Anung Pujiyanto1, Mujinah1, Hotman Lubis1, Witarti1, Herlan Setiawan1, Dede K1, Pony Purnamasari H2, Sutriyo2, Abdul Mutalib3
1
Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka, Badan Tenaga Nuklir Nasional
2
Fakultas Farmasi, Universitas Indonesia
3
Fakultas MIPA, Universitas Pajajaran email : [email protected]/[email protected]
ABSTRAK
Dalam beberapa tahun belakangan ini, nanopartikel emas (AuNP) mulai banyak diteliti untuk pengobatan dan diagnosa kanker. Hal ini disebabkan karakter utama nanopartikel emas dari sudut sifat kimia dan fisika sangat unik. Akan tetapi, sampai saat ini pembuatan AuNP masih mempunyai kendala, yaitu nano partikel AuNP mudah teroksidasi yang menyebabkan teragregasinya nanopartikel emas. Pembuatan nanopartikel emas dapat dibuat dengan mereaksikan asam kloroauric (HAuCl4) dengan stabilisator gum arabic glycoprotein (GA) dan natrium borohidrida
sebagai reduktor. Tujuan penelitian ini melakukan pembuatan AuNP menggunakan stabilsator gum arabic glycoprotein (GA) sehingga diperoleh AuNP yang stabil. Dari hasil karakterisasi nanopartikel emas (AuNP) menggunakan stabilisator gum arab dihasilkan nanopartikel emas cukup stabil. Hal ini didukung dengan nilai zeta potential -25,6 dan nilai PdI 0,498 menunjukkan sistem nanopartikel monodisperse. Selain itu, dari karakterisasi menggunakan spektrometer UV/Vis nanopartikel menunjukkan terjadinya surface plasmon resonance (SPR) pada serapan 530 nm sampai dengan 540 nm.
Kata kunci :nanopartikel emas, gum arabic glycoprotein (GA), stabilisator, diagnosis, asam kloroauric (HAuCl4)
PENDAHULUAN
Penemuan nanoteknologi memberikan pergeseran paradigma dalam pengobatan konvensional. Hal ini disebabkan teknologi nano menggunakan nanopartikel yang mempunyai ukuran lebih kecil dari sel tubuh sehingga memungkinkan bisa langsung masuk jaringan sel tubuh. Oleh karena itu, pada dunia kedokteran muncul istilah nanomedicine yang memanfaatkan nanopartikel sebagai sumber pengobatan dan deteksi berbagai penyakit dan gangguan kesehatan [1, 2]. Salah satu nanopartikel yang bisa berfungsi sebagai diagnostik dan terapi atau theranostic adalah nanopartikel emas (Au) karena nanopartikel emas mempunyai sifat unik dalam ukuran dan sifat fototermal yang disebabkan oleh kumpulan osilasi dari elektron bebas pada pita konduksi.
Dalam imaging intensitas absorbsi dan penyebaran nanopartikel emas lebih tinggi secara signifikan daripada sebagian besar penyerap dan pewarna molekul organik sehingga baik digunakan untuk agen kontras dalam imaging [3]. Selain itu, interaksi elektron pada nanopartikel emas menghasilkan panas diikuti dengan paparan cahaya infra merah dekat, near infrared (NIR). Metode ini dapat menyerap cahaya pada daerah NIR (near infra red, 650– 900 nm) yang menghasilkan panas di sekeliling jaringan sehingga dapat digunakan untuk pencitraan tumor dan ablasi. Cahaya NIR dapat menembus jaringan manusia dari 0,5 mm hingga beberapa cm tergantung absorpsi minimal dalam air dan darah pada daerah panjang gelombang spektra [3], sedangkan nanopartikel radiosotop
487
radioaktif dari Au-198 (ß max = 0,96, MeV; t ½ = 2,7 hari) dan Au-199 (ß max = 0,46 MeV; t ½ = 3,14 hari) yang ideal untuk digunakan dalam aplikasi radioterapi dan energi emisi gamma yang dimiliki Au-198 (γ=412 Kev) cocok untuk pencitraan maupun dosimetri [4], dengan keunggulan yang dimiliki nanopartikel emas dimungkinkan nanopartikel emas dapat digunakan dalam bentuk non radiaktif dan radioaktif untuk pengobatan kanker.
