Optimasi Komposisi Hidroksipropil Metilselulosa dan Etil Selulosa dalam Preparasi Hollow Microspheres Kaptopril

## ( Optimization of Hydroxypropyl Methylcellulose and Ethyl Cellulose Compositition in Hollow Microspheres Captopril Preparation)

## Eka Deddy Irawan, Fara Sukma Farkha, Lidya Ameliana
Fakultas Farmasi Universitas Jember Jln. Kalimantan No. 37 Jember 68121 *e-mail: eka.deddy@unej.ac.id

## Abstract
Hypertension is a condition while blood pressure is increasing. The normal value of blood pressure is <120/80 mmHg. One of the drugs used to reduce blood pressure is captopril. Captopril has a short  half-time,  so  it  requires  repeated  administration  that  allows  fluctuations.  To  solve  this shortcoming,  an  approach  was  carried  out  using  a  controlled  delivery  system  hollow microspheres.  The  purpose  of  this  research  is  to  optimize  and  determine  the  amount  of Hydroxypropyl Methylcellulose (HPMC) and Ethyl Cellulose (EC) polymers which can produce the optimum formula. Optimization is done using the factorial design method. The response that will be observed in this research is the value of entrapment efficiency, buoyancy, and particle size. The optimum formula was obtained in the combination of HPMC and EC amounts in captopril hollow microspheres are 75 mg HPMC and 200 mg EC.

## Keywords : hollow microspheres, optimization, captopril, HPMC, EC

## Abstrak
Hipertensi merupakan kondisi terjadinya peningkatan tekanan darah. Nilai normal tekanan darah adalah <120/80 mmHg. Salah satu obat yang dapat digunakan untuk menurunkan tekanan darah adalah  kaptopril.  Kaptopril  memiliki  waktu  paruh  yang  pendek,  sehingga  membutuhkan pemberian  berulang  yang  memungkinkan  terjadinya  fluktuasi.  Untuk  mengatasi  kekurangan tersebut,  dilakukan  pendekatan  dengan  menggunakan  sistem  penghantaran  terkontrol  berupa hollow microspheres . Tujuan penelitian ini adalah untuk mengoptimasi dan menentukan jumlah polimer  Hidroksipropil  Metilselulosa  (HPMC)  dan  Etil  Selulosa  (EC)  yang  dapat  menghasilkan formula  optimum.  Optimasi  dilakukan  dengan  menggunakan  metode  desain  faktorial.  Respon yang akan diamati dalam  penelitan ini adalah nilai entrapment efficiency, buoyancy , dan ukuran partikel. Formula optimum yang didapatkan dalam kombinasi penggunaan jumlah HPMC dan EC pada hollow microsphers kaptopril sebesar 75mg HPMC dan 200mg EC.
Kata kunci : hollow microspheres , optimasi, kaptopril, HPMC, EC

