10. Modifikasi Permukaan Serat Selulosa
11.6. Aplikasi dalam Terapi Kanker
Kanker telah menjadi salah satu tantangan terbesar dalam biomedis di seluruh dunia. Terapi kanker konvensional, termasuk kemoterapi, radioterapi dan operasi, memiliki efek samping serius yang tidak hanya merusak sel-sel tumor tetapi juga jaringan normal. Dalam beberapa tahun terakhir, penggunaan sistem berstruktur nano untuk aplikasi biomedis telah mendapat perhatian luas. Dengan munculnya nanoteknologi dalam hubungannya dengan kemajuan terbaru dalam ilmu material dan penggunaan nanopartikel dalam kedokteran, ada juga peningkatan minat
85
pada NCC sebagai biomaterial yang diinginkan dengan sifat fisikokimia dan biologi yang luar biasa. Manipulasi NCC dapat menawarkan keuntungan besar karena ketersediaan tinggi, keterbaruan lengkap, sifat fisikokimia seperti luas permukaan tinggi, morfologi unik, kekuatan mekanik, kepadatan rendah, dan biaya produksi yang relatif rendah.
Kurangnya toksisitas yang jelas dan penyerapan NCC yang tidak ditargetkan ke dalam sel dapat membahayakan nanopartikel ini sebagai pembawa yang sesuai untuk aplikasi pengiriman obat. Beberapa upaya telah dilakukan untuk menggunakan NCC sebagai eksipien atau pembawa yang sesuai. Dalam beberapa tahun terakhir, berbagai metode modifikasi permukaan berdasarkan pengenalan kimia berbagai kelompok fungsional telah dijelaskan. Beberapa strategi ini dirancang khusus untuk konjugasi obat atau agen penargetan. NCC memiliki sejumlah besar gugus hidroksil yang dapat dengan mudah dikonversi menjadi gugus fungsional untuk mengkonjugasikan obat, label pencitraan, dan menargetkan ligan seperti asam folat. Telah diketahui bahwa banyak sel kanker mengekspres reseptor folat yang berlebihan dalam membran plasma mereka yang memiliki afinitas tinggi terhadap asam folat. Dong et al. melaporkan NCC yang terkonjugasi asam folat untuk pengiriman target agen kemoterapi yang ditargetkan ke sel kanker reseptor-positif folat. Awalnya, NCC diberi label dengan FITC fluoresens untuk evaluasi penyerapan sel. Setelah pelabelan, fluorescent NCC bereaksi dengan asam folat (FA) di hadapan N-hydroxysulfosuccinimide (SulfoNHS) dan carbodiimide (EDC). Reseptor folat diekspresikan secara berlebihan oleh beberapa sel kanker dan cenderung berikatan dengan FA. Seperti yang diharapkan, kurangnya ikatan/penyerapan diamati dengan tidak adanya FA. Namun, pengikatan/serapan signifikan dari FITC-NCC-FA telah
86
dilaporkan. Yang terakhir secara signifikan dihambat di hadapan FA bebas, karena merupakan ligan biologis untuk reseptor folat. Jelas bahwa reseptor folate memediasi pengambilan FITC-NCC-FA oleh sel-sel kanker. Oleh karena itu, penyerapan seluler konjugat meningkat secara signifikan dibandingkan dengan NCC yang tidak ditargetkan.
Mengambil keuntungan dari fakta ini, mereka mengusulkan untuk memproduksi partikel yang menargetkan area tertentu.
Karena fakta bahwa NCC sering memiliki gugus hidroksil di permukaan, Jackson et al. menyelidiki potensi NCC sebagai pembawa obat. Hasil mereka menunjukkan bahwa NCC mampu mengikat sejumlah besar antibiotik yang larut dalam air yang dapat terionisasi seperti tetrasiklin dan doksorubisin. Telah ditunjukkan bahwa permukaan NCC dapat dimodifikasi dengan mengikat surfaktan kationik cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). NCC yang dilapisi CTAB telah terbukti mengikat sejumlah besar agen antikanker hidrofobik yang tidak terionisasi seperti docetaxel, paclitaxel dan etoposide.
