Darmawan

Darmawan Darwis* dan Basril AbbasPusat Aplikasi Teknologi Isotop dan Radiasi - BATAN

*e-mail: [email protected]

Aplikasi Isotop dan Radiasi dalam

Pembuatan dan Pengembangan

Bahan Biomaterial untuk

Keperluan Klinis

Secara umum dapat didefinisikan:

suatu material baik natural maupun buatan manusia (sintetik)

digunakan sebagai peralatan medis (medical devices) dan

berinteraksi dengan sistem biologis

Sukar untuk mendefinisikan secara persis.

memperbaiki (repair), memulihkan (restore), mengoreksi ketidaknormalan,

memingkatkan fungsi atau mengganti (replace) bagian tubuh yang

mengalami kehilangan fungsi karena suatu penyakit atau trauma, atau

sebagai interface dengan lingkungan fisiologis.

Tujuan pemakaian biomaterial

Hidrogel (lensa kontak,

wound dressing, DDS,

injectable composite

polymer);

graft tulang (allograft,

xenograft); dental implant;

Hemodializer; artificial hip

joint; heart valve; catheter ;

kantung darah, dls

RADIASI IONISASI: Energi tinggi (> 50 eV)

Ionisasi atom/molekul

radiasi elektromagnetik (, sinar ),

Radiasi partikel bermuatan (e-, H(proton), )

partikel tidak bermuatan (neutron beam)

Tekn. Isotop dan radiasi radiasi ionisasi sebagi suatu proses

produk bermanfaat, kualitas baik dan aman

fission

Rad ionisasi dipakai dalam industrii

- Rad elektromaknetik seperti sinar dan sinar

- Partikel berenergi tinggi seperti elektron beam

Rad (2,5 MeV) & EB (<10 MeV) materi radioaktif ?

SUMBER RADIASI IONISASI

1. Radioisotop : Co-60 dan Cs-137 : sumber radiasi γ

59Co + 1n 60Co + (1,332 dan 1,173 MeV)27 0 27

235U 137Cs 137Ba + (0,66 MeV)

2. Elektron Beam: dari mesin akselerator elektron

Darmawan Darwis, 2010

Sterilisasi

Sintesis dan modifikasi polimer biomaterial

Salah satu Aplikasi Tekn. Radiasi berkembang dg pesat : Sterilisasi

produk kesehatan ( biomaterial), bahan pangan dan farmasi

STERIL ? Bebas dari mikroorganisme hidup pada tingkat

SAL tertentu

STERILISASI : Suatu proses unt menghilangkan atau

menginaktivasi mikroorganisme (bakteri, jamur) yang terdapat

dalam suatu produk

CARA STERILISASI

1. Panas (basah dan kering): otoklav, oven

2. Sterilisasi dingin: - RADIASI,

- Penyaringan,

- Gas (ETO) bahan kimia

BIOMATERIAL TIDAK TAHAN PANAS

STERILISASI DINGIN GAS ETO, RADIASI


Sterilisasi gas etilen oksida (ETO)

Mulai ditinggalkan karena gas Eto bersifat karsinogen,

mudah terbakar dan waktu sterilisasi relatif lama

Tidak menimbulkan kenaikan temperatur yang berarti

Sterilisasi dilakukan pada suhu kamar

Sterilisasi dapat dilakukan pada produk dalam kemasan akhir

Proses mudah dikontrol (hanya dosis yang dikontrol)

Tidak meninggalkan residu yang membahayakan

material yang disterilkan tidak menjadi radioaktif


Investasi cukup tinggi

Prosedur keselamatan hasrus diterapkan dengan tepat

Perlu edukasi terus menerus kepada masyarakat (untuk meluruskan

persepsi masyarakat)

DNA

1. Efek langsung

2. Efek tidak langsung

Radiolisis air

H2O H + OH + e

-

aq+ H

2H

2O

2+ H

+

3O

OH

H

DNA sel Sel mati

DNA sel Sel mati


Radiasi akan berinetraksi dgn DNA melalui cara

langsung dan tidak langsung

Single strand break”pemutusan satu rantai utama

asam amino dari masing-

masing strand polinukleotid sel

DNA

double strand breakpemutusan dua rantai asam

amino yang berada disebelah

Base Damagepembentukan ikatan silang

intramolekul

Probabilitas mikroorganisme hidup yang terdapat pada masing-masing

produk setelah menerima paparan dosis radiasi. SAL dinyatakan dalam

10-n. Misal 10 -3 atau 10 -6.

SAL 10 -3 = dari 1000 produk hanya boleh 1 tdk steril

SAL 10 -6 = dari 1 juta produk hanya boleh 1 tdk steril

SAL 10 -3

SAL 10 -6

Kantung urin

Bedak bayi

Bahan pengemas

Sarung tangan eksp

kondom

Bone graft

Syringes

Jarum suntik

Surgical equipment

Internal cateterDarmawan Darwis, 2007

Single strand break”pemutusan satu rantai utama

asam amino dari masing-

masing strand polinukleotid sel

DNA

double strand breakpemutusan dua rantai asam

amino yang berada disebelah

Base Damagepembentukan ikatan silang

intramolekul

Tissue graft

Pembalut luka hidrogel Alat kesehatanl

HE

MO

DIA

LIZ

ER



Awal pemakaian dosis radasi:

Penetapan dosis dilandasi dengan dosis minimum untuk membunuh

mikroorganisme yang paling resisten terhadap radiasi yaitu strain

bacillus pumilus E 601.