## Pendahuluan
Hipertensi  merupakan  suatu  kondisi terjadinya peningkatan tekanan pembuluh darah arteri  pada  sistolik  ( Sistolic  Blood  Pressure ), diastolik  ( Diastolic  Blood  Pressure ),  maupun keduanya secara persisten. Nilai normal tekanan darah  sistolik  adalah  <120  mmHg  dan tekanan darah diastolik adalah <80 mmHg [1].
Kaptopril  merupakan  obat  yang  banyak digunakan  dalam  pengobatan  hipertensi  [2]. Berdasarkan Biopharmaceutics Drug Classification System (BCS), kaptopril termasuk dalam klasifikasi BCS kelas III, karena kaptopril memiliki kelarutan dalam air yang tinggi, namun permeabilitasnya  rendah  [3].  Dosis  lazim kaptopril  sebagai  agen  antihipertensi  adalah 12,5-150 mg/hari dengan frekuensi pemberian 2- 3  kali  dalam  sehari  [4].  Kaptopril  oral  dosis tunggal memiliki durasi aksi yang efektif sebagai antihipertensi  selama  6-8  jam  dengan  waktu paruh yang singkat yaitu 2 jam [5].
Salah  satu  sistem  penghantaran  obat yang  dapat  digunakan  untuk  mengatasi permasalahan tersebut adalah hollow microspheres. Hollow microspheres memiliki bulk density yang lebih kecil dari cairan lambung dan tetap mengapung di lambung tanpa dipengaruhi tingkat pengosongan lambung untuk waktu yang lama dan obat dapat dilepaskan secara perlahan [6].
Polimer yang digunakan dalam preparasi hollow microspheres kaptopril adalah HPMC dan EC.  HPMC  merupakan  polimer  hidrofilik  yang tidak  beracun  dan  telah  menjadi  pembawa hidrofilik  yang  dominan  dalam  bentuk  sediaan pelepasan  terkontrol  [7].  EC  merupakan  salah satu  polimer  hidrofobik  yang  paling  banyak digunakan  dalam  pengembangan microspheres untuk  pengiriman  obat  terkontrol  karena biokompatibilitasnya, fleksibilitas dan biaya yang lebih  rendah.  Preparasi  dengan  kombinasi  dua polimer ini diharapkan dapat melepaskan jumlah maksimum  obat  untuk controlled  release ,  dapat meningkatkan  waktu  tinggal,  serta  dapat meningkatkan bioavailabilitas obat bila dibandingkan  dengan  rejimen  dosis  ganda  obat konvensional [8].
Tujuan  penelitian  ini  adalah  untuk memperoleh  formulasi  optimum  jumlah  HPMC dan  EC  pada  sistem  penghantaran  obat terkontrol  dengan  sistem hollow  microspheres dengan  bahan  aktif  kaptopril  yang  memenuhi persyaratan.

## Metode Penelitian

## Alat dan Bahan
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  Spektroskopi  FT-IR  ( Alpha  Bruker ),
Spektrofotometri UV-Vis ( Genesys 10S ), Scanning  electron  microscopy/ SEM  ( TM  3000 Hitachi ), Four-blades propeller ( IKA
Labortechnik ),  pH  meter  ( Elmetronn  CP-502 ), Neraca  analitik  ( Adventurer  TM  Ohaus ),  Oven ( Memmert ), Hot  plate ( Ika  C  Mag ),  Mikroskop digital  ( Olympus  Digital  Microscope  bx  53f ), Corong buchner , Magnetic  stirrer ,  Desikator, Mortir  stemper,  Alat-  alat  gelas,  Kertas  saring Whatmann  no.  41 , Software  design  expert version  11 ,  SPSS  16.0 Software  validation method of analysis . Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Kaptopril (Co.A Phapros, Tbk Indonesia ), HPMC  K4M  ( PT.  Phapros,  Tbk  Indonesia ),  EC N100 ( PT. Phapros, Tbk Indonesia ), Etanol ( PT.
Bratachem, Indonesia ), Asam Asetat,
Diklorometana ( PT. Bratachem, Indonesia ), Span 80 ( PT. Bratachem, Indonesia ), NaOH 0,1 M ( PT. Bratachem,  Indonesia ),  HCl  0,1  N  ( PT. Bratachem, Indonesia).

