batan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
Tangerang Selatan 21-23 November 2017
Pembuatan dan Karakterisasi
198Auuntuk Nanopartikel198Au Terbungkus
PAMAM Oendrimer sebagai Obat Kanker Prostat
Maiyesni, Mujinah, Oede Kurniasih, Witarti, Umi Nur Sholikhah, Triyanto, Herlan S.,
Triani W., Siska Febriana
PTRR-BATAN Serpong maivesni@vahoo.com
ABSTRAK
Kanker prostat menempati peringkat kedua yang paling banyak menyebabkan kematian setelah kanker paru. Oeteksi dini kanker prostat dengan berbagai modalitas pencitraan adalah sangat komplek karena prostat terletak jauh di dalam panggul sehingga sulit diakses. Nanopartikel emas (AuNPs) memitiki kemampuan retensi tumor yang luar biasa karena afinitas a/amiah mereka untuk masuk ke pembuluh darah tumor. Semen tara radioisotop emas-198 (198Au),memancarkan energi
yang cukup tinggi sehingga pengiriman dosis radiasi lebih cepat dengan tingkat dosis sangat
tinggi. Nanopartikel198Au yang terbungkus di da/am pamam dendrimer merupakan salah satu hasi/
teknologi nano yang memiliki keunggulan sebagai media terapi terhadap sel tumor kanker,
terutama untuk kanker bersifat padatan seperti prostat. 198Audapat dibuat dengan reaksi nuklir
197Au (n,y) 198Audalam reaktor nuklir G.A. Siwabessy. Karakterisasi 198Auyang di/akukan adalah
pengukuran aktivitas, yield, waktu paruh, energi, kemurnian radionuklida dan kemurnian radiokimia serta ukuran partikel. Aktivitas dan yield 198Auberturut-turut diperoleh 4,58 mCi dan 97%, dengan waktu paruh 2,686 hari, dan energi gamma 411,8 keV. Kemurnian radionuklida dan radiokimia
masing-masing 100% serta ukuran partikeI3,4-4.5 pm.
Kala kllnei : nanoparlikel, kanker pros/aI, Pamam dendrimer ABSTRACT
Preparation and Characterization
of
PAMAM Dendrimer-encapsulated Gold Nanoparticlesfor Prostate Cancer. Prostate cancer is the second leading cause of cancer death after lung
cancer. Early detection of prostate cancer with various imaging modalities is getting more complex because the location of the prostate which is deep within the pelvis making it difficult to access. Gold nanoparticles (AuNPs) have remarkable tumor retention capabilities because of their natural affinity for entry into tumor blood vessels. Gold-198 (198Au)radioisotope emits high energy so that faster delivery of the radiation doses with very high dose rate can be achieved. The use of Au-1 98 nanoparticles encapsulated in PAMAM dendrimer is one of the results of nanotechnology that has
advantages as
a
medium of therapy against cancerous tumor cells, especially for solid cancer suchas prostate. Gold-19B was produced with nuclear reaction of 197Au (n, y) 198Au in the G.A
Siwabessy nuclear reactor. Characterization of 198Auwas carried out including measurement of
activity, yield, half-life, energy, purity of radionuclides and radiochemical purity and particle size
198Au.The results obtained are 458 mCi and 97% of 198Auradioactivity and yield respectively with half-life is 2,686 days and gamma energy is 411.8 keV. Radionuclide and radiochemical purity are
100% and particle size of 3.4-4.5 pm.
