Hubungan antara nanomaterial dan penghantaran obat

Nanoteknologi adalah bidang penelitian dan pengembangan yang luas yang berkaitan dengan manipulasi materi pada tingkat atom atau subatom. Nanoteknologi digunakan di berbagai bidang seperti kedokteran, energi, teknik kedirgantaraan, dan banyak lagi. Salah satu aplikasi nanoteknologi adalah dalam penghantaran obat. Ini merupakan proses di mana nanopartikel digunakan untuk membawa dan menghantarkan obat ke area tertentu di dalam tubuh. Ada beberapa keuntungan menggunakan nanoteknologi untuk penghantaran obat, termasuk penargetan sel spesifik yang tepat, peningkatan potensi obat, dan penurunan toksisitas pada sel yang ditargetkan. Nanopartikel juga dapat membawa vaksin ke sel yang mungkin sulit dijangkau dengan metode penghantaran tradisional. Namun, ada beberapa kekhawatiran terkait penggunaan nanopartikel untuk penghantaran obat. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa nanopartikel dapat berkontribusi pada perkembangan tumor di bagian tubuh lain. Terdapat juga kekhawatiran yang berkembang bahwa nanopartikel dapat memiliki efek berbahaya pada lingkungan. Terlepas dari potensi kekurangan ini, penggunaan nanoteknologi dalam penghantaran obat masih merupakan bidang yang menjanjikan untuk penelitian di masa depan.^[23]

Penghantaran bertarget

Penghantaran obat bertarget adalah penghantaran obat ke lokasi targetnya tanpa memengaruhi jaringan lain.^[24] Minat pada penghantaran obat bertarget telah meningkat drastis karena implikasi potensialnya dalam pengobatan kanker dan penyakit kronis lainnya.^[25][26][27] Untuk mencapai penghantaran bertarget yang efisien, sistem yang dirancang harus menghindari mekanisme pertahanan tubuh dan bersirkulasi ke lokasi aksi yang dituju.^[28] Sejumlah pembawa obat telah dipelajari untuk menargetkan jaringan tertentu secara efektif termasuk liposom, nanogel, dan nanobioteknologi lainnya.^[22][25][29]

Plester jarum mikro untuk menghantarkan obat

Obat dihantarkan melalui plester seukuran goresan yang dikenal sebagai "plester jarum mikro". Plester jarum mikro adalah penemuan untuk memasukkan obat ke dalam kulit dengan bantuan jarum kecil yang tidak menimbulkan rasa sakit. Plester ini dapat memberikan vaksin atau obat-obatan, termasuk insulin untuk pasien diabetes, ke dalam darah atau kulit (Reinke et al., 2024).^[30] Plester ini mudah digunakan dan memungkinkan orang untuk melakukan perawatan di rumah. Namun, plester semacam ini sangat mahal dan tidak mudah diakses.

Formulasi pelepasan terkendali

Formulasi pelepasan terkendali atau termodifikasi dirancang untuk menghantarkan obat dengan laju yang stabil dari waktu ke waktu, membantu menjaga kadar obat yang konsisten dalam aliran darah.^[31] Pelepasan yang stabil ini mengurangi frekuensi pasien perlu minum obat dan meminimalkan naik turunnya konsentrasi obat yang dapat menyebabkan efek samping atau menurunkan efektivitas.^[32] Sistem ini seringkali berbentuk tablet matriks, pompa osmotik, dan perangkat tipe reservoir, yang semuanya menggunakan penghalang fisik atau kimia untuk mengatur bagaimana obat dilepaskan. Pendekatan ini sangat berguna untuk kondisi kronis seperti tekanan darah tinggi, diabetes melitus, atau nyeri kronis, di mana menjaga kadar terapeutik yang stabil sangat penting untuk mengendalikan gejala.^[33]

