Rahasia Mikrokapsul Kitosan–Alginat: Teknologi Cerdas Penghantaran Obat yang Lebih Tepat Sasaran

Tinjauan tentang Mikrokapsul Berbasis Kitosan dan Alginat: Mekanisme dan Aplikasinya dalam Sistem Penghantaran Obat

 

Abstrak

 

Polimer alami seperti kitosan dan alginat memiliki potensi yang besar, baik dari segi karakteristik maupun kemampuannya untuk dimodifikasi dan diproses sehingga dapat digunakan sebagai media yang sesuai untuk pelepasan obat dan biomolekul secara terkendali. Mikrokapsul didefinisikan sebagai partikel berukuran mikrometer yang dapat digunakan untuk menyimpan berbagai senyawa kimia di dalamnya.

 

Dalam tinjauan ini, dibahas berbagai aspek penting terkait mikrokapsul, meliputi keunggulan, komponen penyusun, mekanisme pelepasan, metode pembuatan, serta aplikasinya dalam sistem penghantaran obat. Berbagai metode pembuatan mikrokapsul menunjukkan efektivitas enkapsulasi yang tinggi dan berpotensi diterapkan secara luas dalam bidang farmasi dan biomedis.

 

Keunggulan utama teknik mikroenkapsulasi antara lain kemampuan memberikan pelepasan obat secara berkelanjutan dan terkontrol, penargetan obat, peningkatan umur simpan, stabilisasi senyawa aktif, serta imobilisasi enzim dan mikroorganisme. Seiring dengan berkembangnya biomaterial baru untuk aplikasi dalam tubuh manusia, material tersebut semakin sesuai untuk pengembangan sistem farmasi dibandingkan bahan konvensional karena memiliki sifat yang lebih andal, biokompatibel, biodegradable, dan tidak toksik.

 

Selain itu, mikrokapsul yang dirancang mampu melindungi komponen aktif dari lingkungan yang merugikan. Di masa depan, teknik yang lebih maju dapat dikembangkan untuk memfasilitasi formulasi dan aplikasi mikrokapsul dalam industri farmasi dan medis.

 

Pendahuluan

 

Mikrokapsul merupakan partikel berukuran mikrometer yang dapat digunakan untuk menyimpan berbagai senyawa kimia di dalamnya. Teknik membungkus partikel kecil berupa padatan, cairan, atau gas di dalam ruang internal mikrokapsul dikenal sebagai mikroenkapsulasi.

 

Pembentukan mikrokapsul menggunakan bahan yang berasal dari sumber alami saat ini menarik perhatian besar dan telah menjadi fokus berbagai penelitian terbaru. Proses pembentukan mikrokapsul umumnya dilakukan dengan melapisi suatu template sementara menggunakan bahan pelapis. Setelah itu, template tersebut dihilangkan sehingga meninggalkan rongga di dalam kapsul. Stabilitas lapisan dapat dipertahankan melalui ikatan kovalen maupun interaksi yang lebih lemah.

 

Penggunaan polimer yang biokompatibel sebagai lapisan pelindung sangat penting untuk aplikasi seperti penghantaran obat atau bahan pangan. Karena ketersediaannya yang luas dan sifat biokompatibelnya, polimer alami seperti polisakarida menarik perhatian para peneliti untuk digunakan dalam pembuatan mikrokapsul.

 

Kitosan merupakan polisakarida alami yang banyak digunakan dalam industri farmasi untuk pembuatan mikrokapsul. Berbagai metode telah digunakan untuk menghasilkan mikrokapsul berbasis kitosan, antara lain:

• teknik emulsion cross-linking,
• thermal cross-linking,
• spray drying,
• ionic cross-linking,
• coacervation dan precipitation,
• serta ionotropic gelation.

 

Polisakarida alami lain yang banyak digunakan adalah alginat, yang memiliki potensi tinggi sebagai pembawa bahan aktif farmasi (Active Pharmaceutical Ingredient/API) maupun untuk enkapsulasi minyak.

 

Berbagai sumber alami dapat digunakan untuk menghasilkan nanopartikel polisakarida. Bahkan, ekstrak dari limbah organik dapat dimanfaatkan kembali sebagai bahan baku potensial.

 

Nanopartikel polisakarida yang memiliki kristalinitas tinggi menawarkan beberapa keunggulan, seperti kekakuan struktural dan kekuatan tarik yang baik. Nanopartikel selulosa dan kitin sering digunakan sebagai bahan penguat, dan sifat-sifat tersebut dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan mikrokapsul dengan karakteristik struktural yang lebih baik. Selain itu, partikel polisakarida kristalin seperti kitin dan pati juga telah digunakan sebagai lapisan mikrokapsul.

 

Struktur dan Karakteristik Mikrokapsul

 

Mikrokapsul umumnya memiliki inti cair, atau cairan dapat didispersikan dalam matriks polimer sebelum proses pemadatan. Mikrokapsul merupakan jenis mikropartikel heterogen yang terdiri atas material inti (core) yang membentuk reservoir dan dilapisi oleh lapisan polimer, sehingga dapat mengontrol pelepasan obat dari dalamnya.

 

Mikrokapsul biasanya didispersikan dalam berbagai bentuk sediaan farmasi, misalnya:

• kapsul gelatin keras dengan lapisan enterik,
• suspensi cair,
• atau kapsul gelatin lunak.

 

Bentuk-bentuk tersebut memungkinkan pelepasan dan dispersi mikrokapsul secara individual dalam sistem biologis.

