PREDIKSI TOKSISITAS SENYAWA PHOTOSENSITIZER
MENGGUNAKAN TOXTREE DAN TOPKAT
Dadan Suryasaputra* and Daryono Hadi Tjahjono**
*Jurusan Farmasi, FMIPA, Universitas Al-Ghifari, Jl. Cisaranten Kulon No. 140 Bandung 40293, Indonesia **Sekolah Farmasi, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132, Indonesia
Abstrak
Latar belakang dan Tujuan: Photosensitizer merupakan suatu kelompok senyawa yang digunakan dalam Photodynamic therapy (PDT) untuk pengobatan kanker dan beberapa kondisi non-kanker yang didasarkan pada fotoaktivasi senyawa photosensitizer yang terakumulasi pada sel / jaringan target oleh cahaya pada panjang gelombang tertentu. Pengujian toksisitas diperlukan karena photosensitizer merupakan senyawa asing yang masuk ke dalam tubuh. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksikan toksisitas senyawa photosensitizer sebelum fotoaktivasi. Metode: Prediksi toksisitas dilakukan terhadap 65 senyawa photosensitizer dari turunan porfirin, klorin, bakterioklorin dan ftalosianin secara komputasi menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT. Hasil: prediksi toksisitas dengan Toxtree menunjukkan potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas didasarkan pada Benigni-Bossa rulebase dan terdapat setidaknya satu peringatan positif mutagenisitas secara in vivo menurut micronucleus assay in rodent. TOPKAT memprediksikan dosis maksimum yang dapat ditoleransi senyawa photosensitizer antara 2,320 mg/kg BB (Bacteriochlorophyl A) sampai dengan 236,681 mg/kg BB (laserphyrin), dan Low Observed Adverse Effect Level (LOAEL) antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah dimiliki dihematoporfirin eter, sedangkan dosis LOAEL yang tertinggi ditunjukkan oleh lutetium teksafirin. Dari pengujian mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogenik, 3 senyawa sebagai karsinogenik non-mutagenik (bakterioklorofil A, tin etio purpurin dan NT1 Purpurin). Senyawa yang diprediksikan sebagai mutagenik dan atau karsinogenik, merupakan senyawa yang memiliki gugus kationik (kationik photosensitizer) kecuali m-THPC, ftalosianin dan NT1 purpurin.
Kata kunci : Photosensitizer, toksisitas, Toxtree, TOPKAT.
Abstract
Background and Purpose: photosensitizer is a compounds that is recently used in Photodynamic Therapy (PDT) for the treatment of cancer and some of the non-cancerous condition. PDT is based on the photoactivation of photosensitizer which accumulated in the targeted cell / tissue by light at specific wavelength. Toxicity test for photosensitizer is necessary because they are xenoboitic to the body. The present study was conducted to predict the toxicity of compounds which used as or candidate of photosensitizer before photoactivation. Methods: Prediction of toxicity was performed on 65 compounds of porphyrin, chlorin, bacteriochlorin and phthalocyanin derivatives computationally using Toxtree and TOPKAT software. Results: The prediction of toxicity with Toxtree show potential mutagenicity and carcinogenicity based on the Benigni-Bossa rulebase and there is at least one positive alert for mutagenicity in vivo by the micronucleus assay in rodents. TOPKAT predicted that the maximum tolerable dose of photosensitizer are between 2.320 mg/kg body weight (Bacteriochlorophyll A) up to 236.681 mg/kg body weight (laserphyrin), while the Low Observed Adverse Effect Level (LOAEL) is between 0.003 and 30.207 mg/kg. The lowest LOAEL dose was shown by dihematoporphyrin ether, whereas the highest LOAEL dose was observed for lutetium texaphyrin. Mutagenicity and carcinogenicity testing using Toxtree and TOPKAT, showed that 9 compounds were considered to be mutagenic-carcinogenic, while 3 compounds as non-mutagenic-carcinogens (bacteriochlorophyll A, tin etio purpurin & NT1 Purpurin). Compounds which predicted as mutagenic and or carcinogenic, are compounds those have cationic group (cationic photosensitizer) except for m-THPC, phthalocyanin and NT1 purpurin.
Key words : Photosensitizer, toxicity, Toxtree, TOPKAT.
Pendahuluan
Photosensitizer merupakan suatu kelompok senyawa yang banyak dipergunakan dalam Photodynamic therapy (PDT). Photodynamic therapy (PDT) merupakan teknik pengobatan terkini kanker dan beberapa kondisi non-kanker yang didasarkan pada fotoaktivasi senyawa photosensitizer yang terakumulasi pada sel / jaringan target (Tjahjono, 2006). Banyak senyawa photosensitizer untuk PDT
merupakan senyawa turunan tetrapirol makrosiklik, seperti porfirin, klorin dan bakterioklorin, serta ftalosianin (Djalil dkk, 2012).
