Akumulasi dan Clearance dari Contrast Agents MRI

Jurnal Kimia Indonesia
Vol. 1 (2), 2006, h. 78-81
Akumulasi dan Clearance dari Contrast Agents MRI Gd-DTPA yang
Disimulasikan dengan 153Gd-DTPA dalam Hewan Mencit
Gunawan A.H, Mutalib A., Aguswarini S., dan Lubis H.
Pusat Radioisotop dan Radiofarmasi-BATAN, Indonesia
Kawasan Puspiptek – Serpong
Abstrak. Kanker dapat diobati dengan baik apabila tumor diketahui pada saat stadium dini. Teknik
MRI (Magnetic Resonance Imaging) sangat luas digunakan untuk tujuan diagnosa. MRI dapat
membedakan jaringan dengan jelas berdasarkan pada densitas proton yang terdapat dalam jaringan
tersebut. Senyawa paramagnetik untuk contrast pada MRI sering digunakan untuk mempertinggi laju
relaksasi sehingga dapat memperbaiki resolusi gambar pada MRI dalam berbagai bagian tubuh
dimana senyawa tersebut berada. Gadolinium (Gd) merupakan golongan logam lantanida
paramagnetik yang kuat dan oleh karena itu dapat meningkatkan intensitas sinyal pada MRI. Senyawa
kompleks gadolinium yang sering digunakan sebagai contrast agents adalah GD-DTPA dan GdDOTA. Dalam penelitian ini, akumulasi dan clearance dari kompleks Gd-DTPA disimulasikan
menggunakan senyawa bertanda 153Gd-DTPA. Kompleks 153Gd-DTPA dibuat dengan
mensuspensikan DTPA (diethylenetriaminepentaacetic acid) dalam larutan 153GdCl3 , kemudian
suspensi direfluks selama 1 jam dan akan diperoleh larutan jernih 153Gd-DTPA. Kemurnian
radiokimia kompleks 153Gd-DTPA diperoleh lebih besar dari 97 %. Dalam penelitian biodistribusi
kompleks 153Gd-DTPA digunakan mencit sebagai hewan percobaan dan sebagai pembanding
dilakukan pula biodistribusi pada larutan 153GdCl3. Pola distrbusi dari ion 153Gd terakumulasi pada
beberapa organ seperti hati, jantung, paru dan limpa sedangkan akumulasi kompleks 153Gd-DTPA
pada ginjal dicapai pada waktu 2 jam setelah penyuntikan (0,78 % per gram organ). Clearance
kompleks 153Gd-DTPA dalam urin dan feces lebih dari 97 % pada waktu 48 jam setelah penyuntikan
dan aktivitas yang tersisa dalam tubuh hewan adalah kurang dari 3 % .
Kata kunci: 153Gd, 153Gd-DTPA, biodistribusi, clearance
Pendahuluan
Senyawa kontras untuk MRI telah banyak
digunakan sejak dasawarsa terakhir ini. Senyawa
tersebut digunakan untuk memperjelas gambaran
atau citra (image) dari organ/jaringan yang sukar
dibedakan melalui teknik pencitraan MRI
khususnya pada jaringan lunak sistem saraf pusat,
hati, sistem pencernaan, lymphatic system,
payudara, sistem kardiovascular dan paru. Dalam
teknik MRI, jaringan dan organ dapat dibedakan
dengan melihat perbedaan densitas proton air pada
organ tersebut. Tumor dapat dideteksi karena
jaringan tumor mempunyai densitas yang berbeda
dari jaringan sehat sekitarnya.1,2
Disain suatu senyawa kontras MRI memerlukan
kesesuaian dari segi farmasi dan peralatan MRI;
meskipun ion-ion logam seperti Mn2+ dan Gd3+
merupakan logam bersifat paramagnetic untuk
kontras yang baik tetapi harus dalam bentuk
senyawa kompleks yang stabil karena logamlogam tersebut sangat toksis.1
Gadolinium (Gd) merupakan salah satu unsur
paramagnetik sangat kuat yang merupakan
persyaratan penting untuk senyawa kontras dan
mempunyai kemampuan menyerap netron yang
sangat tinggi (4,9 x 104 barns) . Senyawa kompleks
gadolinium yang umum digunakan sebagai
senyawa kontras adalah Gd-DTPA dan Gd-DOTA.
