BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Kanker adalah pembelahan dan pertumbuhan sel secara abnormal yang tidak dapat dikontrol sehingga cepat menyebar. Sel-sel ini merusak jaringan tubuh sehingga mengganggu fungsi organ tubuh. Faktor penyebab kanker yang telah diketahui yaitu genetik, rokok, radiasi ionisasi, makanan, bahan kimia, virus, parasit, gangguan keseimbangan hormonal, radikal bebas, faktor perilaku, kejiwaan dan stres. Di Indonesia saat ini diperkirakan terdapat 100 penderita kanker baru untuk setiap 100.000 penduduk pertahun dan kanker juga telah menduduki peringkat keenam, baik dari segi jumlah maupun tingkat kematian (Magdalena, 2009).

Secara garis besar kanker dibagi menjadi dua kelompok, yaitu kanker jinak dan kanker ganas. Kanker jinak (benign) memiliki kecenderungan untuk tumbuh lebih lambat dari kanker ganas dan tidak menyebar ke organ lain. Sedangkan kanker ganas (maligna) memiliki pertumbuhan sel yang sangat cepat, dapat menginvasi serta menghancurkan jaringan sekitarnya dan pada tahap selanjutnya akan menyebar ke organ-organ lain pada tubuh ( Lumongga, 2008 ).

Kanker merupakan penyakit kronis yang sulit ditemukan obatnya dan sampai saat ini masih sedikit obat-obat antikanker yang telah ditemukan. Obat-obat antikanker yang tersedia saat ini merupakan obat sitotoksik yang banyak menimbulkan efek samping meskipun diberikan dalam dosis lazim pengobatan. Sehingga perlu dikembangkan suatu metode penemuan obat yang dapat meningkatkan efektifitas penemuan obat antikanker dan meminimalisir biaya penelitian serta harga obat antikanker yang dihasilkan yaitu salah satunya dengan metode in silico. Tawaran yang menarik akhir-akhir ini adalah pemanfaatan komputer sebagai alat bantu dalam penemuan obat. Kemampuan komputasi yang meningkat eksponensial merupakan peluang untuk mengembangkan simulasi dan kalkulasi dalam merancang obat (Vahdani, 2010)HKSA merupakan metode yang memadukan statistika dengan sifat fisikokimia senyawa yang dapat dikalkulasi dengan bantuan komputer guna menurunkan suatu persamaan yang dapat digunakan memprediksi aktivitas suatu senyawa. Dengan metode HKSA ini dapat dikembangkan suatu obat antikanker yang memiliki aktivitas yang lebih baik dan toksisitas serta efek samping obat diminimalisir. Biaya yang dikeluarkan untuk pengembangan obat antikanker pun dapat ditekan sehingga diperoleh suatu obat antikanker dengan harga yang relatif lebih murah dibandingkan obat-obat antikanker yang telah ada saat ini. Dalam makalah ini penulis akan membahas mengenai penggunaan metode HKSA dalam menemukan obat antikanker.1.2. Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah yang penulis angkat dalam makalah ini, yaitu:

Bagaimana cara mendapatkan obat antikanker menggunakan metode HKSA?

1.3. Tujuan

Tujuan penyusunan makalah ini adalah:

Mengetahui cara mendapatkan obat antikanker menggunakan metode HKSA.

1.4. Manfaat

Manfaat yang diperoleh dari penyusunan makalah ini yaitu:

1. Meningkatkan efektifitas penemuan obat antikanker dengan metode HKSA.

2. Mahasiswa dapat memahami metode HKSA dalam penemuan obat antikanker.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. HKSA

Hubungan kuantitatif struktur kimia dan antara aktivitas biologis obat (HKSA) merupakan metode yang memadukan statistika dengan sifat fisikokimia senyawa yang dapat dikalkulasi dengan bantuan komputer guna menurunkan suatu persamaan yang dapat digunakan memprediksi aktivitas suatu senyawa.HKSA merupakan bagian penting rancangan obat, dalam usaha mendapatkan suatu obat baru dengan aktivitas yang lebih besar, keselektifan yang lebih tinggi, toksisitas atau efek samping sekecil mungkin dan kenyamanan yang lebih besar. Selain itu dengan menggunakan model HKSA, akan lebih banyak menghemat biaya atau lebih ekonomis, karena untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki (Siswandono dan Soekardjo, 2000). 2.2. Antikanker

Obat antikanker adalah senyawa kemoterapetik yang digunakan untuk pengobatan tumor yang membahayakan kehidupan (kanker). Obat antikanker sering dinamakan pula sebagai obat sitotoksik, sitostastik atau antineoplasma.