Aktivasi senyawa photosensitizer dengan cahaya pada panjang gelombang tertentu akan menghasilkan spesi oksigen reaktif (reactive oxygen species, ROS) yang dapat merusak membran sel, mitokondria, atau lisosom yang mengakibatkan kematian sel (Tjahjono,
2006). Tahapan tersebut memungkinkan untuk menghindari toksisitas yang terkait terapi menggunakan photosensitizer sebelum diaktivasi. Akan tetapi pengujian toksisitas tetap diperlukan karena photosensitizer merupakan senyawa asing (xenobiotic) yang masuk ke dalam tubuh (Djalil dkk, 2012).
Profil dari photosensitizer yang ideal untuk digunakan dalam PDT harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu (Sternberg dan David, 1998) :
a) mempunyai serapan radiasi elektromagnetik kuat di bagian merah dari spektrum sinar tampak (> 650 nm)
b) menghasilkan energi triplet tinggi, dengan energi triplet lebih besar dari 94 kJmol-1
c) dapat menghasilkan kuantum oksigen singlet yang tinggi
d) memiliki toksisitas pra-aktivasi yang rendah e) mempunyai selektivitas tinggi terhadap jaringan
tumor vs jaringan sehat, terutama kulit f) dapat diformulasi secara sederhana;
g) dapat disintesis dari bahan baku yang mudah tersedia, dan dengan mudah dapat diproduksi dalam skala besar.
Uji toksisitas secara eksperimental laboratorium membutuhkan tenaga, fasilitas, waktu dan biaya mahal. Sebaliknya prediksi toksisitas dari model QSAR telah digunakan untuk mendukung hipotesis dan memprioritaskan studi eksperimental lebih lanjut (Djalil dkk, 2012). Dalam penelitan ini telah dilakukan prediksi toksisitas senyawa photosensitizer secara komputasi menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT dengan tujuan mengetahui toksisitas senyawa photosensitizer pra-fotoaktivasi.
Percobaan
Perangkat lunakToxtree® 2.5.0, TOPKAT dari Discovery studio® 2.5, Chemsketch® 12.01.
Perangkat keras
ACPI x86 – based PC dengan platform Intel® Pentium® Dual-Core; Processor: Dual-Core Processor T2080 - (1.83 GHz, 1MB L2 Cache, 533 MHz FSB); Operating System : Windows® 7 Professional; Memory : 2GB DDR2 667MHz RAM ( x1)
Prosedur :
Penelitian ini diawali dengan studi pendahuluan untuk menentukan senyawa photosensitizer yang akan diprediksikan toksisitasnya. Selanjutnya senyawa– senyawa tersebut digambarkan struktur 2D molekulnya menggunakan Chemsketch 12.01 dan dibuatkan notasi SMILES-nya. Senyawa yang
diprediksikan toksisitasnya berasal dari penelitian sebelumnya(Ling, 1995, Frimayanti dkk, 2011, dan Djalil dkk, 2012)
Prediksi toksisitas in silico terhadap senyawa turunan porfirin, klorin, bakterioklorin, dan kationik photosensitizer dihitung menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT. Struktur senyawa uji (Tabel IV.1) diubah ke dalam notasi SMILES dan dijadikan sebagai masukkan data ke dalam perangkat lunak Toxtree maupun TOPKAT.
Untuk perangkat lunak Toxtree, prediksi toksisitas dilakukan berdasarkan penerapan decision tree yaitu Decision tree untuk memperkirakan mutagenisitas dan karsinogenisitas didasarkan pada Benigni/Bossa rulebase, dan Structure Alerts untuk uji in vivo mikronukleus pada hewan pengerat (uji mutagenisitas secara in vivo pada tikus). Senyawa yang diprediksi dengan Toxtree dikelompokkan dalam kelas. Untuk program TOPKAT, prediksi toksisitas yang dihitung meliputi toksisitas umum, toksisitas terhadap perkembangan, serta mutagenisitas dan karsinogenisitas.
