Peran Kitosan Dalam Pembentukan Mikroemulsi dan Efikasi Pada Sediaan Perinjeksi Ibuprofen

Abstract

Ibuprofen merupakan obat anti inflamasi non-steroid (OAINS) yang paling populer digunakan untuk menggantikan obat golongan opiat yang memiliki efek samping mual, muntah, over-sedasi, dan gangguan pernafasan. Ibuprofen secara umum digunakan untuk terapi pasien dengan gejala demam, nyeri ataupun inflamasi. Namun, ibuprofen memiliki kelarutan yang rendah menyebabkan ibuprofen sukar dibuat sediaan parenteral, untuk mengatasi masalah tersebut maka pada penelitian ini, ibuprofen dibuat dalam bentuk mikroemulsi. Mikroemulsi memiliki potensi sebagai pembawa sediaan parenteral yang baik karena memiliki stabilitas tinggi dibandingkan nanoemulsi. Karena, dengan ukuran globul di bawah 100 nm, mikroemulsi memiliki maksimum uptake dalam tubuh. Secara teori mikroemulsi stabil secara termodinamika, tetapi pada kenyataan tetap membutuhkan polimer untuk meningkatkan kestabilannya. Kitosan adalah polimer alami yang dapat terurai dan biodegradable, aman, dan diterapkan sebagai pembawa untuk aplikasi oral dan parenteral. Penelitian terkait injeksi mikroemulsi dilapisi kitosan telah menunjukkan bahwa polimer ini dapat meningkatkan penetrasi zat aktif dalam formulasi nasal setelah dicampur dalam fase terdispersi. Kitosan juga dapat meningkatkan sifat mekanis mikroemulsi serta mampu meningkatkan waktu tinggal obat dalam tubuh. Penelitian ini terdiri atas 3 tahap, yakni: (1) melakukan formulasi mikroemulsi ibuprofen tidak terlapisi kitosan. Tujuan dari penelitian tahap awal ini adalah untuk mendapatkan calon formula optimal, (2) melakukan formulasi mikroemulsi ibuprofen terlapisi kitosan dan menganalisis pelepasan obat secara in vitro, dan (3) mengevaluasi efek dari formula mikroemulsi ibuprofen terlapisi kitosan secara in vivo. Metode pembuatan mikroemulsi terlapisi kitosan pada penelitian ini menggunakan metode self-nanoemulsifying. Langkah pertama pembuatan mikroemulsi dilakukan dengan menentukan komponen minyak yang digunakan berdasarkan pada jumlah kelarutan ibuprofen, kemudian penentuan calon formula dilakukan berdasarkan hasil analisa wilayah daerah terbentuknya mikroemulsi pada diagram pseudo ternery. Kemudian calon formula optimal ditentukan berdasarkan karakteristik fisik, muatan obat dan stabilitas. Formula optimal yang didapatkan kemudian diformulasikan dengan menambahkan kitosan pada berbagai konsentrasi. Formula mikroemulsi terlapisi kitosan (MK) paling stabil berdasarkan sifat fisik dan kestabilan, kemudian ditentukan profil pelepasan obatnya, efek anti-inflamasi, profil hematologi dan daya analgetika dengan membandingkan efeknya dari mikroemulsi yang tidak terlapisi kitosan (MO). Pada tahap awal penelitian diperoleh formula dengan komposisi optimal berupa 2,8% (kombinasi minyak zaitun dan medium chain trygelicerides oil (MCT) 1:1); 11,2% Tween 80; 2,8% propylene glycol, dan 83,2% water for injection (WFI) sebagai calon formulasi optimal untuk membentuk mikroemulsi dengan ukuran globul 16,70±0,26 nm dan stabil hingga 120 hari. Selain itu, hasil uji viskositas, osmolaritas, dan pH sesuai dengan persyaratan sediaan injeksi, yaitu 27 Cpas, 297 mosmol, dan 4- 5 hanya dengan menambahkan WFI (mengandung 0,9 g natrium klorida) dengan rekonstitusi sederhana tanpa penambahan agen isotonis. Pada tahap kedua pembuatan injeksi mikroemulsi ibuprofen terlapisi kitosan telah berhasil dilakukan dengan kandungan polimer sebesar 1%. Polimer kitosan meningkatkan stabilitas mikroemulsi hingga hingga 365 hari dengan ukuran globul 13,13±0,11nm dan mikroemulsi juga memenuhi persyaratan untuk sediaan intravena. Osmolaritas, pH, viskositas, dan ukuran tetes mikroemulsi berada dalam standar untuk persiapan intravena, yaitu 240 ± 20,22 mOsmol, pH 4-5, 27 Cpas, dan 19,37 ± 0,32 nm, secara berurutan. Uji pelepasan menunjukkan bahwa mikroemulsi yang dilapisi kitosan mengikuti model akar kuadrat waktu, di mana pelepasan obat terjadi melalui difusi dan proses dikendalikan oleh pembawa. Efek anti-inflamasi yang diamati pada kaki hewan uji yang diinjeksi mikroemulsi ibuprofen terlapisi kitosan (MK) melebihi kelompok lain, khususnya pada kelompok MK 7,2 mg. Penghambatan peradangan pada MK 7,2 mg mencapai 100% pada pengamatan jam ke- 6 dan tidak berbeda signifikan dengan kelompok standar dengan analisis statistik. Pada uji hematologi, hewan uji setelah diberikan sediaan injeksi mikroemulsi ibuprofen menunjukkan bahwa MK dan mikroemulsi tidak terlapisi kitosan (MO) tidak memiliki perbedaan signifikan dengan kelompok standar terkait jumlah sel darah merah, sel darah putih, dan diferensial leukositnya. Oleh karena itu, dapat disimpulkan bahwa sediaan injeksi mikroemulsi yang telah dibuat aman untuk penggunaan intravena karena tidak mempengaruhi sel darah merah ataupun sel darah putih. Kemudian pada uji daya analgetika dengan metode dengan real time RGS, kelompok MK dan MO pada menit ke- 60 tidak menunjukkan gejala nyeri, sedangkan pada metode nociceptive behavior kelompok MK pada menit ke- 30 sudah tidak menunjukkan adanya tanda nyeri. Hasil analisis statistik menunjukkan adanya perbedaan signifikan antara kelompok yang diinjeksikan dengan plasebo MO dengan kelompok injeksi MO dan MK pada semua variasi dosis. Hasil ini menegaskan bahwa ibuprofen dapat diformulasikan ke dalam bentuk injeksi mikroemulsi ibuprofen terlapisi kitosan serta memiliki daya antiinflamasi dan nyeri yang baik dibandingkan dengan MO dan oral.