Tumor adalah istilah umum menunjukkan adanya pertumbuhan tidak normal dari masa atau jaringan yang tidak membahayakan kehidupan. Tumor terbentuk karena adanya mutasi pada biosintesis sel, yaitu kekeliruan urutan ADN karena terpotong, tersubtitusi atau ada pengaturan kembali, adanya adisi dan integrasi bahan genetik virus ke dalam gen dan adanya perubahan ekspresi genetik. Tumor yang membahayakan (malingat tumor) disebut kanker, sedang penyebab kanker disebut karsinogen

Banyak obat antikanker bekerja dengan cara mempengaruhi metabolisme asam nukleat, terutama ADN,atau biosintesis protein sehingga dapat mempengaruhi proses kehidupan sel. Proses kehidupan sel merupakan suatu siklus yang terdiri dari beberapa fase sebagai berikut:

1. Fase mitotik (M) : fase dimana terjadi pembelahan sel aktif.

Setelah melalui fase ini ada dua alternatif:

a. Menuju fase G1 dan memulai proses proliferasi

b. Menuju ke fase istrahat(G0). Pada fase istrahat (G0) kemampuan sel untuk berpoliferasi hilang dan sel meninggalkan siklus secara tak terpulihkan.

2. Fase post mitotik (G1), pada fase ini tidak terjadi sintesis ADN, terapi terjadi sintesis ARN dan protein. Pada akhir fase G1 terjadi sintesis ARN yang optimum.

3. Fase sintetik (S), pada fase ini terjadi replikasi ADN sel.

4. Fase post sintetik (G2), fase ini dimulai bila sel sudah menjadi tertraploid dan mengandung dua ADN, kemudian sintesis ARN dan protein dilanjutkan. Selanjutnya sel kembali ke fase mitotik,demikian seterusnya sehingga merupakan suatu siklus.Obat antikanker digolongkan menjadi lima kelompok yaitu

1) Senyawa Pengalkil

Senyawa pengalkil adalah senyawa reaktif yang dapat mengalkilasi DNA, RNA dan enzim-enzim tertentu. Senyawa ini digunakan terutama untuk pengobatan kanker pada jaringan limfoid dan sistem retikuloendotel, seperti limfosarkoma dan penyakit Hodkin, leokimia limfositik dan myeloma. Efek sampingnya cukup besar yaitu dapat merusak sumsum tulang, menyebabkan leukopenia dan trombositopenia serta menekan kekebalan tubuh (Siswandono dan Soekardjo, 2000).

2) Antimetabolit

Antimetabolit adalah senyawa yang dapat menghambat jalur metabolik yang penting untuk kehidupan dan reproduksi sel kanker, melalui penghambatan asam folat, purin, pirimidin dan asam amino, serta jalur nukleosida pirimidin, yang diperlukan pada sintesis DNA. Hambatan replikasi DNA ini dapat secara langsung maupun tidak langsung sehingga menyebabkan sel tidak berkembang biak dan mengalami kematian.

3) Antikanker Produk Alam

Antikanker produk alam adalah senyawa alam yang dihasilkan dari produk alam dan berkhasiat sebagai antikanker.

4) Hormon

Hormon androgen, progestin, estrogen dan hormon adrenokortikoid dapat mengikat secara khas reseptor pada sitoplasma dan mengubah struktur reseptor. Bentuk kompleks hormon-reseptor tersebut kemudian menuju inti, berinteraksi dengan sisi aseptor dan mempengaruhi proses transkripsi. Glukokortikoid dapat mempengaruhi jaringan limfatik sehingga mencegah uptake glukosa dan sintesis protein (Siswandono dan Soekardjo, 2000).