Gd-DTPA telah di approved oleh FDA USA pada
tahun 1988 dengan nama dagang “Magnevist” dan
secara luas telah digunakan di berbagai negara di
dunia.1,2,3 Hal ini dikarenakan selain senyawa
kompleks tersebut memiliki kestabilan kompleks
yang tinggi, aman, juga memberikan beberapa efek
samping yang ringan seperti sakit kepala, mual
seperti terbakar pada tempat penyuntikan dan efek
yang jarang sekali terjadi adalah reaksi alergi.
Hasil pengujian menunjukkan pula bahwa GdDTPA dilaporkan beberapa kali lebih aman bila
Dapat dibaca di www.kimiawan.org/journal/jki
Akumulasi dan Clearance dari Contrast Agents MRI Gd-DTPA yang Disimulasikan dengan
dalam Hewan Mencit
dibandingkan dengan senyawa kontras golongan
iodium yang digunakan dalam CT scans.2,4,5
Dalam penelitian ini dilakukan simulasi
senyawa kontras Gd-DTPA dengan menggunakan
radionuklida 153Gd sebagai 153Gd-DTPA. Preparasi
kompleks 153Gd-DTPA dilakukan dengan merefluk
153
GdCl3
dengan
DTPA
campuran
(diethylenetriaminepentacetic acid) selama 1 jam.
Kemurnian
radiokimia
dilakukan
dengan
menggunakan kertas Whatman I sebagai fasa diam
dan larutan salin sebagai fasa gerak. Untuk melihat
perilaku kompleks 153Gd-DTPA dalam tubuh
hewan percobaan dilakukan uji biodistribusi
terhadap hewan mencit dan clearance kompleks
dari tubuh dilakukan menggunakan hewan tikus
putih dengan melihat ekskresi sediaan tersebut
melalui urin dan feces.
Percobaan
Bahan dan peralatan. Bahan utama yang
digunakan dalam penelitian ini adalah senyawa
Diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) yang
disiapkan dari hasil sintesis yang dilakukan di
P2RR BATAN. Larutan gadolinium radioaktif
sebagai 153GdCl3 disiapkan dengan mengirradiasi
100 mg serbuk logam gadolinium oksida (Gd2O3)
(Stream), hasil irradiasi kemudian dilarutkan dalam
10 ml HCl 1N. Bahan kimia lainnya seperti HCl,
NaOH, aseton semuanya buatan Merck. Larutan
salin, air suling dan gas nitrogen masing-masing
diperoleh dari IPHA dan IGI. Senyawa bertanda
153
Gd-DTPA disiapkan dengan mensuspensikan
7,8 mg DTPA dalam 180 L larutan 153GdCl3,
kemudian suspensi direfluks selama 1 jam dan
akan diperoleh larutan jernih 153Gd-DTPA. Hewan
yang digunakan dalam penelitian ini adalah mencit
dan tikus putih. Single channel analyzer (Bioscan)
digunakan sebagai pencacah radioaktivitas pada
penentuan
kemurnian
radiokimia.
Kertas
Whatman–1 untuk kromatografi, Dose calibrator
(Victoreen) digunakan sebagai pencacah larutan
bulk. Peralatan lain yang digunakan adalah beaker
glass, syringe , vial dan metabolic cage .
Uji biodistribusi sediaan 153Gd-DTPA.
Sebanyak 0,1 mL sediaan 153Gd-DTPA dengan
aktivitas 100 Ci disuntikkan melalui vena ekor
mencit setelah berat masing-masing mencit
ditimbang. Mencit kemudian dibedah setelah
selang waktu tertentu dan diambil organ-organ
otot, tulang, darah, ginjal, limpa, jantung, paru,
usus halus, lambung, kandung kemih dan hati.
Setiap organ dicacah dengan alat pencacah sinar
153
Gd-DTPA
gamma dan dihitung persentase cacahan pada tiap
gram organ atau tiap organ.