Penetapan kriteria pengujian toksisitas
Kriteria pengujian toksisitas didasarkan pada protokol atau petunjuk pengujian yang dikeluarkan oleh ICH (Intenational Conference on Harmonisation) S9 : non-clinical evaluation for anticancer pharmaceutical, 2010, yang meliputi :
a. toksisitas umum mencakup MTD (Maximum Tolerated Dose), dan LOAEL (Low observed adverse effect level)
b. toksisitas terhadap reproduksi atau perkembangan janin (DTP = Developmental toxicity potency) c. mutagenisitas
d. karsinogenisitas
Tabel 1 Pembagian Kelas pada decision tree dengan metode Toxtree
Decison tree Kelas
Structure alerts untuk uji mikronukleus in vivo pada hewan pengerat
1
2
Setidaknya satu structural alert positif untuk uji mikronukleus No alerts untuk uji mikronukleus
Benigni/bossa rule base (untuk mutagenisitas dan karsinogenisitas) 1 2 3 4 5
Structure alerts untuk mutagenisitas dan karsinogenisitas Structure alerts untuk non-genotoksik karsinogenisitas Potensial mutagen S.
typhimurium TA100 berdasarkan QSAR
Bukan mutagen S. typhimurium TA100 berdasarkan QSAR Potensial karsinogen berdasarkan
6 7 8 9 10 QSAR
Bukan karsinogen berdasarkan QSAR
Untuk penilaian lebih baik, perhitungan QSAR dapat diterapkan
Negatif genotoksik karsinogenisitas
Negatif untuk nongenotoksik karsinogenisitas
Error ketika diterapkan decision tree
Hasil dan Pembahasan
Senyawa yang diprediksikan sebanyak 65 senyawa (Tabel 1), yang terdiri dari 9 senyawa turunan porfirin, 9 senyawa katonik photosensitizer, 36 turunan klorin dan bakterioklorin, serta 11 senyawa baru photosensitizer dengan gugus karboksilat. Dari senyawa yang diprediksi toksisitasnya, terdapat senyawa photosensitizer yang telah memasuki tahap uji klinis dan dipasarkan di beberapa negara, yaitu PPIX, Photofrin Na, m-tetrahydroxyphenilklorin (m-THPC), Lutetium texaphyrin, laserphyrin, dan verteporfin.
Tabel IV.1 Senyawa photosensitizer yang diteliti
AC1L45M0 Aspartil klorin
Bakterioklorofil A Cu-ftalosianin
Benzoporfirin D Klorin e6
Klorin e4 Klorin e4
Bphe A Bphe A-OH
Ferro-ftalosianin Ferro-ftalosianin
Klorin p6 Klorofilon A
Dihematoporfirin eter Disodium ftalosianin
G2 aspartil deprotected
G2 lisin protected Hidroksil pha lisin
Hidroksil pheo A Hidroksil pheo A metilester
G2 acid metil G2 lisin deprotected
Hidroksil pheo b metilester
Isoklorin e4
Lutetium texafirin NT1 purpurin
m-THPC Metoksi G2 metil ester
Laserfirin Laserfirin
Oktaetil purpurin PhA Asp
Feoforbid A metilester Feoforbid B
Purpurin 18 Purpurin 18 metilester
Metil Feoforbid A Metil Feoforbid A
Pirofeoporbide A Rhodine G7
Tin etio purpurin Verteporfin
Purpurin 7 PP IX 2-OH
Photofrin Na PP IX-1OH
Rhodoklorin Purpurin lisin
Silikon ftalosianin Silikon ftalosianin
Senyawa 1 Senyawa 2
Senyawa 5 Senyawa 6
Senyawa 7 Senyawa 8
Senyawa 9 Senyawa 10
Senyawa 11
Hasil prediksi toksisitas
Prediksi toksisitas dilakukan untuk mengetahui potensi toksik suatu senyawa. PDT merupakan teknik pengobatan yang memerlukan kombinasi obat berupa senyawa photosensitizer dan cahaya untuk menghasilkan spesi oksigen reaktis yang akan menghancurkan sel kanker. Kedua bagian tersebut memungkinkan terhindarnya toksisitas sehubungan dengan obat yang digunakan, karena hanya photosensitizer yang telah diaktifkan cahaya yang sitotoksik.
