges of (A) 50 µm; (B)
25 µm; and (C) 5 µm.
4/16/2013
28
Karakterisasi sinarsinar-X
Sinar-X adalah gelombang elektromagnetik
dengan panjang gelombang sekitar 1 Aº (10-10
m).
Panjang gelombang ini kira-kira = jarak antara
atom dalam kristal.
Oleh karena itu sinar-X dapat didifraksi oleh
atom-atom dalam material berbentuk kristal.
Dengan mengamati pola difraksi sinar-X yang
dihasilkan suatu material maka struktur kristal
material tersebut dapat ditentukan.
4/16/2013
29
Karakterisasi DMA
Differential Mobility Analyzer (DMA) merupakan alat
yang dapat digunakan untuk menentukan distribusi
ukuran partikel aerosol (partikel di udara).
DMA dapat digunakan untuk mengukur distribusi
partikel dari ukuran sekitar 2 nm hingga ratusan
nanometer.
Prinsip kerja DMA adalah memberi muatan pada
partikel aerosol kemudian memasukkan ke dalam ruang
yang mengandung medan listrik. Partikel kemudian
mendapat gaya listrik akibat adanya muatan.
Gaya tersebut menimbulkan kecepatan dalam arah
sejajar medan yang berimplikasi pada munculnya gaya
gesekan oleh udara (gaya Stokes) akibat adanya
viskositas udara.
Kedua gaya tersebut pada akhirnya mencapai
keseimbangan dan partikel selanjutnya bergerak dengan
kecepatan konstan (terminal) dalam arah sejajar medan.
4/16/2013
30
Karakterisasi DMA
Besar kecepatan terminal partikel
bergantung pada mobilitas partikel
tersebut.
DMA membedakan partikel berdasarkan
mobilitasnya.
Jika semua partikel memiliki muatan yang
sama, maka mobilitas menentukan ukuran
partikel. Dengan demikian, pada akhirnya
DMA dapat digunakan untuk menentukan
distribusi ukuran partikel aerosol.
4/16/2013
31
Conclusion
Nanopartikel
memiliki sifat yang unik:
• Ukuran kecil
• Luas permukaan yang tinggi
• Mudah disuspensikan dalam cairan
• Akses yang mendalam ke dalam sel dan organel
• Partikel lebih kecil dari 200 nm lebih mudah
disterilisasi dengan filtrasi menggunakan suatu
penyaring 0,22 µm
Lebih sulit untuk membuat nanopartikel yang lebih kecil
dari obat dibandingkan dengan material yang keras
Nanopartikel
obat dapat diproduksi baik dengan
penggerusan macroparticles atau dengan presipitasi cepat
dari larutan
4/16/2013
32