Keyword: nanoparticle, prostate cancer, pamam dendrimer
PENDAHULUAN
Menurut Organisasi Kesehatan Dunia (WHO), kanker merupakan salah satu penyebab utama kematian di dunia (13% dari semua kematian). Kanker prostat menempati peringkat yang kedua paling banyak menyebabkan
kanker prostat dengan berbagai modalitas pencitraan lebih komplek karena prostat terletak jauh di dalam panggul sehingga sulit diakses
[1,2].
batan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
Tangerang Selatan 21-23 November 2017
,w)
SENPATENsatu hasil teknologi nanD yang memiliki keunggulan sebagai media terapi terhadap sel tumor kanker, terutama untuk kanker bersifat padatan seperti prostat. Nanopartikel em as radioaktif (198Au)terbukti dapat digunakan untuk terapi kanker dengan memanfaatkan efek termal dan radiasi yang memperkuat efek kerusakan pada sel tumor dan mengurangi kerusakan pad a jaringan sehat. Khan Mohamed K. dalam penelitiannya telah membuktikan bahwa PAMAM dendrimer mampu membawa nanopartikel emas pada organ yang terserang kanker dan meminimalkan kerusakan pada sel-sel sehat pada organ tersebut. PAMAM dendrimer terbukti juga dapat berfungsi sebagai template dan
stabilizer untuk mensintesis nanopartikel 198Au
yang terenkapsulasi [1,3,4,5,6,7].
Radioisotop 198Au mengalami peluruhan
13 dengan energi maksimum 961 keV serta
memancarkan radiasi gamma pad a energi 412 keV dengan waktu paruh (t1l2) 2,69 hari. Radioisotop 198Au dapat diproduksi di dalam siklotron deuteron energi rendah dengan bahan sasaran 198pt diperkaya melalui reaksi 198Pt(d,x)198Au.198Auyang diperoleh dari proses ini dalam bentuk bebas pengemban. Radioisotop 198Aujuga dapat diperoleh dengan reaksi nuklir melalui tangkapan netron 197Au(n,y)198Au di dalam Reaktor Nuklir [2,3, 8,9,10,11].
Penelitian ini bertujuan untuk menyiapkan bahan baku radioisotop 198Auyang memenuhi persyaratan untuk diproses lebih lanjut sebagai nanopartikel 198Au terbungkus pam am dendrimer untuk obat kanker prostat. Pembuatan radioisotop 198Au dilakukan melalui reaksi nuklir (n,y) di dalam Reaktor GA Siwabessy dengan menggunakan foil em as (197Au) sebagai target. Radioisotop 198Au yang dihasilkan dikarakterisasi dengan mengukur aktivitas, waktu paruh, energi, yield, kemurnian radionuklida dan kemurnian radiokimia serta ukuran partikel198Au .
METODOLOGI
Bahan dan Peralatan
Bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah logam emas -99,99% - berbentuk foil (PT Antam), HCI p.a (E.Merck) dan HN03 p.a (E.Merck), NaCI fisologis (IPHA) dan bahan kimia lainnya. Peralatan yang digunakan adalah Spektrofotometer UVNis (JascoV-550), Spektrometer Gamma, Dose Calibrator
(Atom lab), alat pencacah otomatis (Bioscan AR200), dynamic light scattering (Horiba), Elektroforesa (Tennelec), dan berbagai peralatan gelas.
148
Preparasi dan Pelarutan Target Pasca Iradiasi
Target berupa logam 197Audalam bentuk foil, ditimbang dan dibersihkan dengan aseton. Selanjutnya diiradiasi di dalam Reaktor Nuklir Serba Guna GA Siwabessy pada posisi rabbit selama 2 jam. Pasca iradiasi target dilarutkan dengan aquaregia yaitu berupa campuran HN03 dan HCI dengan perbandingan 1:3. Untuk mempercepat kelarutan dilakukan dengan pemanasan [12,13].
Karakterisasi Radioisotop 198Au Pasca Iradiasi
Karakterisasi radioisotop 198Au meliputi pengukuran aktivitas menggunakan dose
calibrator. Sementara penentuan energi, waktu
paruh, dan kemurnian radionuklida dilakukan menggunakan spektrometer gamma. Selanjutnya penentuan kemurnian radiokimia dilakukan dengan menggunakan 2 metode yaitu kromatogafi kertas menggunakan kertas Whatman No.1 sebagai fasa diam, dan larutan NaCI fisiologis sebagai fasa gerak dan elektroforesis kertas dengan butter asetat pH 5,0 sebagai media elektrolit dengan tegangan arus 350 vA selama 3,5 jam [7,14,15].