## Preparasi Hollow Microspheres
HPMC  dan  EC  dilarutkan  dalam diklorometana  dan  etanol.  Kaptopril  ditimbang sebanyak  50  mg  dan  dimasukkan  ke  dalam larutan  polimer.  Larutan  obat  dan  polimer  yang telah  terbentuk  diteteskan  perlahan-lahan  ke dalam fase eksternal yang mengandung paraffin liquid dan Span 80, sehingga terbentuk droplet, sambil  tetap  dilakukan  pengadukan  dengan menggunakan four-blades  propeller kecepatan 500 rpm selama 2 jam pada suhu 30 O C. Hollow microspheres yang terbentuk disaring menggunakan  kertas  saring,  kemudian  dicuci dengan  petroleum  eter  10  ml.  Selanjutnya, serbuk hollow microspheres dikeringkan selama 24 jam  pada suhu 50 o C. Susunan formula hollow microspheres dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Formula preparasi hollow microspheres kaptopril
Penentuan Nilai Entrapment Efficiency
Langkah  awal  dalam  penentuan  nilai entrapment efficiency yaitu dilakukan pembuatan kurva baku dengan menggunakan larutan dapar asam asetat 0,1N pada pH 1,2. Selanjutnya,  dilakukan  pemeriksaan  panjang gelombang  maksimum  dengan scanning larutan  standar  pada  panjang  gelombang  (λ) 200-400  nm.  Setelah  didapat  panjang gelombang  maksimum,  dilakukan  pembuatan larutan kurva baku dari larutan standar dengan konsentrasi  yang  berbeda  yang  telah  diukur absorbansinya dengan menggunakan Spektrofotometri UV-Vis. Hasil yang didapatkan kemudian diuji linieritasnya. Pengukuran entrapment efficiency dilakukan dengan menimbang
hollow microspheres yang  setara  dengan  10  mg kaptopril, kemudian dimasukkan kedalam labu ukur  100  ml  dan  dilarutkan  menggunakan blanko asam asetat 0,1N sampai batas tanda. Larutan  tersebut  diambil  sebanyak  5  ml  dan dimasukkan  ke  dalam  labu  ukur  10  ml, kemudian di tambah dengan asam asetat 0,1 N sampai tanda. Larutan disaring dan absorbansi diukur  terhadap  blanko  pada  panjang gelombang  yang  sesuai.  Jumlah  obat  yang terperangkap  dalam microspheres dihitung dengan menggunakan persamaan:
Penentuan Nilai Buoyancy
Hollow  microspheres ditimbang  setara dengan  100  mg  kaptopril  dan  didispersikan  ke dalam  900  ml  HCl  0,1N  yang  mengandung 0,02%  Span  80  pada  suhu  25 o C.  Kemudian media  diaduk  dengan  menggunakan  dayung yang berputar pada kecepatan 100 rpm selama
12  jam.  Lapisan hollow  microspheres yang mengapung  (Wf)  dan  yang  tenggelam  (Ws) disaring dan dipisahkan. Lalu, hollow microspheres dikeringkan  dan  ditimbang.
Persentase buoyancy dihitung  sebagai  rasio massa microspheres yang  mengapung  dan massa total microspheres ,  seperti yang terdapat pada persamaan:

## Penentuan Ukuran Partikel
Hollow  microspheres disebarkan  diatas kaca  preparat  untuk  diperiksa  ukurannya dibawah mikroskop optik. Ukuran partikel hollow microspheres ditentukan  dengan  mengukur diameter  50 hollow  microspheres secara  acak dan dihitung rata-ratanya.
Penentuan Nilai Yield
Penentuan  persen yield didapatkan dengan  cara  membandingkan  berat hollow microspheres yang  sebenarnya  dengan  total semua  komponen  (obat  dan  eksipien)  yang digunakan dalam preparasi hollow microspheres [9].  Nilai yield dapat  dihitung  dengan menggunakan persamaan:
Analisis Scanning  Electrone  Microscope (SEM)
Sejumlah hollow microspheres diletakkan  secara  tersebar  pada specimen  tub yang telah dipasang conductive tape , kemudian diletakkan pada specimen holder . Specimen holder diletakkan  pada specimen  chamber/specimen  stage dengan tekanan  sebesar  20  kV  dan tekanan  sebesar 0,1  mmHg.  Perbesaran  SEM yang digunakan adalah 500 kali.
Analisis Fourier Transform Infrared (FTIR)
Untuk  melakukan  analisis  dengan menggunakan FT-IR, dilakukan scanning terhadap  kaptopril,  HPMC,  EC,  dan  kompleks hollow  microspheres kaptopril-HPMC-EC  untuk diperoleh  spektra. Scanning dilakukan  pada rentang bilangan gelombang 4000-600 cm -1 dan
resolusi  sebesar  2  cm -1 .  Kemudian,  masing- masing  bahan  dibandingkan  hasil  spektranya untuk  mengetahui  interaksi  yang  terjadi. Munculnya puncak baru mengindikasikan adanya ikatan baru [10].

