Sintesa Hidrogel N-Maleoil Kitosan - Dialdehid Alginat untuk Sistem Penghantaran Obat Retentif

Abstract

Hidrogel yang berasal dari polisakarida seperti kitosan dan alginat telah banyak dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi biomedis seperti sistem penghantaran obat. Namun kitosan memiliki keterbatasan karena ketidaklarutannya pada air dan medium pH fisiologis demikian juga dengan alginat viskositasnya rendah sehingga tidak larut dalam media fisiologis. Maka perlu dilakukan modifikasi pada kitosan dan alginat supaya larut pada medium pH fisiologis (PBS pH 7,4). Pembentukan hidrogel yang terikat silang kimia biasanya menggunakan agen pengikat silang yang bersifat toksik sehingga perlu dihindari dengan menggunakan pengikat silang alami makromolekul seperti alginat teroksidasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensintesa dan mengkarakterisasi hidrogel hibrid N-Maleoil kitosan-Dialdehid alginat (MKS-DAA) in situ melalui ikatan kovalen basa Schiff (-CH=N-) diantara gugus amina dari MKS dan gugus dialdehid dari DAA, tanpa menggunakan agen pengikat silang kimia dan untuk mengevaluasi bagaimana pengaruh rasio MKS dan DAA terhadap sifat fisikokimia, aktivitas antibakteri, dan profil pelepasan metronidazole secara in vitro untuk aplikasi penghantar obat retentif. Sintesa MKS dilakukan melalui reaksi asilasi asam maleat anhidrat dengan kitosan, lalu ditentukan derajat substitusi (DS), kelarutan dalam PBS dan sifat antibakterinya. DAA disintesa melalui reaksi oksidasi natrium alginat dengan natrium metaperiodat dan ditentukan kandungan aldehid [CHO] dan derajat oksidasinya (DO). Sintesa hidrogel hibrid MKS-DAA dilakukan dengan mencampur larutan MKS dan DAA pada suhu kamar dengan berbagai rasio perbandingan dan dievaluasi sifat fisikokimia, aktivitas antibakteri dan profil pelepasan obat metronidazole dalam medium pH 1,2 dan pH 6,8.Terbentuknya MKS, DAA dan hidrogel MKS-DAA diidentifikasi dengan spektroskopi FT-IR, analisa morfologi permukaan dengan SEM dan aktivitas antibakteri terhadap E.coli dan S.aureus. Hasil penelitian berdasarkan spektrum FT-IR menunjukkan bahwa MKS telah berhasil disintesa dengan munculnya puncak serapan karakteristik pada 1712,79 cm-1 mengindikasikan telah terjadi reaksi asilasi, larut dalam PBS pH 7,4 memiliki derajat substitusi sekitar 0,66 % dan tidak bersifat antibakteri. Begitu juga dengan DAA berdasarkan spektrum FT-IR munculnya puncak serapan pada 1627,92 cm-1 mengindikasikan telah terbentuk dialdehid sebagai hasil oksidasi gugus –OH pada natrium alginat, kandungan aldehid [CHO] sekitar 7,4288 mmol/g dan derajat oksidasi (DO) sekitar 73,10 % serta larut dalam larutan PBS. Terbentuknya hidrogel MKS-DAA berdasarkan spektrum FT-IR adanya puncak serapan karakteristik dari struktur hemiasetal pada 864,11 cm-1 dan 1627,92 cm-1 yang berhubungan dengan telah terbentuknya gugus -C=N- (basa Schiff). Rasio komposisi MKS dan DAA mempengaruhi morfologi permukaan dan sifat fisikokimia hidrogel, semakin tinggi MKS permukaan lebih homogen dan sifat fisikokimia yang paling optimum adalah rasio 5:5 dengan fraksi gel tertinggi, sifat pembengkakan lebih kecil, degradasi lebih lambat serta bersifat antibakteri. Profil pelepasan obat metronidazole dari hidrogel mengikuti perilaku sifat pembengkakan dan yang paling sesuai untuk sistem penghantaran obat retentif adalah hidrogel MKS-DAA (5:5) dengan % kumulatif pelepasan sekitar 74,92 % (pH 1.2) dan 74,57 % (pH 6,8).

Hydrogels derived from polysaccharides likes chitosan and alginate has been widely used in various biomedical applications as drug delivery systems. However chitosan has limitations due to its non-dissolution in water and physiological pH medium as well as low viscosity alginate so that it is insoluble in physiological medium. So it is necessary to modify chitosan and alginate to dissolve in physiological pH medium (PBS pH 7.4). The formation of crosslinked chemical hydrogels usually uses crosslinking agents that are toxic so that they need to be avoided by using natural crosslinking macromolecules such as oxidized alginate.The purpose of this study was to synthesize and characterize Maleoyl chitosan-Dialdehyde alginate (MKS-DAA) hybrid hydrogels in situ through Schiff base covalent bonds (-CH = N-) between the amine groups of MKS and dialdehyde groups of DAA, without using chemical crosslinking agents and to evaluate how the ratio affects MKS and DAA on physicochemical properties, antibacterial activity, and in vitro release profile of metronidazole for application of retentive drug delivery. Synthesis of MKS was carried out through anhydrous acid acylation reaction with chitosan, then determined the degree of substitution (DS), solubility in PBS and antibacterial properties. DAA was synthesized through the oxidation reaction of sodium alginate with sodium metaperiodate and determined the aldehyde content [CHO] and its degree of oxidation (DO). The synthesis of MKS-DAA hybrid hydrogel was carried out by mixing the solution of MKS and DAA at room temperature with various comparison ratios and evaluating physicochemical properties, antibacterial activity and release profile of metronidazole in medium pH 1.2 and pH 6.8. MKS, DAA and MKS-DAA hydrogels was characterized by FT-IR spectroscopy, surface morphology analysis by SEM and antibacterial activity against E. coli and S. aureus. The results based on FT-IR spectrum showed that MKS was successfully synthesized with the appearance of characteristic absorption peaks at 1712.79 cm-1 indicating an acylation reaction had occurred, dissolved in PBS pH 7.4 had the substitution degree of about 0.66% and have not antibacterial. Likewise with DAA based on the FT-IR spectrum the emergence of absorption peaks at 1627.92 cm-1 indicates that dialdehyde has been formed as a result of oxidation of the -OH group in sodium alginate, aldehyde content [CHO] was 7.4288 mmol / g and degree of oxidation (DO ) was 73.10% and soluble in PBS solution. The formation of the MKS-DAA hydrogel was based on the FT-IR spectrum with characteristic absorption peaks of the hemiacetal structure in 864.11 cm-1 and 1627.92 cm-1 associated with the formation of the -C = N- (Schiff base) group. The ratio of the composition of MKS and DAA influences the surface morphology and physicochemical properties of hydrogels, the higher of MKS the more surface homogeneous and the most optimum physicochemical properties are the 5:5 ratio with the highest gel fraction, smaller swelling properties, slower degradation and also have antibacterial properties. The drug release profile of metronidazole from the hydrogel follows the behavior of the swelling properties and the most suitable for the retentive drug delivery system is the MKS-DAA hydrogel (5: 5) with a cumulative % release of about 74.92%. (pH 1.2) and 74.57% (pH 6.8).