Mikrosfer pati telah menjadi fokus penelitian yang signifikan di industri farmasi, makanan, dan kosmetik, karena dinilai memiliki biokompatibilitas, kemampuan terurai secara hayati, tidak beracun, dan biaya produksi yang relatif rendah. Produk seperti Spherex™, Arista™, dan EmboCept™ telah menunjukkan kelayakan komersialnya sebagai sarana penghantaran obat, agen hemostatik, dan agen embolisasi. Seiring dengan meningkatnya permintaan, kebutuhan akan metode produksi yang skalabel dan hemat biaya juga meningkat. Sebuah studi tahun 2018 yang diterbitkan di LWT – Ilmu dan Teknologi Pangan oleh Li et al. mengatasi tantangan ini secara langsung, dengan menyajikan metode emulsi air dalam air (W/W) untuk memproduksi mikrosfer pati rekristalisasi (RSM) yang dikombinasikan dengan strategi praktis untuk mendaur ulang fase kontinu polietilen glikol (PEG).
Mengapa Metode Emulsi Air dalam Air?
Metode emulsi konvensional untuk produksi mikrosfer biasanya mengandalkan sistem air dalam minyak (W/O), yang melibatkan pelarut organik dan pengemulsi kimia yang meningkatkan masalah keselamatan, lingkungan, dan peraturan. Pendekatan emulsi W/W menggantikan fase minyak dengan larutan PEG berair, menciptakan sistem dua fase di mana tetesan pati didispersikan dalam fase kontinyu PEG. Karena kedua fase tersebut berbasis air, metode ini secara inheren lebih aman dan ramah lingkungan. Namun, PEG adalah reagen yang relatif mahal, dan produksi dalam jumlah besar akan menghasilkan limbah yang mengandung PEG dalam jumlah besar jika larutan dibuang setelah setiap batch. Oleh karena itu, para peneliti menyelidiki apakah dan bagaimana solusi PEG dapat dipulihkan dan digunakan kembali secara efektif.
Dua Strategi Daur Ulang: DR-PEG vs. RS-PEG
Tim menguji dua rute pemulihan. Yang pertama, solusi PEG yang dikumpulkan setelah pemisahan mikrosfer digunakan langsung dalam batch produksi berikutnya tanpa modifikasi apa pun — disebut sebagai DR-PEG (PEG yang digunakan kembali secara langsung). Pada rute kedua, larutan PEG yang diperoleh kembali ditambah dengan PEG padat segar untuk mengembalikan konsentrasi aslinya sebelum digunakan kembali — disebut sebagai RS-PEG (PEG yang diisi ulang/ditambah).
Alat analisis utama adalah hubungan eksponensial antara konsentrasi PEG dan viskositas nyata, yang ditetapkan oleh para peneliti dengan nilai R² sebesar 0,99. Dengan mengukur viskositas larutan yang diperoleh kembali, mereka dapat dengan cepat dan akurat menghitung berapa banyak PEG yang telah hilang dan berapa banyak suplementasi yang diperlukan, tanpa memerlukan analisis kimia yang rumit.
Hasil: RS-PEG Mengungguli Penggunaan Kembali Langsung
Pendekatan DR-PEG terbukti bermasalah. Karena setiap siklus menghilangkan pati bersama dengan beberapa PEG, konsentrasi PEG dalam larutan yang diperoleh kembali terus menurun. Hal ini menyebabkan hasil RSM turun 0,7%–11,9% pada seluruh daur ulang berturut-turut. Yang lebih signifikan, penggumpalan dan aglomerasi mikrosfer teramati pada tahap daur ulang pertama dan kedua – suatu hasil yang tidak dapat diterima dalam aplikasi farmasi atau makanan.
Pendekatan RS-PEG memberikan hasil yang jauh lebih baik. Dengan mempertahankan konsentrasi PEG yang konsisten (kira-kira 331–334 g·kg⁻¹) melalui suplementasi yang ditargetkan, metode ini tidak hanya menghindari aglomerasi di seluruh lima siklus pengujian namun juga benar-benar meningkatkan hasil dari 78,2% pada batch awal menjadi di atas 83% pada daur ulang keempat, dan menjadi stabil pada sekitar 83% setelahnya. Peningkatan ini disebabkan oleh akumulasi progresif molekul pati dalam larutan PEG daur ulang. Ketika sisa pati dalam fase kontinyu meningkat, gradien konsentrasi yang mendorong migrasi pati keluar dari tetesan terdispersi menurun, yang berarti lebih banyak pati yang tertahan di dalam tetesan dan akhirnya diubah menjadi mikrosfer.
Pemindaian mikroskop elektron (SEM) mengkonfirmasi bahwa RSM yang diproduksi menggunakan larutan RS-PEG mempertahankan morfologi bola dan sifat tersebar dengan baik di kelima daur ulang. Analisis difraksi sinar-X (XRD) lebih lanjut menunjukkan bahwa karakteristik struktur kristal tipe B — dengan puncak difraksi sekitar 5,5°, 17°, 22°, dan 24° — tetap identik dengan mikrosfer yang dihasilkan dengan PEG segar, sehingga menegaskan bahwa daur ulang tidak berdampak buruk pada kualitas kristal.
Implikasi Praktis
Studi ini menetapkan bahwa PEG dapat didaur ulang beberapa kali dalam produksi emulsi berat/berat RSM tanpa mengurangi kualitas produk, asalkan konsentrasinya dipantau dan dipulihkan di antara siklus. Metode estimasi konsentrasi berbasis viskositas menawarkan pendekatan analitis yang mudah dan berbiaya rendah yang cocok untuk pengaturan manufaktur praktis. Temuan ini memberikan kontribusi yang berarti dalam mengurangi biaya material dan dampak lingkungan dari produksi RSM. Namun, para penulis mencatat bahwa kapasitas pemuatan obat dan kinerja pelepasan terkontrol RSM yang dihasilkan melalui metode RS-PEG masih harus dikarakterisasi – sebuah area penting untuk penyelidikan di masa depan sebelum mikrosfer ini dapat dievaluasi sepenuhnya untuk aplikasi farmasi tertentu.