PEMBUATAN NANOPARTIKL KITOSAN

DARI CANGKANG KEONG MAS (POMACEA CANALICULATA L)

DENGAN METODE KOMPLEKS POLIELEKTROLIT

SEBAGAI VEKTOR PENGHANTAR GEN NON-VIRAL

Oleh: Ahmad Zaidur Rosyidin

Latar Belakang

Keong mas (Pomacea canaliculata l) merupakan hama yang selama ini

mengganggu para petani. Saat musim hujan datang, populasi keong mas akan

meledak, hal ini sangat meresahkan para petani. Untuk mengatasinya, keong mas

yang menjadi hama tersebut diambil oleh petani untuk pakan ternak seperti bebek

atau itik ataupun langsung dibuang setelah dibunuh terlebih dahulu. Limbah

cangkang keong mas yang banyak jumlahnya tersebut dapat dimanfaatkan sebagai

bahan baku pembuatan kitosan. Dalam penggunaannya kitosan tidak beracun dan

mampu menurunkan kadar kolesterol dalam darah. Kitosan juga dapat digunakan

dalam penjernihan atau pengolahan air minum. Tidak hanya itu kitosan ternyata

dapat dimanfaatkan menjadi sebuah media penghantar obat dengan

memodifikasinya menjadi bentuk nanopartikel.

Dengan metode kompleks polielektrolit dapat dihasilkan nanopartikel

kitosan yang mempunyai banyak keunggulan. Metode tersebut menggunakan

prinsip kerja dari kompleks yang dibentuk melalui penggabungan diri (self-

assembly) polimer kationik dan plasmid DNA. Penggunaan sistem penghantar

obat dengan metode gen non-viral dipandang lebih aman, karena potensi mutasi

dan imunogenik sistem tersebut lebih rendah. Nanopartikel kitosan merupakan

vektor penghantar gen yang menjanjikan, dapat memediasi secara efisien transfer

gen in vitro pada rasio nitrogen dan fosfat 3:5. Pada rasio tersebut, kompleks

kitosan-DNA dapat dibuat pada ukuran 50–100 nm dengan muatan permukaan

positif sekitar +30 mV.

Kajian Pustaka

Siput murbai atau dikenal pula dengan nama populer keong emas

(Pomacea canaliculata Lamarck) adalah moluska air tawar yang menjadi hewan

akuarium dan hama penting pertanaman padi di Asia. Klasifikasi dari keong mas

adalah sebagai berikut:

Kingdom: AnimaliaPhylum: MolluscaClass: Gastropoda

(unranked):clade Caenogastropodainformal group Architaenioglossa

Superfamily: AmpullarioideaFamily: AmpullariidaeGenus: PomaceaSubgenus: Pomacea

Species:Pomacea canaliculata(Lamarck, 1819)

Kitosan pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuwan Perancis bernama

Ojier pada tahun 1823. Ojier meneliti kitosan hasil ekstrak kerak binatang berkulit

keras, seperti udang, kepiting, dan serangga (Anon., 2008). Kitosan mempunyai

banyak kegunaan,antara lain untuk flokulasi, menyembuhkan luka, penguat

kertas, sarana penghantar obat dan gen serta biomaterial untuk imobilisasi, seperti

biomolekul.

Kitosan memiliki karakteristik biokompatibilitas yang diinginkan serta

kemampuan untuk meningkatkan permeabilitas membran. Oleh karenanya kitosan

merupakan salah satu matriks imobilisasi yang paling menjanjikan karena

memiliki kemampuan membentuk membran, sifat adhesi yang baik, harga murah,

tidak beracun, kekuatan mekanis dan hidrofilisitas yang tinggi serta perbaikan

stabilitas (Nakorn, 2008; Erdawati, 2008).