Konsep obat pelepasan terkontrol sudah ada sejak tahun 1950-an, ketika dekstroamfetamin menjadi formulasi pertama yang dipasarkan.^[15] Era ini menyaksikan diperkenalkannya plester transdermal, yang menghantarkan obat secara perlahan melalui kulit.^[34] Seiring kemajuan teknologi, formulasi baru dikembangkan untuk menyesuaikan sifat spesifik dari berbagai obat. Contohnya termasuk suntikan depot kerja panjang untuk obat-obatan seperti antipsikotik dan terapi hormon, yang tetap efektif selama berminggu-minggu atau bahkan berbulan-bulan setelah dosis tunggal.^[35][36]

Sejak akhir tahun 1990-an, penelitian semakin beralih ke nanoteknologi sebagai cara untuk meningkatkan penghantaran obat lepas terkontrol.^[15][34] Nanopartikel, pembawa kecil yang direkayasa pada tingkat molekuler, dapat melindungi obat agar tidak terlalu cepat terurai di dalam tubuh, meningkatkan penyerapan obat, dan menghantarkannya langsung ke jaringan tempat obat tersebut dibutuhkan. Penghantaran yang ditargetkan ini tidak hanya mengurangi efek samping tetapi juga membantu pasien tetap mengikuti pengobatan mereka. Kemajuan dalam nanoteknologi ini mengubah lanskap penghantaran obat dan menekankan pentingnya pengembangan generasi sistem CR berikutnya.^[37]

Pelepasan terkendali berbasis nanopartikel

Penggunaan nanoteknologi dalam penghantaran obat telah membuka pintu bagi kemungkinan baru, khususnya dengan pengembangan sistem pelepasan terkendali berbasis nanopartikel. Sistem ini dirancang untuk menghantarkan obat secara lebih tepat dan dalam jangka waktu yang lebih lama, membantu mencapai lokasi target dan efek terapeutik.^[38] Pembawa kecil seperti liposom, dendrimer, dan nanopartikel polimer, dapat menampung obat dan melepaskannya dengan laju terkontrol. Beberapa bahkan direkayasa untuk merespons kondisi spesifik dalam tubuh. Misalnya, lingkungan mikro asam yang umum ditemukan di jaringan tumor dapat digunakan untuk memicu pelepasan obat di lokasi yang dibutuhkan. Pendekatan yang ditargetkan ini membantu meminimalkan efek samping dengan membatasi paparan ke bagian tubuh lainnya. Dengan demikian, membuat pengobatan lebih efektif.^[39]

Studi terbaru telah menunjukkan efektivitas nanopartikel pintar yang merespons isyarat biologis, seperti pH atau kondisi redoks, sehingga menghantarkan obat secara lebih tepat ke lokasi tumor. Misalnya, nanopartikel sensitif pH memanfaatkan pH yang lebih rendah dalam sel tumor untuk melepaskan obat, yang meningkatkan efektivitas sekaligus melindungi sel-sel sehat.^[40] Selain itu, penggunaan material biokompatibel dan penggantian permukaan nanopartikel telah meningkatkan akurasi dan pelepasan sistem penghantaran obat.^[41]

Kemajuan dalam rancangan juga memungkinkan terciptanya nanopartikel multifungsi yang mampu mengatasi tantangan berat seperti resistensi multi-obat pada kanker. Sistem ini dapat membawa lebih dari satu jenis obat, menargetkan molekul spesifik, yang membantu memberikan dampak yang lebih kuat pada jaringan tumor. Secara keseluruhan, terobosan ini menunjukkan potensi terapi pelepasan terkontrol berbasis nanopartikel di bidang terapi kanker dan pengobatan personal.^[42]

Kemajuan dalam polimer cerdas dan hidrogel

Dalam beberapa tahun terakhir, kemajuan dalam polimer cerdas dan hidrogel telah membawa peningkatan besar pada cara penghantaran obat dalam sistem pelepasan terkontrol.^[11] Bahan-bahan ini unik karena dapat merespons perubahan di dalam tubuh seperti perubahan pH, suhu, dan kadar glukosa, sehingga memungkinkan untuk mengatur dengan tepat kapan dan seberapa banyak obat dilepaskan. Misalnya, beberapa hidrogel dirancang untuk mengembang atau menyusut berdasarkan sinyal internal ini, yang membantu mengatur kecepatan pelepasan obat. Presisi semacam ini membantu meningkatkan pengobatan terapeutik dan mengurangi efek samping. Bahan responsif ini berguna untuk mengelola kondisi kronis seperti diabetes melitus, di mana hidrogel responsif glukosa dapat menyesuaikan pelepasan insulin berdasarkan kadar gula darah.^[43]