Ibuprofen was the most popular non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) used to replace opioid drugs that had side effects such as nausea, vomiting, over-sedation, and respiratory disturbances. Ibuprofen is commonly used to treat symptoms of fever, pain, or inflammation in patients. However, ibuprofen has low solubility, making it challenging to formulate parenteral preparations. So, this study formulated ibuprofen as a microemulsion. Microemulsions, with their exceptional stability compared to nanoemulsions, show great promise as carriers for parenteral preparations. With a globule size below 100 nm, microemulsions exhibit maximum uptake in the body. While microemulsions are thermodynamically stable in theory, their real-world application often benefits from the use of polymers to further enhance their stability. Chitosan, a natural polymer, provides a biodegradable and safe solution, making it an excellent carrier for both oral and parenteral applications. Studies related to chitosan-coated microemulsion injections have shown that this polymer can enhance the penetration of active substances in nasal formulations after being mixed in the dispersed phase. Chitosan can also improve the mechanical properties of microemulsions and extend the drug residence time in the body. This study consists of three stages: (1) formulating chitosan-uncoated ibuprofen microemulsion to obtain an optimal formula, (2) formulating chitosan-coated ibuprofen microemulsion and analyzing in vitro drug release, and (3) evaluating the effects of chitosan-coated ibuprofen microemulsion formula in vivo. The method for making chitosan-coated microemulsions in this research uses the self-nanoemulsifying method. The first step in making a microemulsion is carried out by determining the oil components used based on the amount of ibuprofen solubility, then determining the candidate formula is carried out based on the results of analysis of the area where the microemulsion is formed on the pseudoternary diagram. Then, the optimal candidate formula is determined based on physical characteristics, drug load, and stability. The optimal formula obtained was then formulated by adding chitosan at various concentrations. The microemulsion formula coated with chitosan (MK) is the most stable based on physical properties and stability. A comprehensive comparison is then conducted, evaluating the drug release profile, anti-inflammatory effect, hematological profile, and analgesic power of the microemulsion not coated with chitosan (MO) against the chitosan-coated microemulsion (MK). This thorough comparison ensures the reliability of the research findings. In the initial stage, an optimal formula was obtained with a composition of 2.8% (a combination of olive oil and MCT in a 1:1 ratio), 11.2% Tween 80, 2.8% propylene glycol, and 83.2% WFI (Water for Injection). This formula was optimal for forming a microemulsion with a globule size of 16.70 ± 0.26 nm and stability for up to 120 days. Viscosity, osmolarity, and pH test results were consistent with the requirements for injection preparations. In the second stage, the preparation of chitosan-coated ibuprofen microemulsion injections with a polymer content of 1% was successfully conducted. Chitosan polymer increased the stability of the microemulsion for up to 365 days, with a globule size of 13.13 ± 0.11nm, meeting the requirements for intravenous preparations. Osmolarity, pH, viscosity, and microemulsion droplet size were within the standard range for intravenous preparations. In vitro release tests showed that chitosan-coated microemulsion (MK) followed a square root of time model, where drug release occurred through diffusion, and the process was carrier-controlled. The observed anti-inflammatory effect on the injected paws of the test animals exceeded that of the other groups, especially in the MK 7.2 mg group. Based on statistical analysis, the inhibition of inflammation in the MK 7.2 mg group reached 100% at the 6-hour observation and did not differ significantly from the standard group. In hematological tests, test animals given microemulsion injections of both MK and chitosan-uncoated microemulsion (MO) did not show significant differences compared to the standard group regarding red blood cell count, white blood cell count, and differential leukocyte count. Therefore, it can be concluded that the prepared microemulsion injection is safe for intravenous use because it does not affect red blood cells or white blood cells. In the analgesic efficacy test using the real-time RGS method, neither the MK nor MO groups showed signs of pain at 60 minutes. In the nociceptive behavior method, the MK group did not show signs of pain at 30 minutes. Statistical analysis showed significant differences beTween the placebo MO group and the MO and MK injection groups at all dosage variations. These results confirm that ibuprofen can be formulated into chitosan-coated ibuprofen microemulsion injections, exhibiting good anti-inflammatory and analgesic effects compared to MO and oral formulations.