Sumber utama untuk produksi kitosan adalah kitin dan bahan baku yang

digunakan untuk mengolahnya dapat diperoleh dari cangkang kepiting, cangkang

bekicot, cangkang keong dan rajungan serta kulit udang. Kitosan tersedia dalam

rentang berat molekul dan derajat deasetilasi yang luas. Berat molekul (BM) dan

derajat deasetilasi (DD) adalah faktor utama yang mempengaruhi ukuran partikel,

pembentukan partikel,dan agregasi (Tiyaboonchai, 2003).

Menurut Tiyaboonchai (2003) nanopartikel merupakan partikel koloid

padat dengan diameter berkisar antara 1–1000 nm. Dengan nanoteknologi,

material dapat didesain sedemikian rupa dalam orde nano, sehingga dapat

diperoleh sifat dan material yang kita inginkan tanpa melakukan pemborosan

atom-atom yang tidak diperlukan. Aplikasi nanoteknologi dimaksudkan untuk

menghasilkan material berskala nanometer, mengeksplorasi dan merekayasa

karakteristik material tersebut, serta mendesain ulang material tersebut ke dalam

bentuk, ukuran, dan fungsi yang diinginkan

Nanopartikel terdiri dari bahan makromolekul dan dapat digunakan untuk

terapi sebagai pembantu (adjuvant) vaksin atau pembawa obat, yaitu dengan

melarutkan, memerangkap, mengenkapsulasi, menyerap atau menempelkan bahan

aktif secara kimia. Polimer yang digunakan untuk membentuk nanopartikel dapat

berupa polimer sintetik dan alami. Polimer yang memudahkan dalam penyiapan

nanopartikel dapat dipilih berupa polimer yang larut air. Salah satu polimer larut

air yang dapat digunakan pada pembuatan nanopartikel untuk tujuan pengobatan

adalah kitosan.

Kompleks polielektrolit adalah istilah untuk menjelaskan kompleks yang

dibentuk melalui penggabungan diri (self-assembly) polimer kationik dan plasmid

DNA. Mekanisme pembentukan kompleks polielektrolit meliputi netralisasi

muatan polimer kationik dan DNA yang membentuk hidrofilisitas akibat

penggabungan diri komponen polielektrolit. Beberapa polimer kationik seperti

gelatin dan polietilenimin juga memiliki sifat seperti ini.Nanopartikel terbentuk

secara spontan setelah penambahan larutan DNA ke dalam larutan kitosan dalam

asam asetat dengan mengaduknya secara mekanis pada suhu kamar. Ukuran

kompleks bervariasi antara 50–700 nm.

Metode kompleks polielektrolit menawarkan banyak kelebihan, antara lain

metodenya sederhana dan tidak terlalu merepotkan serta tanpa menggunakan

pelarut organik atau gaya gunting tinggi (high shear force). Metode ini juga dapat

diterapkan untuk berbagai kategori obat, termasuk makromolekul yang dikenal

sebagai obat yang labil (Tiyaboonchai,2003).

Secara umum, sistem penghantar gen non-viral dipandang lebih aman,

karena potensi mutasi dan imunogenik sistem tersebut lebih rendah. Kitosan

merupakan vektor penghantar gen yang menjanjikan, dapat memediasi secara

efisien transfer gen in vitro pada rasio nitrogen dan fosfat 3:5. Pada rasio tersebut,

kompleks kitosan-DNA dapat dibuat pada ukuran 50–100 nm dengan muatan

permukaan positif sekitar +30 mV (Tiyaboonchai, 2003).

Bowman & Leong (2006) mengulas kemampuan dari nanopartikel kitosan

sebagai komponen yang menunjukkan kinerja yang baik di dalam penghantaran

gen. Alonso et al. (2005) membuat nanopartikel kitosan mengandung plasmid

DNA dengan metode gelasi ionotropik. Nanopartikel menunjukkan kemampuan

yang baik untuk asosiasi makromolekul dan merupakan sistem yang menjanjikan

untuk

penghantar transmukosal dari pDNA. Kim et al. (2006) menunjukkan

bahwa nanopartikel kitosan manosilat memiliki potensi yang baik digunakan

untuk sistem penghantar gen secara in vitro. Kompleks kitosan manosilat/plasmid

penyandi murin IL-12 dapat menghambat pertumbuhan tumor melalui berbagai

fungsi, seperti anti-angiogenesis, apoptosis, dan induksi siklus sel.

