Pengembangan dan Aplikasi Implan Progesteron Intravagina Berbasis Polimer Terbiodegradasi untuk Meningkatkan Efisiensi Reproduksi Ruminansia.

Abstract

Perangkat intravagina yang tersedia pada saat ini untuk pengendalian estrus pada sapi, seperti CIDR dan PRID, dibentuk dengan sistem dispersi hormon progesteron yang homogen ke dalam silikon. Silikon merupakan polimer yang tidak dapat terbiodegradasi dan memerlukan pembakaran atau dikuburkan untuk dibuang setelah digunakan. Silikon adalah plastik termoset yang sekali dibentuk tidak memungkinkan pemprosesan ulang. Perangkat intravagina yang baru perlu dikembangkan untuk menyesuaikan kebijakan regulasi dalam mengelola limbah pertanian yang mengandung residu kimia dan hormon. Salah satunya dengan memanfaatkan polimer terbiodegradasi sebagai pengganti silikon. Polimer yang dapat terurai secara hayati terus dikembangkan untuk menggantikan polimer yang tidak dapat terurai secara hayati. Mikroorganisme seperti bakteri dan jamur dapat mengonsumsi polimer yang dapat terbiodegradasi ini dan mengubahnya menjadi air, karbon dioksida, dan metana. Polimer terbiodegradasi yang disetujui Food and Drug Administration (FDA) Amerika Serikat mencakup N-(2-hidroksipropil) metakrilamida (HPMA), polietilen glikol (PEG), poli(asam L-laktat) (PLA), poli (asam glikolat) (PGA), poli(D, L -asam laktat-ko-glikolat) (PLGA), dan polikaprolakton (PCL). PEG telah dieksplorasi sebagai matriks untuk penyematan, antibeku, pelumas, dan wadah untuk peralatan medis, bahan tambahan makanan, dan suppositoria. PCL adalah polimer semikristalin hidrofobik dengan fleksibilitas yang baik dan laju degradasi yang lambat, menjadikannya bahan yang disukai untuk penghantaran obat, jahitan, dan perangkat fiksasi. Biokompatibilitas kitosan, sifat antimikrob, dan adhesi lendir yang tinggi menjadikannya kandidat yang menjanjikan untuk sistem penghantaran obat melalui vagina. Kitosan memiliki kemampuan untuk tetap berada di mukosa vagina dan mendorong pelepasan obat secara lokal dan berkelanjutan. Penelitian ini bertujuan untuk menemukan formulasi, desain, dan fabrikasi implan intravagina dari kombinasi polimer PCL, PEG, dan kitosan; melakukan pengujian sifat biodegradasi dan biokompatibilitas implan secara in vitro, ex vivo, dan in vivo dalam tubuh hewan ternak, serta di lingkungan kompos. Tujuan jangka panjang penelitian ini adalah menciptakan perangkat intravagina baru yang mampu merilis progesteron dalam jangka waktu sesuai protokol sinkronisasi estrus tanpa harus dicabut dari vagina karena dapat terurai dengan sendirinya selama berada di dalam vagina dan jika dibuang, bersifat ramah lingkungan. Penelitian tahap pertama adalah menyusun formulasi implan dari kombinasi PEG-kitosan. Implan dibuat dengan metode peleburan dan pencetakan kemudian diuji rendam dalam media Simulated Vaginal Fluid (SVF) dan dilakukan pengamatan rilis warna (model obat). Hasilnya, implan PEG-kitosan dalam bentuk suppositoria dapat terdegradasi di SVF dan dapat merilis warna (model obat). Selama proses perendaman di SVF, implan menjadi sangat lunak dan mudah hancur akibat gerakan sehingga dilakukan penyusunan formulasi implan dari kombinasi PCL-PEG-kitosan. Penambahan PCL bertujuan agar implan lebih kokoh dan terdegradasi lebih lama. Implan yang sudah dibuat dalam bentuk suppositoria, direndam di SVF dan diinsersi ke vagina sapi. Hasil penelitian tahap ini menunjukkan komposisi dengan kombinasi PCL-PEG-kitosan yang disesuaikan, yaitu PCL (minimal 10%), PEG (maksimum 72%), dan kitosan (antara 14-18%), dapat bertahan selama lima hari di larutan SVF dan menempel di mukosa vagina sehingga mampu meningkatkan bioavailabilitas implan pada larutan SVF dan lumen vagina. Penelitian tahap selanjutnya meliputi pengujian purwarupa implan yang dapat tetap menempel di dalam vagina sapi disertai dengan adanya perubahan implan menjadi habis (terdegradasi) dalam kurun waktu tertentu. Implan dibuat dari bahan PCL tunggal (bentuk Y, batang, dan bola) dan bahan kombinasi PCLPEG- kitosan (bentuk Y dan batang) kemudian diinsersi ke vagina sapi. Hasil penelitian ini menunjukkan implan dari kombinasi PCL-PEG-kitosan dengan komposisi PCL (10-30%), PEG (56-72%), kitosan (14-18%) berbentuk batang dapat bertahan di dalam vagina dan mengalami perubahan bentuk menjadi lelehan yang terdeteksi selama 8-10 hari. Berdasarkan formulasi dan bentuk implan yang sudah dipilih sebelumnya, dibuat implan PCL-PEG-kitosan bentuk batang dengan tiga formulasi komposisi berbeda, yaitu Implan I (PCL 10%), Implan II (PCL 20%), dan Implan III (PCL 30%). Implan diuji rendam di SVF, diamati di organ vagina model (ex vivo), dan diamati pola rilis obat secara in vitro. Hasil penelitian ini menunjukkan implan dengan kandungan PCL 20% dan 30% membutuhkan waktu yang lebih lama mengalami erosi (16-19 hari) di media SVF. Implan dengan kandungan PCL 10% lebih banyak mengalami erosi dibanding implan PCL 20% dan 30% di organ vagina model. Implan PCL 10% merilis progesteron dalam jumlah yang lebih banyak di awal waktu perendaman dibandingkan implan dengan PCL 20% dan 30%. Penelitian tahap berikutnya adalah untuk mengetahui proses degradasi implan di dalam vagina sapi secara in vivo dan di lingkungan kompos, serta mengamati pola rilis hormon progesteron dalam plasma darah setelah insersi implan. Implan PCL-PEG-kitosan adalah bentuk batang (panjang: 12 cm; lebar: 1,5 cm; tebal: 1,3 cm). Implan diinsersi ke vagina sapi kemudian implan tersebut diamati dengan pencitraan USG selama 10 hari. Level progesteron plasma sapi diamati sejak sebelum, selama, dan setelah implantasi. Hasil penelitian ini menunjukkan implan mengalami degradasi di dalam vagina sapi dengan adanya perubahan ukuran implan melalui pencitraan USG. Implan dapat merilis progesteron selama 10 hari pada sapi dara prapubertas, sedangkan 3 hari pada sapi primipara nonsiklik. Implan dapat mempertahankan level progesteron plasma >2ng/mL pascainjeksi PGF2α sampai hari ke-3 implantasi pada sapi dara siklik. Uji biodegradasi di kompos menunjukkan implan mengalami degradasi dengan perubahan ukuran semakin mengecil seiring dengan perjalanan waktu penguburan implan di kompos. Secara umum dapat disimpulkan bahwa implan intravagina kombinasi PCL-PEG-kitosan terbukti mampu terdegradasi di larutan SVF, di dalam vagina, dan dapat merilis progesteron secara in vivo serta terdegradasi di lingkungan kompos.