Pelepasan obat yang dimodulasi dan pelepasan obat orde nol

Banyak ilmuwan telah berupaya menciptakan formulasi oral yang dapat mempertahankan kadar obat yang konstan karena kemampuan pelepasan obat pada tingkat orde nol konsentrasi darah. Namun, beberapa batasan fisiologis membuat pembuatan formulasi oral tersebut menjadi sulit. Pertama, karena bagian bawah usus memiliki kapasitas penyerapan yang berkurang, penyerapan obat biasanya menurun saat formulasi oral berpindah dari lambung ke usus. Penurunan jumlah obat yang dilepaskan dari formulasi seiring waktu seringkali memperburuk kondisi ini. Pelepasan fenilpropanolamina HCl merupakan satu-satunya contoh yang mempertahankan konsentrasi darah yang konsisten selama kurang lebih 16 jam.^[44]

Penghantaran obat biologis

Penghantaran obat biologis seperti peptida, protein, antibodi, dan materi genetik, memiliki tantangan unik. Karena ukurannya yang besar dan muatan listriknya, molekul-molekul ini seringkali kurang diserap dan mudah dipecah oleh enzim dalam tubuh.^[3][13] Untuk mengatasi hambatan ini, para ilmuwan telah mengembangkan metode pengiriman canggih menggunakan alat-alat seperti liposom, nanopartikel, protein fusi, dan nanokandang berbasis protein. Beberapa strategi mengambil inspirasi dari bagaimana toksin secara alami memasuki sel dengan mengadaptasi mekanisme tersebut untuk penggunaan terapeutik.^{[3][45][46][47][48]}

Di antara makromolekul yang dipelajari, pengiriman RNA telah mengalami kemajuan, terutama dengan keberhasilan vaksin COVID-19 berbasis RNA. Meskipun pengiriman protein dan DNA telah menunjukkan kemajuan, protein pada hewan hidup dan DNA dalam pengaturan laboratorium, yang dihantarkan molekul besar ini, masih tetap merupakan tugas yang kompleks.^[49][50][51] Meskipun pemberian oral umumnya lebih disukai oleh pasien karena kenyamanannya, hal itu jarang efektif untuk obat biologis karena penyerapan yang buruk. Meskipun demikian, teknologi inovatif seperti penghambat enzim, peningkat permeasi, nanopartikel berbasis lipid, dan jarum mikro sedang digunakan untuk meningkatkan bioavailabilitas oral untuk obat-obatan ini.^[52][53]

Salah satu perkembangan terbaru yang telah berhasil adalah penggunaan nanopartikel lipid (LNP) untuk mengirimkan RNA duta (mRNA). LNP melindungi mRNA yang rapuh dari degradasi dan keluar dari endosom sehingga dapat mencapai sitoplasma dan menghasilkan protein.^[54] Metode pengiriman ini mendapatkan pengakuan di seluruh dunia selama pandemi COVID-19 dengan persetujuan vaksin mRNA dari Pfizer-BioTech dan Moderna. Peluncuran cepat vaksin ini membuktikan bahwa LNP tidak hanya efektif tetapi juga dapat diskalakan untuk produksi massal dan penggunaan global.^[55]

Di luar vaksin, terapi mRNA kini sedang dieksplorasi untuk berbagai aplikasi terapeutik termasuk imunoterapi kanker, gangguan genetik, dan penyakit menular lainnya. Para peneliti juga sedang menguji sistem penghantaran alternatif seperti eksosom dan jenis nanopartikel baru, untuk membuat terapi mRNA lebih aman dan efisien.^[56] Namun tantangan tetap ada, karena mRNA sangat sensitif terhadap kondisi lingkungan. Untuk mengatasi hal ini, penelitian yang sedang berlangsung diperluas ke rute pemberian baru termasuk formulasi mNRA yang dapat dihirup atau oral. Penghantaran ini dapat mengurangi biaya produksi dan membuat terapi ini lebih mudah diakses oleh dunia.^[57]