Inovasi

Inovasi yang diangkat dalam karya ilmiah ini adalah penggunaan bahan

baku dari keong mas yang selama ini menjadi hama bagi para petani, sebagai

bahan baku pembuatan nanopartikel kitosan. Limbah dari cangkang keong mas

yang telah mati, diolah menjadi nanopartikel kitosan dengan menggunakan

metode kompleks polielektrolit. Penggunaan nanopartikel kitosan diaplikasikan

sebagai vektor penghantar gen non-viral dalam industri farmasi atau pengobatan.

Hasil

Hasil yang diperoleh adalah pemanfaatan limbah yang dihasilkan oleh

hama keong mas berupa cangkangnya untuk diolah menjadi kitosan. Dengan

metode kompleks polielektrolit dapat dihasilkan sebuah kitosan dengan ukuran

nano, atau sering kali disebut nanopartikel kitosan. Nanopartikel kitosan tersebut

akan dijadikan sebagai vektor penghantar gen in-vitro dalam industri pengobatan.

Penggunaaan metode kompleks polielektrolit mempunyai banyak keunggulan

dibandingkan dengan metode yang lain. Hal ini dikarenakan metode tersebut

sederhana dan tidak terlalu merepotkan serta tanpa menggunakan pelarut organik

atau gaya gunting tinggi (high shear force). Metode ini juga dapat diterapkan

untuk berbagai kategori obat, termasuk makromolekul yang dikenal sebagai obat

yang labil. Dengan beberapa keunggulan yang dimilikinya, nanopartikel kitosan

dapat diaplikasikan sebagi vector penghantar gen non-viral. Tidak hanya sebagai

vector penghantar gen non-viral, nano partikel kitosan juga bisa diaplikasan

sebagai sebagai penghantar obat yang dilakukan dengan pemberian secara

parenteral, peroral, ocular, penghantar vaksin, dan terapi fotodinamik.

Nanopartikel kitosan merupakan vektor penghantar gen yang menjanjikan, dapat

memediasi secara efisien transfer gen in vitro pada rasio nitrogen dan fosfat 3:5.

Pada rasio tersebut, kompleks kitosan-DNA dapat dibuat pada ukuran 50–100 nm

dengan muatan permukaan positif sekitar +30 mV.

Daftar Pustaka

Anonim. 2008. Chitosan: Apakah manfaat chitosan? Naturakos Vol. III (7): 10–

12.

Alonso, M.J., Csaba, N., Sande, M.A., Sanches, A., and Lopez, C.R. 2005.

Nanoencapsulation of macro8 molecules. Proceeding of the 15th

International Symposium on Microencapsulation, Parma (Italy),September

18–21, 2005. p. 451–452.

Erdawati, 2008. Kapasitas adsorpsi kitosan dan nanomagnetik kitosan terhadap

ion Ni (II). Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi II, Universitas

Lampung, 17–18 November 2008. (3): 248–256.

Kim, T.H., Jin, H., Kim, H.W., Cho, M.H., and Cho, C.S. 2006. Mannosylated

chitosan nanoparticle-based cytokinine gene therapy suppressed cancer

growth in BAB/c mice bearing CT-26 carcinoma cells. Mol. Cancer Ther 5

(7): 1723–1732.

Nakorn, P.N. 2008. Chitin nanowhisker and chitosan nanoparticles in protein

immobilization for biosensor applications. J. of Metals, Materials and

Minerals 18 (2): 73–77.

Tiyaboonchai, W. 2003. Chitosan nanoparticles: A promising system for drug

delivery. Naresuan University Journal 11 (3): 51–66.