Sampai saat ini pembuatan nanopartikel Au masih mempunyai kendala, yaitu nano partikel Au mudah teroksidasi yang menyebabkan teragregasinya nanopartikel emas. Dampak dari terbentuknya agregasi ini adalah hilangnya sifat- sifat nanopartikel Au sehingga penetrasi nanopartikel Au ke dalam sel kanker tidak berjalan. Oleh karena itu, untuk mencegah terjadinya agregasi nanopartikel Au perlu ditambahkan stabilizer. Salah satu stabilizer yang bisa digunakan adalah gum arabic glycoprotein (GA) dikarenakan gum arab mempunyai kerangka polisakarida hidrofilik dan jaringan glikoprotein hidrofobik dalam struktur gum arabic glycoprotein (GA), yang membentuk lapisan yang efektif di sekitar nanopartikel emas. Penggunaan gum arabic sebagai stabilizer mempunyai keuntungan tersendiri karena gum arabic glycoprotein (GA) merupakan stabilizer pada indrustri makanan yang sudah direkomendasikan oleh Food and Drugs Administrasion (FDA, USA) untuk digunakan sebagai aditif makanan di berbagai makanan termasuk yogurt, cokelat, campuran sup, permen, dll [5, 6]. Pengikatan struktur komplek polisakarida dan protein pada GA dapat efektif dan terikat secara ireversibel dengan AuNPs pada matriks protein untuk menghasilkan konstruksi nanopartikel yang tidak toksik gum Arabic-AuNPs (GA-AuNPs), yang bersifat stabil, baik dalam kondisi in vitro dan in vivo untuk aplikasi terapi yang potensial dalam bentuk partikel nano.
Pada penelitian ini dilakukan pembuatan nanopartikel emas (AuNPs) menggunakan stabilisator gum arab (GA) secara bottom-up,
yaitu mereaksikan HAuCl4 dengan gum arab. Kemudian, direduksi dengan natrium borohididrida (NaBH4). Selanjutnya, nanopartikel emas yang terbentuk dikarakterisasi dengan spektrofotometer UV/Vis, Transmission Electron Microscopy (TEM), dan Particle Size Analyzer (PSA). Diharapkan dari penelitian ini bisa diperoleh nanopartikel emas yang stabil dalam bentuk senyawaan gum arab–nanopatikel emas (GA-AuNP) yang bisa diaplikasikan pada pengembangan senyawaan biokompatibel GA- AuNPs , baik yang radioaktif atau yang non aktif untuk diagnosa dan terapi kanker.
BAHAN DAN METODE
Zat kimia yang digunakan dengan tingkat kermurnia p.a. diantaranya Au Foil (Antam), gum arab (Sigma-Aldrich, Jerman), natrium borohidrida (Merck, Jerman), aquabides (IPHA, Indonesia), natrium fosfat dibasic (Merck, Jerman), dan natrium fosfat monobasic (Merck, Jerman).
Peralatan yang digunakan di antaranya spektrofotometer UV-Vis V-550 (Jasco, Jepang), Transmission Electron Microscope JEM-1400 (JEOL Ltd., Jepang), timbangan analitik (Sartorius, Jerman), pH meter Eutech 510 (Eutech Instrument, Singapura), hotplate magnetic stirrer (Cimarec, Amerika), dan Particle Size Analyzer Delsa Nano C (Beckman Coulter, Amerika Serikat), pipet mikro adjustable (Eppendorf, Amerika), thermostat (Polyscince, USA), refrigerated centrifuge (Beckman-Allegra, Amerika Serikat), dan peralatan gelas seperti beaker glass (Pyrex, Amerika) dan erlenmeyer (Pyrex, Amerika). METODE
Ke dalam gelas piala 100 mL dimasukkan 8,20 mL gum arab. Selanjutnya, ditambah 0,25 mL aquabides, kemudian dipanaskan pada suhu 55oC dengan pengadukan terus menerus. Pada larutan gum arab yang masih panas tersebut ditambahkan 1,5 mL HAuCl4 0,002 M dan pengadukan dilanjutkan selama satu menit. Kemudian, ditambahkan 0,05 mL larutan NaBH4
488
0,02 M dengan pengadukan terus menerus. Ketika warna larutan berubah menjadi ungu kemerah-merahan, pengadukan dilanjutkan selama satu menit tanpa pemanasan.