Penghantaran obat nanopartikel

Penghantaran obat ke otak telah lama menjadi tantangan signifikan dalam pengobatan penyakit neurologis. Alasan utamanya terletak pada sawar darah otak (BBB), lapisan pelindung yang sangat selektif yang melindungi otak dari toksin dan patogen dalam aliran darah. Meskipun BBB sangat penting untuk menjaga kesehatan otak, hal ini juga mempersulit sebagian besar obat terapeutik untuk mencapai targetnya, terutama pada kondisi seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson.^[58] Akibatnya, metode penghantaran obat konvensional seringkali gagal, baik menyebabkan efek samping yang tidak diinginkan atau gagal memberikan konsentrasi yang cukup tinggi untuk efektif.^[59]

Untuk mengatasi hal ini, para peneliti telah beralih ke nanopartikel, pembawa rekayasa kecil yang dirancang untuk menyelinap melewati BBB dan menghantarkan obat langsung ke jaringan otak. Partikel-partikel ini dapat disesuaikan untuk memanfaatkan sistem transportasi tubuh sendiri. Misalnya, dengan menempelkan molekul tertentu ke permukaannya, nanopartikel dapat memicu transitosi yang dimediasi reseptor, suatu proses alami yang memungkinkan mereka melewati sel-sel yang melapisi BBB dan masuk ke otak.^[60][61] Jenis pengiriman yang ditargetkan ini membantu mengurangi paparan obat ke seluruh tubuh, menurunkan risiko efek samping dan meningkatkan konsentrasi di tempat yang paling penting. Sejauh ini, strategi ini telah menunjukkan hasil yang menjanjikan dalam memberikan pengobatan ke otak untuk kondisi seperti penyakit Alzheimer dan Parkinson.^[62][63]

Beberapa jenis nanopartikel sedang dipelajari untuk tujuan ini. Liposom misalnya, adalah vesikel kecil yang dapat membawa obat dan dimodifikasi untuk bersirkulasi lebih lama atau menuju ke wilayah otak tertentu.^[64][65] Dendrimer, dengan struktur seperti pohon, dapat menampung beberapa molekul obat dan agen penargetan sekaligus. Nanopartikel polimer, yang terbuat dari bahan yang dapat terurai secara hayati seperti asam polilaktat (PLA) atau asam polilaktat-ko-glikolat (PLGA), dapat direkayasa untuk melepaskan obat dari waktu ke waktu dengan cara yang terkontrol. Nanopartikel lipid padat menawarkan alternatif lain, menggabungkan biokompatibilitas dengan kemampuan untuk melewati penghalang dengan lebih efisien. Secara keseluruhan, kemajuan ini membuka jalan bagi pengobatan yang lebih efektif dan tepat untuk berbagai gangguan neurologis.^[66]

Nanoteknologi membantu mentransfer obat ke tempat-tempat tertentu di dalam tubuh. Penghantaran obat dalam bentuk baru dengan bantuan partikel-partikel kecil, seperti liposom atau misel polimer. Partikel-partikel ini mendukung obat dengan mencegah disintegrasi dan meningkatkan fungsionalitas (Islam dkk., 2025). Contohnya, mereka dapat mendistribusikan obat kanker ke tumor, yang mengurangi efek samping. Para peneliti juga menemukan partikel yang melepaskan obat ketika melewati kondisi tertentu seperti panas atau cahaya. Terlepas dari sifat teknologi ini, teknologi ini masih mahal dan membutuhkan studi keamanan lebih lanjut. Dalam waktu dekat, para peneliti mengatakan akan ada strategi pengobatan yang lebih maju seperti penggunaan nanomedisin dan teknologi seperti kecerdasan buatan (Islam dkk., 2025).^[67]