Nanocomplexes NCC / CTAB terikat pada sel kanker kandung kemih dan menunjukkan pengiriman yang efisien dari fluorescein probe hidrofobik fluoresen ke sitoplasma sel-sel ini. Secara keseluruhan, penelitian ini telah menunjukkan potensi NCC sebagai pembawa obat untuk digunakan sendiri atau bersama dengan formulasi lain. Terlepas dari gugus hidroksil yang melimpah, permukaan NCC dapat mengandung jenis gugus fungsional lain yang berhubungan langsung dengan kondisi persiapan dan pemrosesan. Gugus fungsional yang umum adalah gugus sulfat dan gugus karboksil. Dengan reaksi post-hidrolisis tambahan, gugus aldehid, gugus amino atau gugus tiol juga dapat dimasukkan ke dalam permukaan NCC. Bergantung pada gugus fungsi
87
spesifik pada permukaan, nanopartikel NCC memiliki sifat muatan yang berbeda. Selain itu, ukuran nanokristal selulosa tersuspensi dapat dikontrol oleh campuran komponen asam seperti asam sulfat dan asam klorida. Perubahan ini biasanya dilakukan untuk meningkatkan kapasitas adsorpsi NCC dibandingkan obat hidrofobik dalam sel tumor. Pada 2015, Hu et al. sikat yang dibuat dari poli (2-dimethylaminoethyl methacrylate) (PDMAEMA) pada NCC menggunakan polimerisasi radikal transfer atom yang dimulai dari permukaan dari lokasi inisiasi ikatan disulfida.
Telah dilaporkan bahwa PDMAEMA dapat secara efektif mengembunkan DNA menjadi partikel nano untuk memfasilitasi internalisasi seluler untuk pengiriman gen. Oleh karena itu, mungkin untuk merancang pembawa gen berbasis NCC saat membungkus NCC dengan kuas PDMAEMA yang padat. Jembatan disulfida dapat dikurangi dengan mengurangi reagen seperti glutathione (GSH) dalam jaringan tumor. NCC yang difungsikan dengan PDMAEMA yang berfungsi bioreaktif menunjukkan efisiensi transfeksi yang lebih tinggi, sitotoksisitas yang lebih rendah, dan aktivitas yang baik dalam menekan pertumbuhan sel kanker. Dalam penelitian lain, prodrug disiapkan dengan ikatan kovalen tosufloxacintosylate (TFLX) ke permukaan nanokristal selulosa termodifikasi maleat (MA-NCCs) dengan L-leusin sebagai molekul pengatur jarak. Telah dipelajari bahwa TFLX-AMA-NCC mensimulasikan cairan usus besar (SCF), cairan lambung (SGF) dan cairan usus (SIF). Hubungan antara pelepasan obat akumulatif dan respon fluoresensi dievaluasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa obat itu secara efisien terperangkap oleh pembawa MANCC dan menunjukkan spesifisitas kolon yang sangat baik. Sistem rekayasa ini
88
dapat dianggap sebagai bahan yang cocok untuk sistem pengiriman obat spesifik usus.
Selain itu, NCC terkonjugasi dengan rhodamin B isothiocyanate (RBITC) dan dengan FITC (NCCFITC) dan bekerja pada sel HEK 293 (human embryonic ginjal 293) dievaluasi. NCC-RBITC sebagai bahan bermuatan positif diambil oleh sel-sel ini dan tidak menyebabkan kerusakan integritas sel. Tidak ada efek sitotoksik dari konjugat ini yang diamati. Sebaliknya, bahan bermuatan negatif NCC-FITC pada pH internal 7 mengalami internalisasi sel yang signifikan. Namun, muatan permukaan NCC memainkan peran penting dalam serapan sel atau sitotoksisitas. Modifikasi sederhana dari permukaan NCC bisa konsisten dengan penetrasi sel tanpa menyebabkan kerusakan sel. Secara umum, terapi kanker berbasis NCC adalah terapi baru yang menjanjikan perawatan invasif minimal terhadap jaringan kanker dengan sedikit atau tanpa efek samping.