Prediksi toksisitas umum yang mencakup MTD (Maximum Tolerated Dose), dan LOAEL (Low observed adverse effect level) dilakukan dengan perangkat lunak TOPKAT. Pengujian dilakukan terhadap seluruh senyawa yang terdapat pada Tabel IV.1. Pengujian untuk menentukan MTD dan LOAEL diperlukan untuk menentukan besarnya dosis yang
dapat ditoleransi tanpa menimbulkan efek yang merugikan, yang akan diberikan selama uji pra-klinis dan uji klinis tahap I (ICH S9, 2010). Data prediksi MTD dan LOAEL ditampilkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Low observed adverse effect level & Maximum tolerate dose
Nama senyawa LOAEL
(mg/kg BB) MTD (mg/kg BB) Dihematoporfirin ether 0,003 29,622 senyawa 1 0,024 60,052 hidroksi pheo a 0,032 12,855 senyawa 4 0,033 51,427 senyawa 6 0,034 63,593 senyawa 7 0,034 62,538 senyawa 2 0,042 57,623 senyawa 3 0,043 56,797 senyawa 5 0,044 29,156 G2 acid metil 0,055 33,649 Bphe a-OH 0,058 16,244 klorin e4 0,069 56,582 PPIX-1OH 0,074 97,759 Bphe a 0,079 11,588 rhodoklorin 0,088 62,633 PPIX-2OH 0,091 124,458 senyawa 8 0,092 59,021 purpurin 18 0,093 23,194 Feoforbid B 0,103 26,824 pirofeoforbid a 0,114 46,890 Bakterioklorofil A 0,119 2,320 purpurin 7 0,136 93,691 senyawa 10 0,138 91,351 Klorin P6 0,138 89,662 senyawa 11 0,138 89,662 klorin e6 0,144 84,461
purpurin 18 metil ester 0,158 5,140
hidroksi pheo a metil ester 0,163 6,608 senyawa 9 0,174 41,969 copper ftalosianin 0,180 28,863 Pheo A 0,185 9,509 NT1 purpurin 0,187 32,056 G2 dimetil ester 0,203 7,776
Pheo a metil ester 0,227 4,502
Klorofilon e a 0,243 23,051
rhodine g7 0,250 96,347
hyrdroxy pheo b metil ester
methoxy G2 metil ester 0,290 5,649 metyl Feoforbid a 0,308 8,502 PPIX 0,331 72,395 tin-etio-purpurin 0,358 24,142 isoklorin e4 0,383 79,401 G2 aspartyl deprotected 0,405 69,037 Silicon ftalosianine 0,478 43,694 G2 aspartyl protected 0,497 10,988 photofrin2 Na 0,499 217,293 Oktaetil purpurin 0,500 34,241 disodium ftalosianine 0,587 52,835 ferro ftalosianine 0,587 52,835 Ftalosianin diklorosilan 0,587 52,835 ftalosianine 0,587 52,836 G2 lisin deprotected 0,729 52,967 cobalt ftalosianine 0,956 52,836 Asp Klorin 0,958 236,861 laserfirin 0,958 236,861 purpurin lisin 1,907 96,162 Verteporfin 2,084 18,527 Pha Asp 2,430 104,999 Benzoporfirin D 2,735 88,558 G2 lisin protected 3,643 35,949 Pha lys 3,740 39,107
hidroksi pha lisin 3,809 51,560
m-THPC 4,137 99,931
AC1L45M0 30,207 54,947
Lutetium texaphyrin 30,207 54,947
Dari Tabel 2, dapat terlihat bahwa MTD terendah adalah 2,32 mg/kg BB untuk senyawa Bakterioklorofil A dan yang tertinggi 236,681 mg/kg BB untuk laserphyrin.
LOAEL berkisar antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah ditunjukkan oleh dihematoporfirin eter, sedangkan dosis LOAEL yang tertinggi ditunjukkan oleh lutetium texaphyrin.
Selain prediksi toksikologi umum, TOPKAT dipergunakan juga untuk memprediksikan potensi toksisitas terhadap perkembangan (DTP). Hasil prediksi pengujian DTP dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel IV.3 Developmental Toxicity Potencial (DTP)
Nama senyawa DTP Prediction DTP Probability G2 aspartyl deprotected Non-Toksik 0,453 Benzoporfirin D Non-Toksik 0,457
Silicon ftalosianine Non-Toksik 0,459
cobalt ftalosianine Non-Toksik 0,465
disodium ftalosianine Non-Toksik 0,464
ferro ftalosianine Non-Toksik 0,464
Ftalosianin diklorosilan
Non-Toksik 0,464
ftalosianine Non-Toksik 0,464
Verteporfin Non-Toksik 0,465
copper ftalosianin Non-Toksik 0,468
tin-etio-purpurin Non-Toksik 0,469
Oktaetil purpurin Non-Toksik 0,470
NT1 purpurin Non-Toksik 0,471
Asp Klorin Non-Toksik 0,472
laserphyrin Non-Toksik 0,472
G2 aspartyl protected Non-Toksik 0,473
Bakterioklorofil A Non-Toksik 0,481