5) Golongan Lain-lain

Obat antikanker yang sering digunakan selain dari golongan-golongan yang telah disebutkan di atas antara lain : mitotan, I-asparaginase, sisplatinum, hidroksiurea, mitoksantron, asam klodronat, goserelin dan leuprorelin (Siswandono dan Soekardjo, 2000).2.3. Hubungan Struktur dan Aktivitas Doksorubisin

struktur Doksorubisin

Doksorubisin didapat dari kultur Streptomyces peucetius. Bekerja sebagai antikanker dengan menghambat proses replikasi dan transkripsi ADN. Bagian yang terlibat pada mekanisme kerja tingkat molekul adalah cincin B dan C, sebagai interkalator, cincin A dan gugus gula amino. Antibiotika tersebut mengikat dobel heliks ADN secara kuat dengan menginterkalasi gugus kromofor planar (pada cincin B dan C) pada dua pasangan basa. Kompleks antibiotika/ADN ini ditunjang oleh interaksi antara substituen pada cincin A (gugus gula amino) dengan celah kecil dari heliks. Turunan antrasiklin (Doksorubisin) bekerja secara tidak khas pada siklus kehidupan sel, meskipun menunjukkan aktivitas yang lebih besar selama fase S (Siswandono dan Soekardjo, 2000).BAB IIIPEMBAHASAN

Penggunaan beberapa antikanker turunan antrasiklin seperti doxorubicin sering menimbulkan efek samping misalnya rusaknya sum-sum tulang, mual dan muntah. Penelitian untuk mengurangi efek samping yang ditimbulkan tersebut sangat sulit, mahal dan menghabiskan banyak waktu sehingga, digunakan metode HKSA (Hubungan Kuantitatif Struktur dan Aktivitas) untuk membantu hal tersebut.

Deskriptor kuantum kimia senantiasa digunakan dalam HKSA pada bidang biokimia. Penggunaan deskriptor ini dinilai baik dalam meningkatkan prediksi senyawa kimia yang dilakukan (Hussain, 2012). Pada jurnal ini, dilakukan pengembangan metode HKSA dengan deskriptor yang didapat dari teori HF menggunakan 6-31G* sebagai dasar pengaturan perhitungan kuantum kimia untuk memprediksi nilai penghambatan 50% pertumbuhan sel sensitif (pLD50) dari beberapa obat golongan antrasiklin. Pada HKSA ini juga digunakan metode MLR sebagai pemodelan hubungan antara pLD50 dari 13 komponen antrasiklin. Melalui penelitian ini dharapkan didapatkannya metode yang sederhana, cepat dan akurat untuk menghitung nilai pLD50.

Pada penelitian ini, penentuan pLD50 dillakukan melalui 6 tahap. Struktur molekular dimasukan dalam komputer, geometri kuantum mekanik dioptimasi dengan metode abinito, struktural deskriptor diproses dan dipilih, lalu model struktur pLD50 ditentukan dengan MLR dan analisis statistik.

Perhitungan molekul deskriptor dilakukan dengan menggunakan metode Gaussian 03, untuk menghindari menghilangkan data yang memiliki nilai berbeda jauh dngan data lain sebelum dilakukan analisis. Data pLD50 dari 13 komponen struktur antrasiklin, telah diambil dari literatur. Seperti yang telah dijelaskan bahwa bagian struktur doksorubicin yang terlibat pada mekanisme kerja tingkat molekul adalah cincin B dan C, sebagai interkalator, cincin A dan gugus gula amino. Doksorubisin mengikat dobel heliks ADN secara kuat dengan menginterkalasi gugus kromofor planar (pada cincin B dan C) pada dua pasangan basa. Kompleks ini ditunjang oleh interaksi antara substituen pada cincin A (gugus gula amino) dengan celah kecil dari heliks.

Berikut adalah gambar struktur dan prediksi nilai pLD50 dengan metode MLR:

Pengujian homogenitas data dilakukan dengan metode PCA yaitu melalui perhitungan struktur deskriptor seluruh data. Selain itu dengan PCA juga dapat ditentukan lokasi spasial dari sampel untuk memisahkan data ke dalam mode training dan tes. Adapun nilai PCA yang didapatkan yaitu PC1 sebesar 64,03% dan PC2 sebesar 35,97%. Kemudian, dari data tersebut dtentukan nilai VIF untuk melihat kolinearitas dari deskriptor, dimana jika nilainya berada diantara rentang 1-5, artinya model dapat diterima. Sedangkan jika nilai berada diatas 10, artinya model yang digunakan tidak stabil dan harus dicek kembali. Selain itu juga dtentukan nilai MF untuk melihat variasi pada nilai aktivitas dari masing-masing deskriptor dalam model. Adapun nilai MF dan VIF berturut-turut yang didapatkan yaitu untuk volume (V) sebesar 0,124187 dan 1,085467 sedangkan untuk isotropik parameter (6) yaitu 0,875813 dan 1,085467. Nilai ini selanjutnya digunakan untuk menentukan nilai pLD50.