Penentuan lifofilisitas (koefisien partisi)
kompleks. Penentuan lifofilisitas kompleks 153GdDTPA didasarkan atas pengukuran koefisien
distribusi senyawa kompleks di fasa air dan fasa noktanol. Radioaktifitas yang terdapat pada tiap
fase dicacah dengan alat pencacah sinar gamma
(Gammatec II) dan lifofilisitasnya dihitung
sebagai perbandingan cacahan dalam fase oktanol
terhadap cacahan dalam fasa air.
Uji pengeluaran kompleks 153Gd-DTPA
lewat urin (renal clearance). Besarnya perubahan
aktivitas kompleks dalam urin per satuan waktu
merupakan laju renal clearance. Penentuan uji
pencucian dari ginjal radiofarmaka 153RGd-DTPA
dilakukan dengan menyuntikkan 0,2 mL dengan
aktivitas sekitar 200 Ci sediaan kepada tikus,
kemudian tikus tersebut dimasukkan ke dalam
metabolic cage. Setelah selang waktu tertentu, urin
ditampung dengan tabung reaksi yang sudah
ditimbang dan aktivitas setiap tabung reaksi
dicacah, kemudian dihitung persentase aktivitasnya
dengan alat pencacah gamma (Gammatec II).
Persentase aktivitas yang dikeluarkan melalui urin
setelah
selang
waktu
tertentu
dihitung
dibandingkan dengan standar yang telah diketahui
cacahannya.
Uji pengeluaran (clearance)
kompleks
153
Gd-DTPA lewat feces. Besarnya perubahan
aktivitas kompleks dalam urin per satuan waktu
merupakan laju renal clearance. Penentuan uji
pencucian dari ginjal radiofarmaka 153Gd-DTPA
dilakukan dengan menyuntikkan 0,2 mL dengan
aktivitas 200 Ci sediaan kepada tikus, kemudian
tikus tersebut dimasukkan kedalam metabolic cage.
Setelah selang waktu tertentu, feces ditampung
dengan tabung reaksi yang sudah ditimbang dan
aktivitas setiap tabung dicacah, kemudian dihitung
persentase aktivitasnya dibandingkan dengan
standar yang telah diketahui cacahannya.
Hasil dan Pembahasan
Pemakaian senyawa Gd-DTPA sebagai kontras
dalam teknik MRI sangat umum digunakan, karena
senyawa ini terkenal aman dan menghasilkan efek
samping yang minimal dibanding dengan senyawa
kontras lain. Gadolinium dalam sistem berkala
termasuk dalam golongan unsur tanah jarang
dengan nomor atom 64, mempunyai 30 isotop
tetapi hanya 7 yang stabil ditemukan di alam dan
unsur ini mempunyai 2 elektron pada kulit
terluarnya.
79
Gunawan A.H, Mutalib A., Aguswarini S., dan Lubis H.
Tabel 1. Uji biodistribusi 153Gd dan kompleks 153Gd-DTPA pada mencit 1 , 2 dan 48 jam setelah penyuntikan.
Nama
Organ
Darah
Ginjal
Usus
Lambung
Hati
Jantung
Paru
Limpa
Tulang
Otot
1 jam p.I
Gd-153 Gd-DTPA
8.19
0.11
3.04
0.74
0.31
0.05
1.03
0.07
19.9
0.07
2.55
0.05
22.1
0.09
25.8
0.06
1.41
0.07
0.27
0.04
% aktivitas
2 jam p.I
Gd-153 Gd-DTPA
4.36
0.01
1.35
0.78
0.24
0.05
0.24
0.10
10.8
0.08
1.14
0.02
8.26
0.04
22.5
0.02
1.62
0.04
0.35
0.09
Gadolinium merupakan unsur paramagnetik yang
memiliki 7 elektron yang tidak berpasangan di
kulit f sehingga dapat digunakan sebagai senyawa
kontras yang baik dan disamping itu mempunyai
kemampuan mengabsorpsi neutron paling tinggi
(4.9 x 104 barns).
Radioisotop Gd merupakan unsur yang toksis,
sehingga dalam penelitian ini selain melihat
karakteristik
kompleks 153Gd-DTPA terutama
mengenai ekskresinya dari tubuh hewan percobaan,
juga dilakukan perbandingan dengan melihat
karakteristik radionuklida 153Gd dalam tubuh
hewan percobaan.