Pha Asp Non-Toksik 0,482
Feoforbid B Non-Toksik 0,489
m-THPC Non-Toksik 0,489
hidroksi pheo a Non-Toksik 0,490
Bphe a Non-Toksik 0,492
purpurin lisin Non-Toksik 0,493
dihematoporfirin ether Toksik 0,495
Photofrin Na Toksik 0,498
metyl Feoforbid a Toksik 0,502
Pha lys Toksik 0,504
PPIX Toksik 0,508
G2 lisin deprotected Toksik 0,508
G2 lisin protected Toksik 0,509
Bphe a-OH Toksik 0,509
klorin e4 Toksik 0,512
G2 acid metil Toksik 0,515
hidroksi pha lisin Toksik 0,517
purpurin 18 Toksik 0,521 rhodoklorin Toksik 0,522 pyroFeoforbid a Toksik 0,526 senyawa 8 Toksik 0,527 senyawa 2 Toksik 0,529 senyawa 3 Toksik 0,530 Pheo A Toksik 0,532 senyawa 1 Toksik 0,532 klorin e6 Toksik 0,534 methoxy G2 metil ester Toksik 0,534
rhodine g7 Toksik 0,535 PPIX-1OH Toksik 0,535 senyawa 5 Toksik 0,535 purpurine 7 Toksik 0,535 senyawa 10 Toksik 0,536 PPIX-2OH Toksik 0,537 isoklorin e4 Toksik 0,538 senyawa 7 Toksik 0,538 senyawa 4 Toksik 0,538
purpurin 18 metil ester Toksik 0,539
senyawa 6 Toksik 0,539
senyawa 9 Toksik 0,540
Klorin P6 Toksik 0,540
senyawa 11 Toksik 0,540
hydroxy pheo b metil ester
Toksik 0,546
Klorofilon e a Toksik 0,546
G2 dimetil ester Toksik 0,549
Pheo a metil ester Toksik 0,553
hidroksi pheo a metil ester
Toksik 0,561
AC1L45M0 Toksik 0,573
Lutetium texaphyrin Toksik 0,573
Dari Tabel 3 didapat bahwa 23 senyawa diprediksikan tidak bersifat toksik bagi reproduksi atau perkembangan embrio / janin, dan 42 dikategorikan sebagai berpotensi toksik. Nilai probabilitas DTP antara 0,45 - 0,57 dimana nilai probabilitas > 0,495 diprediksikan sebagai toksik. Senyawa Photosensitizer yang telah melalui tahapan pengujian klinis dan telah dipasarkan di beberapa negara, yaitu verteporfin, laserphyrin, m-THPC dikategorikan sebagai non-toksik terhadap perkembangan, sedangkan PPIX, photofrin Na dan Lutetium texaphyrin dikategorikan toksik terhadap perkembangan. Kemungkinan hasil positif ini ditunjukkan oleh reaksi positif palsu. Hasil ini masih membutuhkan verifikasi melalui uji eksperimental secara laboratorium.
Gambar 1 : Distribusi Developmental toxicity potency
Prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Toxtree dengan menerapkan suatu decision tree. Pembagian kelas pada masing-masing decision tree dipaparkan pada tabel 1. Hasil prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel IV.4 Prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas
(Toxtree-Benigni Bossa rule base & ISSMIC)
Nama senyawa Benigni/Bossa rulebase * alerts for micronucleus assay (ISSMIC) ** Klorofilon a 9 1 G2 acid metil 9 1 G2 dimetil ester 9 1 G2 lisin protected 9 1 hidroksi pha lisin 9 1 hidroksi pheo a 9 1 methoxy G2 metil ester 9 1 Pha Asp 9 1 Pha lys 9 1 purpurin 18 metil ester 9 1 purpurin 18 9 1 purpurin lisin 9 1 klorin e4 9 1 klorin e6 9 1 isoklorin e4 9 1 rhodoklorin 9 1 PPIX 9 1 PPIX-2OH 9 1 PPIX-1OH 9 1 Klorin P6 9 1 purpurine 7 9 1 Bphe a 9 1 Bphe a-OH 9 1 senyawa 1 9 1 senyawa 2 9 1 senyawa 3 9 1 senyawa 4 9 1 senyawa 5 9 1 senyawa 6 9 1 non-toksik 35% Toksik 65%
senyawa 7 9 1 senyawa 8 9 1 senyawa 9 9 1 senyawa 10 9 1 senyawa 11 9 1 tin etio purpurin 9 1 G2 aspartyl deprotected 1 & 9 1 G2 aspartyl protected 1 & 9 1 G2 lisin deprotected 1 & 9 1 hidroksi pheo a metil ester 1 & 9 1 hyrdroxy pheo b metil ester 1 & 9 1 Pheo a metil ester 1 & 9 1 Pheo A 1 & 9 1 pyroFeoforb id a 1 & 9 1 rhodine g7 1 & 9 1 laserphyrin 1 & 9 1 AC1L45M0 1 & 9 1 aspartyl klorin 1 & 9 1 Bakterioklor ofil A 1 & 9 1 benzoporfiri n D 1 & 9 1 cobalt ftalosianin 1 & 9 1 copper ftalosianin 1 & 9 1 dihematopor firin ether 1 & 9 1 disodium ftalosianin 1 & 9 1 ferro ftalosianin 1 & 9 1 lutetium texaphyrine 1 & 9 1 m-THPC 1 & 9 1 metil Feoforbid a 1 & 9 1 NT1 purpurin 1 & 9 1 Oktaetil purpurin 1 & 9 1 Feoforbid b 1 & 9 1 photofrin Na 1 & 9 1 ftalosianin dichlorosila ne 1 & 9 1 ftalosianin 1 & 9 1 silicon ftalosianin 1 & 9 1 verteporphy n 1 & 9 1