HASIL DAN DISKUSI
Penggunaan gum arab sebagai stabilisator nanopartikel dilakukan dengan metoda bottom up, di mana pada metoda ini larutan HAuCl4 direaksikan terlebih dahulu dengan gum arab. Kemudian, campuran larutan tersebut direduksi dengan natrium borohidrida (NaBH4). Perubahan larutan HAuCl4 menjadi nanopartikel emas (AuNPs) dengan stabilisator gum arab ditampilkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Warna dari larutan a) HAuCl4 b) gum
arab dan c) nanopartikel emas dengan stabilisator gum arab
Terlihat warna kuning berubah menjadi warna ungu. Perubahan ini terjadi karena adanya proses reduksi ion Au3+ menjadi Au yang berbentuk nanopartikel emas oleh NaBH4. Proses reduksi ion Au3+ menjadi Au dituliskan dalam persamaan setengah reaksi di bawah ini:
BH4- + 3 H2O B(OH)3 + 7 H+ + 8 e- AuCl4
-
+ 3e- Au + 4Cl- [7] Selain itu, warna ungu yang terbentuk dimungkinkan adanya surface plasmon resonance (SPR) oleh cahaya yang masuk kedalam larutan nanopartikel emas sehingga terjadinya osilasi bolak balik elektron di sekitar permukaan nanopartikel emas, yang menimbulkan plasmon band yang memiliki
puncak serapan di sekitar warna ungu, yaitu 530 sampai dengan 540 nm [8]. Fenomena ini didukung oleh hasil pemeriksaan spektrometer UV/Vis dari nanopartikel emas yang distabilkan oleh gum arab ditampilkan pada Gambar 2. Pada Gambar 2, terlihat terjadinya serapan yang maksimal pada panjang gelombang 546 nm. Hal ini menunjukkan terjadinya SPR pada nanopartikel emas yang distabilisasi menggunakan gum arab. Adanya SPR menunjukan nanopartikel emas cukup stabil. Kestabilan ini terjaga karena adanya ikatan hidrogen antara nanopartikel emas (AuNPs) dengan gugus hidroksil karbohidrat penyusun struktur gum arab, di mana gum arab sendiri merupakan famili protein arabinogalaktan (AGPs) yang mempunyai struktur karbohidrat yang terikat pada strukur inti protein [9]. Pengaruh kestabilan AuNPs oleh gum arab diperkuat oleh hasil karakterisasi permukaan AuNPs dan indeks polidispersitas yang menyatakan distribusi ukuran partikel dari sistem nanopartikel, di mana untuk mengkarakterisasi sifat permukaan suatu nanopartikel dinyatakan dengan nilai zeta potential yang dapat memprediksi kestabilan larutan koloid - semakin tinggi nilai zeta potential, baik muatan positif atau negatif menunjukkan sistem koloid yang stabil dan dapat mencegah partikel mengalami agregasi, yang disebabkan adanya gaya tolak menolak antara elektrostatik antara nanopartikel. Secara umum, partikel dengan nilai zeta potensial lebih positif dari +30 mV atau lebih negatif dari -30 mV diprediksi stabil selama penyimpanan dan tercegah dari agregasi partikel [10]. Adapun nilai indeks polidispersitas menyatakan kestabilan sistem nanopartikel - semakin meningkatnya nilai indeks polidispersitas menunjukkan semakin banyak partikel yang beragregasi. Hasil pengukuran karakterisasi permukaan dari AuNPs menunjukkan nilai zeta potential - 25,6 mV, seperti yang ditampilkan pada Gambar 3, di mana nilai zeta potential memperlihatkan pembuatan AuNPs dengan stabilisator gum arab cukup stabil. Sedangkan dari pengukuran distribusi ukuran partikel memberikan nilai indeks polidispersitas (Pdl )
489
0,498 seperti ditampilkan pada Gambar 4. Hasil Gambar 4 menunjukkan sistem nanopartikel monodispersi dan memperlihatkan distribusi ukuran partikel yang cenderung sempit dan menandakan nanopartikel yang stabil karena semakin sedikitnya partikel yang beragregasi. Hal ini disebabkan oleh sistem nanopartikel monodispersi yang mempunyai nilai Pdl 0,01 sampai 0,7.