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembuatan radioisotop 198Au dilakukan dengan metode iradiasi tangkapan netron di Reaktor Nuklir GA Siwabessy. Target logam em as (197Au) berupa foil diiradiasi pada posisi rabbit selama 2 jam. Radioisotop 198Auterbentuk melalui reaksi 197Au (n,y) 198Au.
Selanjutnya dilakukan pelarutan terhadap target foil emas pasca iradiasi menggunakan aquaregia yaitu campuran HCI dan HN03 dengan perbandingan 3:1. Pada proses ini masing-masing asam tersebut memiliki fungsi yang berbeda. Asam nitrat merupakan agen oksidasi yang baik. Sementara ion klorida dari HCI berkoordinasi membentuk kompleks dengan ion Au yang memisahkan mereka dari larutan. Terjadi penurunan konsentrasi Au3+ yang menyebabkan terjadinya pergeseran kesetimbangan kearah oksidasi
Persamaan reaksi sebagai berikut:
---Au3.(aq)+ 4CI-(aq) '" 30 AuCI'-(aq) [12,13].
Larutan yang terbentuk berupa H198AuCk diukur menggunakan Spektrofotometer UVNIS yang spektrum hasilnya ditunjukkan pada Gambar 1 di bawah :
batan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
Tangerang Selatan 21-23 November 2017
2
3~\nm, 2.53315
Gambar 1 : Hasil spektrum UV
larutanAuCI4-Dari Gambar 1 di atas terlihat bahwa telah terjadi oksidasi logam Au dari bilangan oksidasi 0 (AuO) menjadi menjadi 3 (Au3+) dalam bentuk larutan H198AuCk yang memiliki spektrum pada panjang gelombang 313 nm sesuai acuan
[16].
Aktivitas 198Au diukur menggunakan menggunakan dose calibrator, didapat 4,58 mCi dengan yield produksi 97%. Diperoleh yield produksi < 100% menunjukkan bahwa aktivitas produksi lebih ked I daripada teoritis. Hal ini terjadi karena adanya koreksi terhadap parameter-parameter yang berpengaruh seperti efek perisai diri pada target, fluks netron reaktor bervariasi, penurunan fluks karena sam pel lain yang berdekatan dalam reaktor terutama ketika sam pel tersebut penyerap neutron tinggi, dan penghancuran inti produk karena penangkapan netron berikutnya.
Kemurnian radionuklida pada produk radioisotop untuk tujuan terapi seperti 198Au merupakan salah satu faktor yang sangat krusial. Hal ini karena setiap radioisotop memiliki sifat fisika yang sangat berbeda sehingga keberadaan radioisotop lain dalam produk 198Auakan sangat mengganggu pada saat penggunaan. Penentuan kemurnian radionuklida menggunakan spektrometer gamma diperoleh hasil kromatogram seperti Gambar 2 di bawah .
30<)
J
y=1.72Se-::·'h R'=O.m 0.0 o 50 100 150 200 250 W.kt.(j.m)Gambar 3 : Kurva PeluruhanAktivitas 198AuVersus Waktu 1.4 0.2 _ 1.2 U .= 1.0 c 1ft 0.8
:
~ 0.6 ..• C 0.4 1.6 2.0 1.8Dari Gambar 2 terlihat hanya muncul 1 puncak yaitu pada energi 411,8 keV dan tidak ditemui puncak lain. Hal ini disebabkan emas (Au) hanya memiliki satu isotop stabil, yaitu 197Au, yang juga merupakan satu-satunya isotop alami. jadi emas merupakan unsur mononuklida dan monoisotopik. Dengan demikian ketika diiradiasi dalam reaktor nuklir dengan reaksi tangkapan netron (n,y) maka menghasilkan radioisotop 198Au. Hal ini juga menunjukkan bahwa target yang diiradiasi tidak terkontaminasi dengan bahan lain [3, 13].
