3.1 KONSEP ILMIAH
Karbamazepin merupakan pertimbangan utama pengobatan antiepilepsi tipe bangkitan
parsial dan bangkitan tonik klonik, bekerja pada susunan syaraf pusat. Kadar puncak karbamazepin dalam plasma darah dicapai setelah 4-6 jam pemberian secara oral (Rogers dan Cavazos, 2008). Kadar puncak dalam plasma tersebut cukup lama tercapai untuk mendapatkan mula kerja obat dalam memberikan efek segera. Karbamazepin termasuk obat golongan II dalam sistem klasifikasi biofarmasetika (BCS), mempunyai karakteristik kelarutan dalam air rendah dan permeabilitas tinggi. Bioavailabilitas obat-obat golongan II (BCS) pada umumnya dibatasi oleh kecepatan disolusinya ketika digunakan secara oral. Oleh karena itu sedikit peningkatan kecepatan disolusi seringkali mengakibatkan peningkatan yang besar pada bioavailabilitasnya (Lodenberg dan Amidon, 2000).
Menurut persamaan Noyes-Whitney, kelarutan merupakan salah satu faktor penentu kecepatan disolusi (Horter dan Dressman, 2001). Kelarutan bahan obat dapat diperbaiki melalui modifikasi molekul secara kimia seperti pembentukan prodrug (Kawabata, 2011; Monohanachandran, 2010; Stegemann et al., 2007; Blagden et al., 2007). Pendekatan prodrug yang digunakan dapat disesuaikan dengan sifat-sifat fisikokimia, farmasetika, biofarmasetika dan atau farmakokinetika senyawa obat yang akan diperbaiki (Rautioa et al., 2008). Suatu prodrug dengan kelarutan besar dalam air memberikan kekuatan pendorong (gradien konsentrasi) bagi senyawa obat ketika diabsorbsi. Pembentukan prodrug karbamazepin-asam amino memungkinkan karbamazepin dapat segera dilepas di dalam tubuh oleh enzim-enzim peptidase yang terdapat dalam darah, hati dan jaringan lain menjadi senyawa aktif karbamazepin (Stella et al., 2007). Pada bagian brush border saluran cerna terjadi rekonversi prodrug oleh enzim menjadi senyawa induk yang permeabel. Rekonversi prodrug yang cepat dalam saluran cerna akan membantu memperbaiki keterbatasan absorbsi (Feisher et al., 1996).
Menurut Hildebrand, semakin dominan gugus polar dalam suatu senyawa maka
ikatan hidrogen dengan molekul air merupakan faktor penentu kelarutan senyawa dalam air. Dua pendekatan prodrug yang ditujukan untuk meningkatkan kelarutan senyawa sukar larut dalam air adalah dengan : (1) menurunkan titik lebur senyawa induk dengan derivatisasi dan/atau (2) menambahkan promoiety polar/yang dapat terionkan pada senyawa induk. Titik lebur senyawa merupakan manifestasi energi kisi kristal yang dipengaruhi oleh bentuk padat senyawa dan oleh ikatan antarmolekul (Roche, 1987; Stella dan Nti-Addae, 2007; Sinko, 2011).
Karbamazepin merupakan senyawa trisiklik dengan NH asam yang mempunyai gugus amida. Senyawa obat yang memiliki gugus NH asam dapat dibuat prodrug dengan menghilangkan satu proton dari gugus tersebut. Hilangnya proton dari gugus NH asam memberikan pengaruh besar terhadap energi kisi kristal, titik lebur, kelarutan, kecepatan disolusi, dan permeabilitas. Fosphenytoin merupakan contoh prodrug yang berasal dari senyawa NH asam dan memiliki gugus imida dengan kelarutan lebih besar daripada senyawa induknya (Stellaet al., 2007;Stegemann et al., 2007; Rautiobet al., 2008).