* Benigni/Bossa rule base : 1 = alert for genotoxic carcinogenicity 9 = negative for nongenotoxic carsinogenicity ** alerts for micronucleus assay : 1 = setidaknya terdapat satu peringatan positif untuk micronucleus assay
Dari prediksi dengan Benigni/Bossa rulebase, 35 senyawa dikategorikan masuk ke dalam kelas 9 (negative for nongenotoxic carsinogenicity), dan 30 senyawa termasuk kedalam kelas 1 & 9 (1: alert for genotoxic carcinogenicity), yang didukung pula dengan data dari ISSMIC dimana terdapat setidaknya satu peringatan positif untuk mutagenisitas secara in vivo.
Gambar 2 : Distribusi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas
Selain dengan menggunakan Toxtree, prediksi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas dapat pula dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak TOPKAT. Hal ini dilakukan sebagai pembanding hasil prediksi dengan menggunakan perangkat lunak Toxtree. Hasil prediksi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan perangkat lunak TOPKAT dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Prediksi Potensi Mutagenisitas & Karsinogenisitas dengan
TOPKAT
Nama senyawa Mutagenisitas Karsinogenisitas
AC1L45M0 Non-mutagen Non-Karsinogen
Asp klorin Non-mutagen Non-Karsinogen
Bakterioklorofil a Non-mutagen Karsinogen
Benzoporfirin d Non-mutagen Non-Karsinogen
Bphe a Non-mutagen Non-Karsinogen
Bphe a-OH Non-mutagen Non-Karsinogen
Klorin e4 Non-mutagen Non-Karsinogen
Klorin e6 Non-mutagen Non-Karsinogen
Klorin p6 Non-mutagen Non-Karsinogen
Klorofilon e a Non-mutagen Non-Karsinogen
35 30 26 28 30 32 34 36
class 9 class 1 & 9
Senyawa 1 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 10 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 11 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 2 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 3 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 4 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 5 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 6 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 7 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 8 Non-mutagen Non-Karsinogen
Senyawa 9 Non-mutagen Non-Karsinogen
Cobalt ftalosianin Mutagen Karsinogen
Copper ftalosianin Mutagen Karsinogen
Dihematoporfirin ether Non-mutagen Non-Karsinogen
Disodium ftalosianine Mutagen Karsinogen
Ferro ftalosianine Mutagen Karsinogen
G2 acid metil Non-mutagen Non-Karsinogen
G2 aspartyl deprotected Non-mutagen Non-Karsinogen
G2 aspartyl protected Non-mutagen Non-Karsinogen
G2 dimetil ester Non-mutagen Non-Karsinogen
G2 lisin deprotected Non-mutagen Non-Karsinogen
G2 lisin protected Non-mutagen Non-Karsinogen
Hidroksi pha lisin Non-mutagen Non-Karsinogen
Hidroksi pheo a Non-mutagen Non-Karsinogen
Hidroksi pheo a metil
ester Non-mutagen Non-Karsinogen
Hyrdroxy pheo b metil
ester Non-mutagen Non-Karsinogen
Isoklorin e4 Non-mutagen Non-Karsinogen
Laserphyrin Non-mutagen Non-Karsinogen
Lutetium texaphyrin Non-mutagen Non-Karsinogen
m-THPC Mutagen Karsinogen
Methoxy g2 metil ester Non-mutagen Non-Karsinogen
Metyl Feoforbid a Non-mutagen Non-Karsinogen
NT1 purpurin Non-mutagen Karsinogen
Oktaetil purpurin Non-mutagen Non-Karsinogen
Pha asp Non-mutagen Non-Karsinogen
Pha lys Non-mutagen Non-Karsinogen
Pheo a Non-mutagen Non-Karsinogen
Pheo a metil ester Non-mutagen Non-Karsinogen
Feoforbid b Non-mutagen Non-Karsinogen
Photofrin 2Na Non-mutagen Non-Karsinogen
Ftalosianin diklorosilan Mutagen Karsinogen