Suatu radioisotop yang dihasilkan dapat memiliki sifat-sifat spesifik dalam tiga hal yaitu jenis radiasi dan intensitas yang dipancarkan serta waktu paruh peluruhan (t1/2). Untuk memastikan bahwa radioisotop yang dihasilkan adalah 198Au, maka dilakukan uji terhadap tiga jenis spesifikasi tersebut. pengujian jenis radiasi, tingkat energi dan waktu paruh peluruhan dilakukan menggunakan spektrometer gamma.
Pengukuran menggunakan spektrometer gamma dengan 10 kali pengulangan diketahui bahwa 198Au melepaskan sinar gamma pada energi rata-rata 411,8 keV dengan standar deviasi (SD) sebesar 0,1414. Selanjutnya penentuan waktu paruh dilakukan dengan mengukur aktivitas produk dengan interval waktu tertentu menggunakan spektrometer gamma. Dari hasil pengukuran didapat kurva hubungan aktivitas (J..ICi) dengan waktu peluruhan Uam) berbentuk eksponensial yang ditunjukkan Gambar 3 di bawah : 800 900 400 600 Wavelength[nm) o 265 Abs
Gambar 2: PenentuanPuncak Energi-y 198Audengan Spektrometer-y
Dari kurva peluruhan tersebut didapat persamaan eksponensial y = 1,72ge-o.01xatau dapat dinyatakan dengan persaman AI= Ao.
e-u,
dimana Ao = aktivitas mula-mula, AI = Aktivitas setelah peluruhan, t = waktu peluruhan dan A =konstanta peluruhan. Selanjutnya dibuat kurva qaris lurus hubunqan In aktivitas versus waktu
batan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
Tangerang Selatan
21-23 November
2017
'~
SENPATENpeluruhan. Sehingga persamaannya berubah menjadi In At = In Ao-A.t.
Kurva hubungan aktivitas dan waktu dapat dilihat pada Gambar 4 di bawah ini :
1.000 0.500 0.000 -0.500
1
~~
i 150 200 :;0 >00 I~
!
-1.000 -1.500 -2.000 ·2.500 Waktu (jam)Gambar 4 : Kurva Ln Aktivitas 198Auversus Waktu
Pad a Gambar 5 di atas terlihat hanya terbentuk 1 puncak dengan kemurnian 100 %. Puncak yang terbentuk bergerak kearah kutub positif. Ini menandakan radioisotop 198Au dalam bentuk larutan H198AuCI4yang dalam larutan elektrolit terionisasi menjadi ion 198AuCI-yang bermuatan negatif sehingga bergerak menuju kutub katoda yang bermuatan positif. Dengan terbentuknya 1 puncak juga menunjukkan bahwa isotop 198Autidak mempunyai pengotor dalam bentuk radiokimia lain yaitu 198Auo ataupun 198Au3+.Dalam hal ini 198Auoberada pada pada posisi nol (karena tidak bermuatan)
dan 198Au3+ pada posisi positif pada
kromatogram.
Sementara penentuan kemurnian radiokimia dengan metode kromatografi kertas hasilnya dapat dilihat pada Gambar 6 di bawah ini.
Gambar 6 : Radiokromatogram198Audengan Metode KromatografiKertas
Pada Gambar 6 di atas juga terlihat hanya terbentuk 1 puncak. Puncak kromatogram yang diperoleh mempunyai RF = 0,8 Ini menunjukkan bahwa 98Au bersifat polar sehingga cenderung ikut terelusi bersama pelarut NaCI 0,9% yang juga bersifat polar daripada menetap bersama fasa diam kertas Whatman no.1 yang bersifat non polar. Dengan metode kromatografi kertas juga tidak ditemukan puncak lain sebagai
pengotor sehingga diperoleh kemurnian radiokimia 100%.