Asam amino merupakan promoeity polar yang digunakan secara luas untuk meningkat- kan kelarutan senyawa obat seperti pada prodrug valacyclovir, midodrine, dan cephalosporin (Deshmukh et al., 2010; Santos et al., 2009; Rautiob et al., 2008; Steingrimsdottir et al., 2000). Satu proton NH asam karbamazepin yang digantikan oleh gugus promoeity asam amino diharapkan mampu meningkatkan kelarutan karbamazepin. Selain memberikan kelarutan yang baik dalam air, penggunaan asam amino sebagai promoiety senyawa prodrug dapat segera diubah oleh enzim peptidase yang terdapat dalam tubuh. Promoiety asam amino juga disukai karena dilepaskan secara alami sebagai keutuhan non toksik saat terjadi perubahan bentuk dalam tubuh (Hemenway et al, 2010). Asam amino glisin, alanin, dan lisin digunakan sebagai gugus promoeity dalam penelitian ini. Glisin merupakan asam amino yang tidak memiliki rantai samping R, alanin memiliki rantai samping gugus R non polar (CH3), dan lisin memiliki rantai samping bersifat basa NH2(CH2)4 (Murray, 2008; Fessenden dan Fessenden, 1982). Ketiga asam amino tersebut merupakan asam amino alifatik yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air. Kemampuan membentuk ikatan hidrogen pada senyawa tersebut berpotensi dalam meningkatkan kelarutan dalam air. Pembentukan prodrug karbamazepin dengan
gugus promoeity asam amino dibuat dengan menambahkan carbodiimida. Carbodiimida berperan dalam mengaktifkan gugus karboksil terhadap nukleofilik nitrogen. Salah satu bentuk carbodiimida yang digunakan sebagai reagen kopling dalam larutan adalah diisopropilkarbodiimida (DIC) (Benoiton, 2006). Karbamazepin mempunyai gugus amida dalam struktur molekulnya sehingga dimungkinkan untuk bereaksi dengan gugus karboksil dari asam amino. Sementara gugus karboksil dari asam amino bereaksi dengan gugus amida dari karbamazepin, gugus amino dari asam amino harus dilindungi agar tidak ikut bereaksi. Pada akhir proses pembuatan, pelindung gugus amino dari asam amino dilepas. Gugus amida dari senyawa karbamazepin dalam media air secara alamiah dapat berinteraksi dengan gugus karboksil dari asam amino membentuk ikatan hidrogen. Interaksi antara senyawa karbamazepin dengan asam amino akan melemahkan ikatan karbamazepin dan meningkatkan kemampuan pembasahan karbamazepin oleh media air. Peningkatan pembasahan karbamazepin dalam campuran fisik karbamazepin dengan asam amino glisin, alanin, atau lisin dapat meningkatkan kelarutan karbamazepin dalam air.
Berdasarkan teori dan penelitian yang telah dilakukan maka karbamazepin diperkirakan dapat dibuat bentuk prodrug dengan promoeity glisin, alanin, atau lisin yang memiliki kelarutan dan bioavailabilitas lebih baik daripada senyawa awal karbamazepin maupun campuran fisiknya. Adapun kerangka konsep ilmiah dapat dilihat pada Gambar 3.1.
3.2 HIPOTESIS PENELITIAN
Berdasarkan kajian teori dan kerangka konseptual maka dapat disusun hipotesis penelitian sebagai berikut :
1.Modifikasi senyawa prodrug karbamazepin dengan gugus promoeity asam amino glisin, alanin, atau lisin (PD-KBZ-GLI, PD-KBZ-ALA, atau PD-KBZ-LIS) dapat dibuat dari senyawa awal karbamazepin.
2.Senyawa prodrug PD-KBZ-GLI, PD-KBZ-ALA, atau PD-KBZ-LIS memperbaiki sifat fisikokimia dengan meningkatkan kelarutan dan disolusi karbamazepin serta menurunkan nilai koefisien partisi.
)
Gambar 3.1. Kerangka Konsep Ilmiah Penelitian
Keterangan: a) Lund, 1994; b) Koester et al., 2006
Gugus NH2 dan C=O membentuk ikatan Hidrogen dengan gugus
COO- AA
Karbamazepin (KBZ)
Antiepilepsi
Biopharmaceutics Classification System II : Kelarutan rendah, permeabilitas baik
Asam amino (AA) Mengandung gugus karboksil dan amina Larut dalam air Tidak toksik
Prodrug KBZ-AA
in vitro
Kelarutan besar → gradien konsentrasi besar
gaya pendorong melewati lapisan difusi Disolusi Prodrug KBZ-AA> CF-KBZ-AA > KBZ
Struktur molekul berubah Perubahan E kisi kristal
a.Titik lebur ↙ b.Kelarutan ↗ c.Koefisien Partisi ↙
Campuran Fisik (CF) KBZ-AA
in vivo
Bioavailabilitas Prodrug KBZ-AA > CF-KBZ-AA > KBZ
Struktur molekul tetap E kisi kristal tidak berubah a.Titik lebur berubah b.Kelarutan ↗
c.Koefisien Partisi tetap d.Polimorf dihidrat + Struktur molekul KBZ a.Titik Lebur 189-193 ºCa) b.Kelarutan 120 μg/mLb) c.Koefisien Partisi 2,45 b) d.Polimorf Gugus NH2 KBZ membentuk ikatan kovalen dengan gugus COO- AA
3.Senyawa prodrug PD-KBZ-GLI, PD-KBZ-ALA, atau PD-KBZ-LIS memperbaiki bioavailabilitas (mempersingkat tmaks, meningkatkan Cmaks dan AUC) karbamazepin.