## Hasil Penelitian

## Pengamatan Organoleptis
Hasil  pemeriksaan  organoleptis  dari kelima formula hollow microspheres dapat dilihat pada  Tabel  2  dan  hasil hollow  microspheres kaptopril dari keempat formula dapat dilihat pada Gambar 1.
Tabel 2. Hasil Pemeriksaan Organoleptis
Gambar 1. Hollow Microspheres Kaptopril
Hasil Penentuan Entrapment Efficiency
Panjang  gelombang  maksimum  yang didapatkan  dari scanning larutan  standar,  yaitu 221 nm. Kurva baku kaptopril didapatkan dengan mengukur  absorbansi  dari  larutan  standar kaptopril  yang  memiliki  7  konsentrasi  berbeda pada  panjang  gelombang  tersebut.  Kemudian dilakukan  pengukuran  absorbansi  pada  sampel dan  didapatkan  hasil  yang  dapat  dilihat  pada Tabel 3.
Tabel 3. Hasil Entrapment Efficiency Berdasarkan hasil tersebut nilai entrapment  efficiency tertinggi  berada  pada formula  F(A)  yang  memiliki  jumlah  HPMC sebesar 75 mg dan EC sebesar 200 mg. Hal ini dikarenakan  polimer  HPMC  memberikan  efek meningkatkan  nilai entrapment  efficiency dengan kemampuan HPMC yang dapat swelling atau  membentuk  gel  dengan  baik,  sehingga dapat terjadi cross-linking yang mencegah difusi obat dari microspheres . Selain itu, ketika jumlah EC  terlalu  besar  dapat  berakibat  terjadinya agregat yang menyebabkan droplet tidak stabil, dan  obat  yang  terjerap  di  dalamnya  tidak maksimal [11].

## Hasil Penentuan Buoyancy
Hasil  pengujian  nilai buoyancy pada masing-masing formula dapat dilihat pada tabel 4. Tabel 4. Hasil Buoyancy
Berdasarkan  tabel  4  diketahui  bahwa formula  (A)  memiliki  nilai  rata-rata buoyancy paling  besar,  yaitu  73,480%.  Peningkatan persentase daya apung dapat dikaitkan dengan polimer pembentuk udara dan gel (HPMC) yang menyebabkan swelling .  Adanya  peristiwa swelling menyebabkan ukuran partikel meningkat dan densitas microspheres lebih kecil dari  cairan  lambung,  sehingga  sistem  dapat memiliki  kemampuan  mengapung  yang  jauh lebih baik [12].

## Hasil Ukuran Partikel
Hasil  pengujian  terhadap  ukuran  partikel hollow microspheres kaptopril dapat dilihat pada Table 5.
Tabel 5. Hasil ukiran partikel
Berdasarkan  tabel  5  diketahui  bahwa formula  (AB)  memiliki  nilai  rata-rata  ukuran partikel  paling  besar,  yaitu  442,247µm.  Hal  ini dikarenakan  formula  (AB)  memiliki  jumlah polimer HPMC sebesar 75 mg dan EC sebesar 400  mg.  Peningkatan  ukuran  partikel  berkaitan dengan peningkatan viskositas yang disebabkan oleh peningkatan konsentrasi polimer, sehingga menghasilkan droplet emulsi yang besar [13].

## Hasil Nilai Yield
Pada  percobaan,  rerata  nilai yield yang dihasilkan  formula  optimum  adalah  96,945%. Dari  hasil  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa preparasi  dengan  metode emulsion  solvent evaporation mampu  menghasilkan  nilai yield yang  tinggi  karena  jumlah hollow  microspheres yang diperoleh cukup banyak.

## Hasil Analisis SEM
Hasil  analisis  SEM hollow  microspheres kaptopril  dapat  dilihat  pada  Gambar  2. Berdasarkan  hasil  analisis  SEM, hollow microspheres yang didapatkan pada bagian (A) memiliki bentuk yang mendekati spheris dengan permukaan  yang  halus  dan  padat,  namun terdapat  beberapa  pori  pada  permukaannya. Hollow microspheres pada bagian (B) menunjukkan  adanya  rongga  yang  merupakan ciri dari hollow microsphere.
Gambar  2.  Morfologi Hollow  Microspheres Kaptopril

## Hasil Analisis FTIR
Hasil  analisis  spektra overlay antara kaptopril murni, polimer HPMC, EC, dan hollow microspheres kaptopril  dapat  dilihat  pada Gambar 3.
Gambar 3. Overlay spektra FTIR

## Table 6. Hasil interpretasi FTIR
Berdasarkan  pada  tabel  6,  dapat  dilihat bahwa  bilangan  gelombang  yang  dimiliki  gugus dalam  kaptopril  murni  dengan  sampel  formula optimum hollow  microspheres kaptopril  tidak memiliki  perbedaan  yang  signifikan  dan  tidak adanya  pergeseran  pita  yang  tajam  pada bilangan  gelombang  yang  dihasilkan  sehingga
dapat dikatakan bahwa tidak ada interaksi yang terjadi antara bahan aktif dengan polimer dalam pembentukan hollow microspheres kaptopril.