Terhadap larutan H198AuCI4juga dilakukan pengukuran ukuran partikel menggunakan
Dynamic Light Scattering (DLS). Hasil
-'-. pengukuran partikel-dapat dilihat pada Tabel1 di bawah ini :
Dari kurva terse but didapat persamaan y = 0,54758 - 0,01075x. Dari persamaan garis tersebut peroleh konstanta peluruhan (A) = 0,01075. Dimana A = In 2/t1l2, dengan t1l2= waktu paruh. Dari persamaan terse but didapat waktu paruh 198Au=2,686 hari. Dari ketiga karakteristik diatas yang meliputi jenis radiasi yang dipancarkan yaitu sinar gamma, intensitas energi yang dipancarkan 411,8 keV dan waktu paruh (t1l2) yaitu 2,686 hari membuktikan bahwa produk yang dihasilkan adalah 198Au[2, 3, 8, 10].
Kemurnian radiokimia 198HAuCI4 dilakukan dengan dua metode yaitu elektroforesis dan kromatografi kertas. Metode elektroforesis kertas menggunakan buffer asetat pH 5,0 sebagai media elektrolit, sementara metode kromatografi kertas menggunakan kertas Whatman No 1 sebagai fasa diam dan larutan NaCI 0,9% sebagai fasa gerak. Hasil dari kedua metode ini dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6 secara berturut-turut di bawah ini.
4000 • 3000 2000 20000 j , .L "" L..' ' ' 1 15COO !
~
\!
100001 500>1 O+:;~~'T' ,·_,J19 o 50 i\. i
i
i
. \ \ \ \/
II
100 Pos.itton (mm)...i...i.n ...i_._i
i
~~::::=;::::;:::-;-'.""';r" . 150 200 o _____ ,ilI_mlli' 1()() 150 POSaK)ft {mm} 200Gambar 5 : Radiokromatogram198Audengan Metode Elektroforesis Kertas(pH5,0)
batan
Badan Tenaga Nuldir Nasional
Tangerang Selatan 21-23 November 2017
DAFT AR PUST AKA
---.---KESIMPULAN
Tabel1 : HasHPengukuran Ukuran Partikel198Au MenggunakanAlat DLS
Dari Tabel1 tersebut didapat distribusi ukuran partikel berdiameter 3,4090, 3,9045 dan 4,4721 ~m berturut-turut sebesar 2,539, 89,806 dan 7,654%. Ini menunjukkan bahwa semua partikel larutan 198Au tanpa perlakuan apapun masih berdiameter mikro meter. Dengan demikian untuk memperoleh partikel 198Au dalam ukuran nanometer maka perlu dilakukan perlakuan selanjutnya dengan menambahkan PAMAM dendrimer. Perlakuan dengan menggunakan PAMAM dendrimer ini selanjutnya diharapkan dapat berfungsi sebagai template dan stabilizer untuk mensintesis nanopartikel 198Au serta sebagai kendaraan pembawa 198Au ke organ tubuh yang dimaksud [7].
1. Nabeel Gargano Ahmed, (2011), Effective Dose Enhancement Using Gold as a Radiation Sensitizer: A Monte Carlo Study, Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign. 2. Nripen Chanda, et ai, (2010) Radioactive
Gold Nanoparticles in Cancer Therapy: Therapeutic Efficacy Studies of GA-198Aunp Nanoconstruct in Prostate Tumor-Bearing Mice, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 6 201-209
3. Rohadi Awaludin, (2009), Pembuatan Nanopartikel Emas Radioaktif dengan Aktivasi Neutron, Makara, Teknologi, Vol. 13, No.1, 42-46
4. Jay F. Dorsey, et al (2013) Gold Nanoparticles in Radiation Research: Potential Applications for Imaging and Radiosensitization, Journal of Translational Cancer Research, Vol 2, No 4.