Dalam penentuan kemurnian radiokimia dengan
menggunakan fasa diam kertas Whatman I dan
fasa gerak larutan salin, diperoleh bahwa
radionuklida 153Gd akan naik sampai ujung kertas
sedangkan kompleks 153Gd-DTPA tetap tinggal
pada titik penotolan. Kemurnian radiokimia dari
pengukuran ini masing-masing diperoleh > 97 %
baik untuk radionuklida 153Gd maupun kompleks
153
Gd-DTPA. Pengujian lipofilisitas radionuklida
153
Gd dan komplekss 153Gd-DTPA dil;akukan
dengan menentukan koefisien distribusi sediaan
dalam oktanol/air, sehingga diperoleh koefisien
distribusi atau log Po/w masing-masing –1.1135 dan
–1,1245. Rendahnya lipofilisitas radionuklida
153
Gd dan kompleks 153Gd-DTPA menunjukkan
bahwa senyawa sulit larut dalam lemak atau
pelarut non polar, tetapi mudah sekali larut dalam
air (hidrofil), karena itu clearance-nya cenderung
ke sistem renal.
Pengujian biodistribusi radionuklida 153Gd dan
kompleks 153Gd-DTPA dilakukan menggunakan
hewan mencit putih dengan berat 25-35 g. Organ
dan jaringan yang diambil adalah darah, ginjal,
paru, limpa , usus, lambung, hati, tulang, jantung
80
48 jam p.I
Gd-153 Gd-DTPA
0.01
0.00
0.36
0.13
0.19
0.01
0.09
0.08
2.78
0.02
0.12
0.01
0.80
0.01
0.67
0.03
0.07
0.03
0.07
0.02
dan otot. Hasil pengujian biodistribusi radionuklida
Gd dan kompleks 153Gd-DTPA ditunjukkan
pada Tabel 1 dan Gambar 1-2. Radionuklida 153Gd
dalam hewan mencit terakumulasi pada organorgan jantung, hati, paru dan limpa. Bila dilihat
dari tempat terjadinya penimbunan radioaktivitas
tersebut , menunjukkan adanya bentuk partikel dari
153
Gd meskipun
sediaan yang disuntikkan
berbentuk larutan jernih yang terlebih dahulu telah
disaring dengan penyaring 0,22 m. Dari hasil
percobaan secara in vitro dengan melihat
perubahan pH larutan GdCl3 , pada pH diatas 5
akan terjadi endapan putih yang akan larut kembali
bila pH diturunkan < 5. Dari hasil percobaan
tersebut setelah penyuntikan (pH 4), dalam darah
pH larutan akan naik karena pengaruh pH tubuh (~
7.4) dan dengan naiknya pH larutan kemungkinan
terbentuknya endapan besar sekali, sehingga akan
terjadi penimbunan pada organ-organ hati, jantung,
paru dan limpa.
Pada kompleks 153Gd-DTPA 1 jam setelah
penyuntikan, akumulasi kompleks masih agak
tinggi pada darah dan ginjal, menunjukkan sediaan
tersebut sebagian masih terdapat dalam darah dan
sebagian lagi sudah mengalami ekskresi lewat
ginjal. Konsentrasi 153Gd-DTPA pada 2 dan 48 jam
setelah penyuntikan dalam organ lain termasuk
darah sudah sangat kecil sekali (<0,1%) ,
konsentrasi yang terlihat agak tinggi pada ginjal
menunjukkan bahwa masih terjadi ekskresi dari
kompleks 153Gd-DTPA. Pada 48 jam setelah
penyuntikan dari data eksresi lewat ginjal masih
sekitar 1% yang dikeluarkan lewat urin dan 0.2%
lewat feces.
153
Jurnal Kimia Indonesia Vol. 1(1), 2006
Akumulasi dan Clearance dari Contrast Agents MRI Gd-DTPA yang Disimulasikan dengan
dalam Hewan Mencit
Jalur ekskresi kompleks 153Gd-DTPA diamati
dalam hewan tikus putih menggunakan alat
metabolic cage. Hasil laju ekskresi dalam urin dan
feces bisa dilihat pada Gambar 3.