Ftalosianin Mutagen Karsinogen
PPIX Non-mutagen Non-Karsinogen
Ppix-1OH Non-mutagen Non-Karsinogen
Ppix-2OH Non-mutagen Non-Karsinogen
Purpurin 18 Non-mutagen Non-Karsinogen
Purpurin 18 metil ester Non-mutagen Non-Karsinogen
Purpurin lisin Non-mutagen Non-Karsinogen
Purpurine 7 Non-mutagen Non-Karsinogen
PyroFeoforbid a Non-mutagen Non-Karsinogen
Rhodine g7 Non-mutagen Non-Karsinogen
Rhodoklorin Non-mutagen Non-Karsinogen
Silicon ftalosianine Mutagen Karsinogen
Tin-etio-purpurin Non-mutagen Karsinogen
Verteporfin Non-mutagen Non-Karsinogen
Dari Tabel 5 terlihat bahwa 57 senyawa dikategorikan sebagai non-mutagenik dan 8 senyawa dikategorikan mutagenik, yaitu Co-ftalosianin, Cu-ftalosianin, Fe-ftalosianin, 2Na-Fe-ftalosianin, m-THPC, Ftalosianin, Si-ftalosianin, ftalosianin diclorosilane. Senyawa yang dikategorikan mutagenik tersebut merupakan senyawa yang memiliki unsur logam kation (cationic photosensitizer) kecuali m-THPC dan ftalosianin kemungkinan karena adanya gugus fenil bebas pada strukturnya.
Dari Tabel 5 dapat pula terlihat bahwa 54 senyawa dikategorikan sebagai non-karsinogenik, 11 senyawa dikategorikan karsinogenik yaitu Bakterioklorofil A, NT1 purpurin, Ftalosianin diklorosilan, Silicon ftalosianine, cobalt ftalosianine, copper ftalosianin, disodium ftalosianine, ferro ftalosianine, ftalosianine,
tin-etio-purpurin, dan m-THPC. Senyawa yang dikategorikan karsinogenik tersebut merupakan senyawa yang memiliki unsur logam kation (cationic photosensitizer) kecuali ftalosianin, m-THPC dan NT1 purpurin.
Dari pengujian mutagenisitas - karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogenik, dan 3 senyawa sebagai karsinogenik non-mutagenik yaitu Bakterioklorofil A, tin etio purpurin dan NT1 Purpurin. Untuk senyawa yang dikategorikan telah melalui pengujian klinis dan dipasarkan di beberapa negara, yaitu PPIX, Photofrin Na, Lutetium texaphyrin, laserphyrin dan verteporfin diklasifikasikan sebagai senyawa yang non-genotoksik, non-karsinogenik. Sedangkan untuk m-THPC diprediksikan sebagai non-mutagenik karsinogenik. Akan tetapi hal ini masih memerlukan pengujian lebih lanjut secara eksperimental laboratorium.
Senyawa kationik photosensitizer ini diduga menginduksi telomerisasi DNA menjadi bentuk G-quadruplex. Pembentukan quadruplex di telomere telah terbukti menurunkan aktivitas enzim telomerase, yang bertanggung jawab untuk menjaga panjang telomere dan terlibat dalam sekitar 85% dari semua kanker (Murashima dkk, 2008).
Kesimpulan
Dari hasil pengujian potensi toksisitas perkembangan (DTP) diketahui bahwa 23 senyawa diprediksikan tidak bersifat toksik bagi reproduksi atau perkembangan embrio / janin, dan 42 dikategorikan sebagai berpotensi toksik, dengan nilai probabilitasnya, antara 0,45 - 0,57 dimana nilai probabilitas > 0,49 mengindikasikan sebagai toksik. Dosis maksimum yang dapat ditoleransi (MTD) dari senyawa yang diuji antara 2,320 mg/kg BB sampai dengan 236,681 mg/kg BB. Sedangkan dosis LOAEL antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah dimiliki oleh dihematoporfirin eter, sedangkan dosis yang tertinggi motexafin lutetium.
Dari pengujian mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogen, 3 senyawa sebagai karsinogen non-mutagenik. Senyawa yang diprediksikan sebagai mutagenik dan atau karsinogenik, merupakan senyawa yang mengandung unsur kation logam bermuatan positif (kationik photosensitizer) kecuali m-THPC, ftalosianin dan NT1 purpurin.
Pustaka
1. Allison, Ron R., Downie, G.H., Cuenca, R., Hu, Xin-Hua, Childs, C.J.H., dan Sibata, C.H. (2004) : Photosensitizer in Clinical PDT, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 1, 27-42.