## Pembahasan
Berdasarkan analisis dengan
menggunakan software  Design  Expert  version 11 , formula yang optimum terdapat pada formula (A). Software  design  expert juga  dapat menghasilkan gambar contour plot dan overlay plot . Grafik contour plot menunjukkan gambaran 2D  atau  3D  dari  respons  yang  direncanakan terhadap  kombinasi  faktor  dan/atau  komponen campuran. Contour  plot dapat  menunjukkan hubungan antara respon, komponen campuran, dan/atau  faktor,  sedangkan overlay  plot menunjukkan  daerah  yang  memenuhi  kriteria dalam analisis.
Gambar 4 menunjukkan hasil contour plot 2D dari respon entrapment efficiency.
Berdasarkan hasil tersebut, pada sumbu x yang mewakili  jumlah  polimer  HPMC  menunjukkan bahwa  semakin  tinggi  jumlah  polimer  HPMC, maka  nilai entrapment  efficiency semakin meningkat yang ditandai dengan semakin merah warna yang dihasilkan. Sumbu y yang mewakili jumlah  polimer  EC  menunjukkan  bahwa semakin  tinggi  jumlah  polimer  EC,  maka  nilai entrapment  efficiency semakin  menurun  yang ditandai  dengan  semakin  biru  warna  yang dihasilkan.
Gambar  4.  Hasil Contour  Plot 2D Entrapment Efficiency
Gambar  5  menunjukkan  hasil contour plot 2D respon buoyancy . Berdasarkan Gambar 5,  peningkatan  jumlah  HPMC  diprediksi  dapat meningkatkan nilai buoyancy.
Gambar 5. Hasil Contour Plot 2D Buoyancy
Gambar 6 menunjukkan hasil contour plot 2D dari  respon  ukuran  partikel.  Berdasarkan Gambar  6,  pada  sumbu  x  dan  sumbu  y  yang mewakili  jumlah  polimer  HPMC  dan  jumlah polimer EC menunjukkan bahwa semakin tinggi jumlah polimer HPMC/EC, maka ukuran partikel hollow  microspheres yang  didapatkan  semakin besar,  ditandai  dengan  semakin  merah  warna yang dihasilkan dari kedua sumbu tersebut.
Gambar 6. Hasil Contour Plot 2D Ukuran Partikel
Hasil Overlay  Plot dari  ketiga  respon tersebut disajikan pada Gambar 7. Berdasarkan gambar tersebut, keempat formula yang dibuat, memasuki kriteria optimasi yang  telah ditetapkan.
Gambar  7. Overlay  Plot  Hollow  Microspheres kaptopril
Selain  itu,  perhitungan  secara  manual mengenai  nilai  efek  fatktor  juga  harus diperhatikan. Nilai  efek  faktor  HPMC, EC, dan interaksi keduanya dapat dilihat pada  Tabel  7. Nilai  positif  menunjukkan  bahwa  efek  faktor dapat  menaikkan  respon  dan sebaliknya nilai negatif  menunjukkan  efek  faktor  dapat menurunkan respon.
Tabel 7. Hasil Perhitungan Efek Faktor terhadap Respon