12
10
1 jam p.I
2 jam p.I
48 jam p.I
% aktivitas
8
6
4
2
ru
ng
pa
Pa
Li
m
Nama Organ
Tu
la
H
at
i
48 jam p.I
2 jam p.I
1 jam p.I
Ja
nt
un
g
U
su
s
La
m
bu
ng
m
ih
in
ja
l
K.
Ke
G
D
ar
ah
0
Gambar 1. Biodistribusi radionuklida 153Gd dalam
hewan mencit pada 1, 2 dan 48 jam setelah penyuntikan
0.8
1 jam p.I
2 jam p.I
24 jam p.I
48 jam p.I
% akt/g organ
0.6
0.4
0.2
48 jam p.I
24 jam p.I
2 jam p.I
1 jam p.I
0
ah
ar
D
G
l
ja
in
s
su
U
b
m
La
g
un
i
at
H
un
nt
Ja
g
r
Pa
u
Nama organ
pa
m
Li
n
la
Tu
g
Gambar 2. Biodistribusi 153Gd-DTPA dalam hewan
mencit pada 1,2 dan 48 jam setelah penyuntikan
120
Urin
Feces
Akt total
100
% activity
60
40
20
0
10
Gd-DTPA
Pada 2 jam setelah penyuntikan sekitar 62%
kompleks sudah diekskresikan lewat urin dan feces
(urin =61,5% dan feces =0,5%) . Ekskresi pada 48
jam setelah penyuntikan menunjukkan bahwa
sekitar
97,5% kompleks 153Gd-DTPA sudah
diekskresikan baik lewat ginjal/urin (76,5%)
maupun lewat feces (21%) dan dari data hasil
biodistribusi (Tabel 1)
menunjukkan bahwa
sampai dengan 48 setelah penyuntikan akumulasi
pada ginjal dan lambung masih lebih tinggi
dibanding organ lainnya; menunjukkan bahwa
ekskresi pada kedua organ tersebut masih
berlangsung.
Hasil pengamatan
biodistribusi maupun
153
clearance
dari
kompleks
Gd-DTPA
menunjukkan bahwa ekskresi kompleks tersebut
melalui ginjal dan feces, penimbunan aktivitas
pada organ lainnya sangat kecil dan ekskresi pada
54 jam setelah penyuntikan tidak terlalu berbeda
dengan ekskresi pada 48 jam setelah penyuntikan.
Kesimpulan
Telah dilakukan pengujian biodistribusi dan
clearance sediaan 153Gd-DTPA yang merupakan
simulasi clearance dari zat kontras Gd-DTPA
untuk MRI. Hasil biodistribusi menunjukkan
bahwa sediaan 153Gd-DTPA yang masih terdapat
dalam tubuh hewan tikus putih sangat kecil sekali
yaitu sekitar 2% dan sisanya 97,5% diekskresikan
melalui urin dan feces. Data hasil uji clearance
menunjukkan bahwa sampai dengan 48 jam setelah
153
Gd-DTPA
penyuntikan
sekitar
97,5%
dikeluarkan dari tubuh tikus. Sejumlah kecil yang
masih tersisa (~2%) diduga bukan merupakan
bentuk kompleks 153Gd-DTPA dan untuk
mengetahui lebih jauh perlu dilakukan penelitian
tersendiri.
Pustaka
80
0
153
20
30
40
50
60
Time,hour
Gambar 3. Laju ekskresi kompleks 153Gd-DTPA pada
urin dan feces tikus putih menggunakan alat metabolic
cage.
1. Volkov
A.
Contrast
Agent
in
MRI,
http://www.cc.utah.edu/~avba51/mrl.html.
2. Lowe
M.
Contrast
Agent
for
RMI,
http://www.le.ac.uk/chemistry/research/
chrimpl10.html.
3. MRI
Contrast
Agent,
http://www.macrocyclics.com/dar/MRIContrast.Agent/html .
4. Martin C.R.; Mitchell D.T. Nanomaterial in
Analytical Chemistry, Analytical Chemistry News &
Features, May 1, 1998, pp 322 A-327 A.
5. Torchilin V.P. Novel Polymers in Microparticulate
Diagnostic Agents, Chemtech,1999, 29(11), 27-34 .
81
C.L. Radiman dan S. Wafiroh
Proceeding of Joint Seminar on Chemistry ITB-UKM VI 2005