2. Benigni, R. (2005) : Structure-Activity Relationship Studies of Chemical Mutagens and Carcinogens: Mechanistic Investigations and Prediction Approaches, Chem. Rev., 105, 1767-1800.
3. Benigni, R., Bossa, C., dan Worth, A. (2010) : Structure Analysis and Predictive value of the Rodent in vivo Micronucleus Assay, Mutagenesis 25 (4), 335-341.
4. Benigni, R., Bossa, C., Jeliazkova, N., Netzeva, T., dan Worth, A. (2008) : The Benigni/Bossa Rulebase for Mutagenicity and Carcinogenicity – a Module of Toxtree, JRC Scientific and Technical Reports, EUR 23241 EN.
5. Calin, M.A dan Parasca, S.V., (2006) : Photodynamic therapy in Oncology, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 8 (3), 1173-1179.
6. Dearden, John C., (2003) : In silico Prediction of Drug Toxicity, Journal of Computer-Aided Molecular Design, 17, 119-127.
7. Djalil, Asmiyenti D., Kartasasmita, R.E. Surantaatmaja, S.I., dan D.H.,Tjahjono, (2012) : Toxicity Prediction of Photosensitizer Bearing Carboxylic Acid Groups by ECOSAR and TOXTREE, Journal of Pharmacology and Toxicology 7 (5), 219-230.
8. Dourson, M.L. and Stara. J.F. (1983) : Regulatory Toxicology and Pharmacology. 3: 224-238. 9. Elsherbeny, E. dan Elfeky, S. (2004) : Basic
Principles of Photosensitization, Biological & Medical Approaches.
10. Frimayanti, N., Li Y.M., Lee, H.B., Othman, R., Zain, S.M., dan Rahman, N.A. (2011) : Validation of Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) Model for Photosensitizer Activity Prediction., Int. J. Mol. Sci., 12., 8626-8644; doi:10.3390/ijms12128626.
11. Anonim, ICH Harmonized Tripartite Guideline Topic S9 (2010) : Nonclinical Evaluation for Anticancer Pharmaceutical.
12. Ideaconsult Ltd, (2011) : Toxtree User Manual, http://ecb.jrc.ec.europa.eu/DOCUMENTS/QSA
R/QSAR_TOOLS/Toxtree_start_manual.pdf (diakses 20 Juli 2012).
13. Ling, Y.S (1995) : Synthesis of Ftalosianine Photosensitizer for Photodynamic Theraphy Studies, Doctor of Phylosophy Thesis, Dept. Of Chemistry, Case Western Reserve University.
14. Murashima, T., Sakiyama, D., Miyoshi, D, Kuriyama M, Yamada, T. Miyazawa, T dan Sugimoto, N, (2008) : Cationic Porphyrin Induced a Telomeric DNA to G-Quadruplex Form in Water, Bioinorganic Chemistry and
Applications, Hindawi Publishing
Corporation,Article ID 294756.
15. Moan, J dan Peng, Q, (2003) : An Outline of The History of PDT,1-4, dalam Hader, D.P., Jori, G., dan Patrice, T (editor), Photodynamic Therapy, Comprehensive Series in Photochemistry and Photobiology, p 286, The Royal Society of Chemistry.
16. Narang, Ajit S., Desai, Divyakant S. dan Mahato, Y., Lu. R.I. (editor) (2009) : Anticancer Drug Development, Unique Aspects of Pharmaceutical Development, Pharmaceutical Perspectives of Cancer Therapeutics, Springer Science Business Media, LLC, 45 – 92.
17. Schultz, T.W, J.W. Yarbrough, R.S. Hunter & A.O. Aptula., (2007), Verification of the Structural Alerts for Michael Acceptors., Chem. Res. Toxicol., 20, 1359-1363.
18. Sternberg, Ethan D. David, D. (1998) : Porphyrin-based Photosensitizer for Use in Photodynamic Theraphy, Tetrahedron report 54 (447), 4152-4161.
19. Tjahjono, D.H. (2006) : Porphyrin Structure-based Molecules for Photodynamic Therapy of Cancer, Acta Pharmaceutica Indonesia, XXXI (1), 1-12.
20. U.S. EPA, (1991) : Guidlines for Developmental Toxicity Risk Assessment, Federal Register, 56 (234), 63798-63826.
21. Venkatapathy, R., Moudgal, R., dan Bruce, R. M. (2004) : Assessment of the Oral Rat Chronic Lowest Observed Adverse Effect Level Model in TOPKAT, a QSAR Software Package for Toxicity Prediction, J. Chem. Inf. Comput. Sci., 44, 1623-1629.