Mikrokapsul berfungsi memberikan pelepasan bahan aktif secara berkelanjutan dan terkontrol, sehingga menghasilkan reproduksibilitas dan keseragaman yang lebih baik.

Pelepasan obat dari mikrokapsul dapat dipengaruhi oleh berbagai kondisi lingkungan seperti:

• pH,
• kelembapan,
• suhu,
• medan magnet,
• cahaya,
• gelombang ultrasonik,
• gaya mekanik,
• atau kombinasi dari berbagai faktor tersebut.

Persentase inti dalam mikrokapsul biasanya berkisar antara 10–90% (b/b). Mikrokapsul dapat membawa berbagai jenis bahan, seperti:

• obat farmasi,
• enzim,
• bahan agrokimia,
• minyak,
• sel hidup, dan lain-lain.

 

Beberapa mikrokapsul bahkan dapat memiliki lebih dari satu inti dan dilapisi oleh beberapa lapisan konsentris.

Salah satu jenis mikrokapsul adalah kolloidosom, yang memiliki inti berupa hidrogel atau rongga kosong dan dikelilingi oleh dinding partikel koloid dengan ukuran antara 10–20 nm hingga milimeter.

 

Mekanisme Pelepasan Obat

 

Difusi obat melalui dinding kapsul bergantung pada ukuran pori pada lapisan tersebut. Bahan eksipien padat sering digunakan untuk meningkatkan stabilitas, misalnya:

• silika koloid anhidrat,
• kalsium karbonat,
• dan besi oksida,

yang dapat membentuk emulsi Pickering.

Jenis eksipien yang digunakan dapat memengaruhi proses ikatan silang kimia (cross-linking) maupun proses annealing selama imobilisasi bahan aktif.

Sediaan farmasi yang dienkapsulasi secara mikro telah lama digunakan dalam teknologi farmasi karena terbukti aman dan efektif sebagai sistem pelepasan obat.

 

Seiring berkembangnya biomaterial baru untuk aplikasi dalam tubuh manusia, material tersebut semakin cocok digunakan dalam pengembangan sistem farmasi dibandingkan bahan konvensional karena memiliki sifat yang lebih andal, biokompatibel, biodegradable, dan tidak toksik.

 

Polimer alami bermuatan anionik seperti natrium alginat juga dapat membentuk material berperforma tinggi yang berfungsi sebagai bahan mikroenkapsulasi yang efektif serta memengaruhi kinetika pelepasan obat melalui proses degradasinya di dalam tubuh.

 

Kesimpulan

 

Mikrokapsul merupakan sistem penghantaran obat berbasis mikropartikel yang memiliki berbagai aplikasi luas dalam bidang farmasi. Proses mikroenkapsulasi mampu mengatasi banyak keterbatasan yang dimiliki oleh sistem penghantaran obat konvensional.

 

Mikrokapsul dapat dirancang secara efisien untuk mencapai penghantaran obat yang terarah (targeted drug delivery). Selain itu, teknik mikroenkapsulasi juga dapat meningkatkan stabilitas dan umur simpan berbagai senyawa yang bersifat tidak stabil atau reaktif.

 

Referensi

 

1.      Uyen, N.T.T., et al. (2020). Fabrication of alginate microspheres for drug delivery: A review. International Journal of Biological Macromolecules.

2.      Lei, W., et al. (2018). Cellulose nanocrystals obtained from waste paper and their potential application in PET packaging materials. Carbohydrate Polymers.

3.      Jin, Y., et al. Starch-based microencapsulation.

4.      Lopez-Mendez, T.B., et al. (2021). Cell microencapsulation technologies for sustained drug delivery: Latest advances in efficacy and biosafety. Journal of Controlled Release.

5.      Gonzalez-Pujana, A., et al. (2017). Cell microencapsulation technology: Current vision of its therapeutic potential through different administration routes. Journal of Drug Delivery Science and Technology.

6.      Lancuški, A., et al. (2017). Design of starch-formate compound fibers as an encapsulation platform for biotherapeutics. Carbohydrate Polymers.

7.      Eratte, D., et al. (2017). In vitro digestion of probiotic bacteria and omega-3 oil co-microencapsulated in whey protein isolate–gum Arabic complex coacervates. Food Chemistry.

8.      Chen, F.M., et al. (2013). Surface engineering of glycidyl methacrylated dextran/gelatin microcapsules with thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide) gates for controlled delivery of stromal cell-derived factor-1α. Biomaterials.

9.      Yu, Y.L., et al. (2012). Thermo-responsive monodisperse core–shell microspheres with PNIPAM core and biocompatible porous ethyl cellulose shell embedded with PNIPAM gates. Journal of Colloid and Interface Science.

10.  Miyazaki, T., et al. (2012). Preparation of ferromagnetic microcapsules for hyperthermia using water/oil emulsion as a reaction field. Materials Science and Engineering C.

 

SUMBER:

Shahid Ud Din Wani, Mohammad Ali, Seema Mehdi, Mubashir Hussain Masoodi, Mohammed Iqbal Zargar, Faiyaz Shakeel. 2023. A review on chitosan and alginate-based microcapsules: Mechanism and applications in drug delivery systems. International Journal of Biological Macromolecules. Volume 248, 1 September 2023, 125875

#Mikrokapsul
#DrugDelivery
#Biomaterial
#KitosanAlginat
#TeknologiFarmasi