Pada Gambar 5 ditampilkan hasil pengukuran morfologi GA-AuNP menggunakan (TEM). Pada Gambar 5 tersebut, terlihat nanopartikel sudah berukuran nano akan tetapi nanopartikel yang terbentuk tidak seragam. Adanya fenomena tersebut disebabkan pada pembuatan nanopartikel emas menggunakan metoda bottom up yang sangat sulit untuk membentuk nanopartikel yang seragam.
Gambar 2. spektrum UV/Vis dari nanopartikel emas dengan stabilisator gum arab
Gambar 3. Hasil pengukuran zeta potensial
Gambar 4. Hasil pengukuran partikel dan nilai Pdl
Gambar 5. Hasil pengukuran morfologi menggunakan Transmission Electron Microscopy
(TEM)
KESIMPULAN
Hasil karakterisasi nanopartikel emas (AuNP) menggunakan stabilisator gum arab cukup stabil. Hal ini didukung dengan nilai zeta potensial - 25,6 dan nilai PdI 0,498, yang menunjukkan sistem nanopartikel monodisperse. Selain itu, dari karakterisasi menggunakan spektrofotometer UV/Vis, nanopartikel menunjukkan terjadinya surface plasmon resonance (SPR) pada serapan 530 nm sampai dengan 540 nm. Adanya SPR nanopartikel emas dengan stabilsator gum arab dapat digunakan untuk pengobatan dan diagnosis kanker.
Perlu dikembangkan pembuatan nanopartikel emas (AuNP) radioaktif dalam nanopartikel
490
198
AuNP menggunakan stabilsator gum arab untuk pengobatan dan diagnosis kanker.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Katti K, Chanda N, Shukla R, Zambre A, Suibramanian T, Kulkarni RR, ET AL. Green nanotechnology from cumin phytochemicals: generation of biocompatible gold nanoparticles. Int J Nanotechnol Biomed;1: B39-52. 2009 [2] P. Grodzinski, M. Silver, L. K. Molnar,
Expert Review of Molecular Diagnostics, 6, 307. 2006
[3]
huang-chiao huang, Sutapa Barua, Gaurav Sharma, Sandwip K. Dey and kaushal rege, Inorganic Nanoparticles for Cancer Imaging and Therapy, Journal of Controlled Release, 155, 344–357. 2011[4]Kannan, R., et.al. Functionalized radioactive gold nanoparticles in tumor theraphy. WIREs Nanomed Nanobiotechnol , 42-51. 2012.
[
5] Anderson DM. Evidence for the safety of gum arabic (Acacia Senegal (L.) Willd.) as afood additive—a brief review. Food Addit
Contam 1986;3:225-30.
[6] Phillips GO. Acacia gum (gum arabic): a nutritional fibre; metabolism and calorific value. Food Addit Contam ;15:251-64. 1998
[7]
Iwantono M. Phil fabrikasi superkapasitor dengan sifat-sifat kapasitif tinggi melalui peningkatan antarmuka piranti menggunakan nanopartikel logam Laporan Akhir (Tahun-1) Penelitian Hibah Bersaing universitas riau – DP2M Dikti . 2011[8] Aslan, K., Z. Jian, J.R. Lakowicz and C.D. Geddes Saccharide sensing using gold and silver nanoparticles - a review. Journal of Fluorescence 14(4): 391. 2004
[9] Pettolino, F., M.-L. Liao, Y. Zhu, S.-L.
mau, AND A. Bacic, Structure, function
and cloning of arabinoglactan-proteins
(AGPs): an overview.
Foods & FoodIngredient
s
Journal of Japan,211(1): p.
12. 2006.
[10] Mohanraj, VJ., Y CHEN. Nanoparticles - A review. Tropical Journal of Pharmaceutical Research, 5 (1), 561-573. 2005.