## Simpulan dan Saran
Penggunaan HPMC memberikan pengaruh  meningkatkan  nilai entrapment efficiency , buoyancy ,  dan  ukuran  partikel. Penggunaan  EC  dapat  memberikan hasil menurunkan nilai entrapment efficiency, buoyancy ,  namun  dapat  meningkatkan  ukuran partikel. Interaksi antara kedua polimer tersebut dapat meningkatkan nilai entrapment efficiency serta  dapat  menurunkan  nilai buoyancy dan ukuran partikel. Kombinasi penggunaan jumlah HPMC  dan  EC  yang  didapatkan  pada  formula
optimum adalah 75 mg untuk jumlah HPMC dan 200  mg  untuk  jumlah  EC.  Nilai yield yang didapatkan  sebesar  96,945%,  bentuk  partikel yang  mendekati spheris dengan  morfologi permukaan  yang  padat  dan  halus,  serta  tidak adanya  interaksi  antara  bahan  aktif  dengan polimer  yang  ditunjukkan  dengan  tidak  adanya perubahan spektra yang signifikan pada analisis FT-IR.
Saran  untuk  penelitian  selanjutnya  yakni perlu  dilakukan  uji  disolusi  untuk  mengetahui profil  pelepasan  dan  keberhasilan hollow microspheres sebagai sistem penghantaran obat terkontrol, serta perlu dilakukan uji in vivo untuk mengetahui  efek  keseluruhan  terhadap  subjek hidup.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis  mengucapkan  terima  kasih kepada  Grup  Biokemosensor  (CBG)  Fakultas Farmasi  Universitas  Jember  yang  telah  banyak membantu  dan  mendukung  terlaksananya penelitian  ini  mulai  dari  penyediaan  alat,  bahan dan juga tempat penelitian.

## Daftar Pustaka
[1]  JNC8.  Hypertension:  the  silent  killer:
updated
jnc-8 guideline
recommendations. 2018.
[2]  Sahu S, Chourasia A, Toppo A, Asati A. Formulation and evaluation of captropril microspheres by ionic gelation technique. International  Journal  of Pharmacy  and  Life  Sciences .  2012. 3(1):1377– 1379.
[3]  Ashok  KS,  Prashant  KP,  Dilip  GD. Biopharmaceutical classification  sytem and  biowaiver. International  Research Journal  of  Pharmacy .  2011.  2(5):66– 71.
[4]  Dipiro  JT,  Schwinghammer  TL,  Wells BG,  Dipiro  CV. Pharmacotherapy Handbook,  Tenth  Edition .  Edisi  10. United States of America: McGraw- Hill Education. 2017.
[5]  Gandhi  S,  Bhandari  A,  Jani  GK, Upadhyay N, Pathak R. Optimization of floating microspheres of captopril using full  factorial  design. Asian  Journal  of
Biomedical and Pharmaceutical Sciences . 2012. 2(15):69–94. [6]  Nayak AK, Maji R, Das B.
Gastroretentive drug delivery systems:
a review. Asian Journal of
Pharmaceutical and Clinical Research .
2010. 3(1):2–10.
[7]  Akash  H,  Sajid  M,  Iqbal  F,  Raza  M. Characterization  of  ethylcellulose  and hydroxypropyl methylcellulose microspheres  for  controlled  release  of flurbiprofen. Journal  of  Pharmaceutics  & Drug Delivery  Research . 2013. 2(1):1–10.
[8]  Ganesan P, Soundararajan R, Shanmugam U.  Development,  characterization  and solubility  enhancement  of  comparative dissolution  study  of  second  generation  of solid  dispersions  and  microspheres  for poorly water soluble drug. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences . 2015. 10(5):433– 441
[9]  Kapoor D, Patel R. Formulation, optimization and  evaluation  of  floating  microspheres  of captopril. Asian  Journal  of  Biomedical  and Pharmaceutical Sciences . 2012. 2(9):1-10.
[10]  Yadav  A,  Jain  DK.  Formulation  and characterization  of  sustained  release
floating microballoons of metformin. Tropical Journal of Pharmaceutical Research . 2012.
11(4):561–568.
[11]  Jagtap Y, Bhujbal R, Ranade A, Ranpise N. Effect of various polymers concentrations on physicochemical  properties  of  floating microspheres. India Journal of Pharmaceutical  Sciences .  2012.  74(6):512- 520.
[12]  Raza  SN,  Khan  NA.  Various  formulation varoables  effecting  floatation  behabiour  of single  unit  gastroretentive  capsules  of ofloxacin. International Journal of Pharmacy and  Pharmaceutical  Sciences.  2017. 9(1):213–217.
[13]  Garud N, Garud A. Preparation and in-vitro evaluation of metformin microspheres using non-aqueous  solvent. Tropical  Journal  of Pharmaceutical Research . 2012. 11(4):577- 583.