5. Leon Smith, et ai, (2012) Nanoparticles in Cancer Imagingand Therapy, Journal of Nanomaterials
6. Deep Kwatra et ai, (2013), Nanoparticles in Radiation Therapy: A Summary of Various Approaches to Enhance Radiosensitization in Cancer, Translational Cancer Research, Vol 2(4):330-342
7. Maiyesni, dkk., (2014) Sintesis dan Karakterisasi Pamam Dendrimer G4 Sebagai Pembawa Obat Nanopartikel 198Au,Prosiding
Seminar Nasional Kimia, Peran Kimia dan
Pendidikan Kimia da/am Mengembangkan
Industri Kreatif, FMIPA UNY.
8. Fong-Sian Un (2013), Radiotherapy of the Excretable Radioactive Gold Nanocomposite with Intratumoral Injection, International Journal of Materials, Mechanics and Manufacturing, Vol. 1, No.3.
9. Jain 5., (2012) Gold Nanoparticles as Novel
Agel1ts . for.CCinc;.er
Ibf3!~PY,.
Th~_ .§.r!ti~h Journal of Radiology, 85, 101-11310.Norichika Terao, et ai, (2011), Attempt at the Change of Decay Rate of Gold-198 by Using Weak-Interaction Field in Electrochemical Neutrino Detector, Progress in Nuclear Science And Technology, Vol. 1, p.352-355 11.Mayeen, U.K., et al (2016), Cyclotron
Produced 198Au, a Potential Radionuclide for Diagnostic and Therapeutic Applications, AlP
0.000
0.000
O.O'OO'0'.000
0.000
0.000
0.000
0.000'
0.000
2.539
92.346
] 0'0.000
Under
%
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0'.00'0
0.0'0'0'
0'.0'00
0.00'0
2.539
89.80'6
7.654
1.0048
1.1509
1.3182
1.5099
1.7294
t
.9808
2.2687
2.5985
2.9763
3.4090
·3.9045
4.472]
Diameter(J.J.rn)
q
(%)
Radioisotop 198Au dapat diproduksi dari bahan sasaran foil 197Au melalui reaksi tangkapan netron di dalam Reaktor Nuklir G.A. Siwabessy. Emas (Au) merupakan unsur mononuklida dan monoisotopik sehingga tidak ditemukan pengotor radionuklida dari isotop lain dan juga tidak ditemukan pengotor yang berasal dari radinuklida lain sehingga diperoleh kemurnian radionuklida 100 %. Kemurnian radiokimia dengan dua metode pengujian yaitu kromatografi dan elektroforesis kertas adalah 100%. Sedangkan untuk ukuran partikel masih dalam bentuk mikrometer sehingga dibutuhkan proses lebih lanjut untuk membuat ukuran partikellarutan 198Audalam ukuran nanopartikel.
batan
Badan Tenaga Nuklir Nasional
Tangerang Selatan
21-23 November
2017
SENPATEN~
Conference Proceedings 1711, 080001, The Journal of chemical Physics.
12.Anonymous, (1999), Aqua Regia, Division of Chemical Education, American Chemical Societ.
13. Aziz, et ai, (2017) Monodispersed Carboxylate Functionalized Gold Nanoparticles and Their Size Cobtroled Preparation Using Pamoic Acid as a Reducing and Capping Reagent, patent Application Publication, Pub. No. US 2017/0198216 A1.
14.Beatris Neacsu, et ai, (2013) Radionuclidic Purity - An Essential Parameter in Quality Control ff Radiopharmaceuticals, Romanian Reports in Physics, Vol. 65, No.1, P. 155-167.
152
15. Maiyesni, dkk. (2016), Penentuan Profil Elusi 1251 Sebagai Perunut Untuk Tujuan Radioimmunoassay (RIA, Jurnal Sains dan Teknologi Nuklir Indonesia Indonesian Journal of Nuclear Science and Technology Vol. 17, No 2; 59 - 70., ISSN 1411 - 3481 16. Shirin R. King, et ai, (2015) A
Straightforward Route to Tetrachloroauric Acid from Gold Metal and Molecular Chlorine for Nanoparticle Synthesis, Metals, 5,
1454-1461, ISSN 2075-4701