Pada analisis dengan MLR, digunakan data 13 komponen dari literatur. Kemudian digunakan V dan 6 untuk menentukan model HKSA. MLR juga dapat digunakan untuk menentukan persamaan awal yang dapat digunakan untuk memprediksi nilai pLD50, adapun persamaan yang didapatkan tersebut adala sebagai berikut:

Pada persamaan di atas N merupakan nilai dari komponen, R2 merupakan pangkat koefisien korelasi dan Q merupakan pangkat perpotongan koefisien validasi. Adapun jika nilai prediksi diplotkan dengan nilai eksperimental dan dan data 13 molekul yang deproleh dengan MLR dimasukan lalu dibuatkan dalam bentuk grafik, maka akan didapatkan grafik sebagai berikut:

Analisis dengan menggunakan MLR telah mampu menghasilkan model HKSA untuk obat antikanker. Kemudian digunakan analisis statistik SPSS untuk menentukan korelasi antara variabel dalam MLR dan persamaan dengan metode HF/6-31G*. Jika dibuat dalam bentuk kurva dari persamaan HF/6-31G* maka akan didapatkan kurva sebagai berikut.

Jika dilihat dari grafik diatas, maka dapat dikatakan bahwa nilai pLD50 yang diperoleh dengan metode prediksi dan eksperimental memberikan hasil yang tidak jauh berbeda. Sehingga dapat ditarik kesimpulan bahwa metode HKSA dapat digunakan untuk memprediksi struktur dan aktivitas suatu senyawa antikanker sehingga dapat menjadi pilihan dalam pengembangan obat dengan tingkat efisiensi yang lebih baik dan waktu yang lebih cepat. BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1. Kesimpulan

Salah satu cara memprediksi aktivitas obat antikanker antrasiklin yaitu dengan HKSA yang dikembangkan dengan penambahan metode MLR dan deskriptor kuantum kimia dari 6-31G* untuk menentukan nilai hambatan 50% sel pertumbuhan sensitif (pLD50). 4.2. Saran

Metode HKSA perlu dikembangkan dengan penambahan dan modifikasi dengan metode lain untuk meningkatkan ketepatan prediksi hubungan aktivitas dengan struktur obatDAFTAR PUSTAKA

Hussain, Ali K., Wisam A. R., Sadiq M. I., 2012. Quantitative Structure-Activity Relationships (QSAR) study and improving it of some schiff-base ligands as anticancer for prostate cancer. University of Basrah, Ira. ISSN : 0975-7384. Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2012, 4(3):1702-1707

Lumongga, Fitriani. 2008. Invasi Sel Kanker. Departemen Patologi Anatomi Fakultas Kedokteran Universitas Sumatera Utara.Medan.

Magdalena. 2009. Gambaran Tingkat Asupan Energi, Karbohidrat, Protein dan Lemak Pada Penderita Kanker di Kota Banjarmasin. Politeknik Kesehatan.Banjarmasin.Siswandono dan Bambang Soekardjo. 2000. Kimia Medisinal Jilid 2. Airlangga University Press. Surabaya. 165-167Srivastava, V, Deepa S., Anjani. K. T., Himanshu S., Raj B. S., Vinay K. S. and Anil K. M. 2010. Quantitative StructureActivity Relationship Analysis of 4(3H)-Quinazolone Derivatives as Tyrosine Kinase Inhibitors by Multiple Linear Regression. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals: Volume 25, Number 5.Vahdani, S and Z. Bayat. 2011. A Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) Study of Anti-cancer Drugs. Department of Chemistry Islamic Azad University. Iran. ISSN: 0976-8505. Der Chemica Sinica, 2011, 2 (4):235-2431