Dari hasil studi tersebut ditetapkan bahwa dosis sterilisasi radiasi

adalah 25 kGy.

ISO/CD 13409:1995. Sterilization of Health Care Products –

Radiation Sterilization – Substantiation of 25 kGy as a Sterilization Dose

for Small or Infrequent Production Batchs.

Dosis sterilisasi dapat ditentukan dengan memperhatikan:

Jumlah kontaminasi mikroba pada produk (bioburden)

Nilai SAL yang telah ditetapkan

Kondisi iradiasi dan GMP

ISO seri 11137: 1995 Sterilization of Health Care Products- Requirment for validation

and rutine control-Radiation sterilization

Radiasi dapat membunuh mikroorganisme, namun dpt juga

merusak produk yg disterilkan.

Tujuan sterilisasi:

Membunuh mikroorganisme hidup

Tdk merusak produk yg disterilkan

SOLUSI: Diperlukan pemilihan dosis yang tepat

ISO seri 11137 menguraikan:

cara menentukan bioburden, memvalidasi, penentuan dosis verifikasi,

penentuan dosis sterilisasi maka dosis < 25 kGy dpt dihasilkan

Rantai molekul polimer

Radiasi Gamma/EBM

1. Pembentukan ikatan silang (crosslink)

Contoh: hidrogel

2. Pemutusan rantai polimer (degradasi)

Tujuan crosslinking:- Meningkatkan sifat mekanik, sifat fisik

- Meningkatkan insolubilitas (tidak larut)

Rantai molekul polimerPol dgn BM rendah

(Oligomer)

Radiasi Gamma/EBM

Tujuan :

- Meningkatkan kelarutan

- Mendapatkan polimer

dgn BM lebih rendah

- Menghasilkan

biodegradable polimerContoh: membran celulosa mikrobial unt

tissue engineering (GBR/GTR)

Hidrogel

Water molecule

three-dimensional networks

1. Hidrogel (penutup luka dan penurun demam)Mekanisme Radiasi: Pembentukan ikatan silang (crosslink)

Hidrogel Batan Penutup/pembalut luka

MoU: BATAN dengan PT. Eracita astamida

Mempercepat penyembuhan luka melalui:

Suasana humid pada daerah luka, proliferasi sel lebih cepat

Steril

Pori yang halus, terjadi aerasi udara pertumbuhan sel lebih cepat

Absorbsi eksudat luka

Tidak dapat ditembus oleh mikroba dari luar

Aplikasi:

Luka bakar (I dan II)

Luka terbuka

Cronic wound

Luka diabetes

1. Hidrogel (penutup luka dan penurun demam)Mekanisme Radiasi: Pembentukan ikatan silang (crosslink)

Plester Hidrogel Batan Penurun demam

MoU: BATAN dengan PT. Eracita astamida

Aplikasi:

Penurun demam

Sakit kepala, sakit gigi

(alternatif)

Mempercepat penurunan demam melalui:

absorbsi panas dari tubuh (demam),

transfer ke molekul air yg ada di dalam hidrogel

terjadi penurunan suhu melalui evaporasi

air mempunyai kapasitas panas penguapan yang cukup besar yaitu sekitar 0,6

kkalori/gram

2. Selulosa Mikrobial (membran GBR/GTR)Mekanisme Radiasi: pemutusan ikatan glikosidik (degradasi)

Freeze dried xenograft

steril Radiasi (granul)

Tooth

extraction

Pemasangan

membran

Pemberian

xenograft

Penutupan

gum

membran

GBR/GTR

biodegradable

radiasi

Membran SM hasil iradiasi bersifat biodegradable, tidak perlu

operasi kedua sth penyembuhan unt mengambil membran

2. Graft TulangMekanisme Radiasi: sterilisasi radiasi

BRTB: Bank Jaringan yang berada di PATIR-BATAN, yang bertugas

untuk melakukan penelitian dan pengembangan teknologi

pemrosesan jaringan biologi (manusia dan hewan) dan sintetik yang

disterilkan dengan radiasi gamma atau berkas elektron, sehingga

dihasilkan produk biomaterial (graft tulang, amnion, jaringan

lainnya dan sintetik biomaterial) dengan kualitas tinggi untuk dapat

diimplantasikan atau digunakan pada pasien yang membutuhkan.



Tulang (Allograft, Xenograft), Amnion

Proses

Sterilisasi radiasi

aplikasi


NO Nama Produk Pemakaian

1 Bone Ocular Spherical Implant

Radiasi (BOSIR)

pengganti bola mata

2 Freeze-Dried Bone Xenograft Steril

Radiasi (FDBX)

Sebagai filler pada defek tulang

terutama dibidang periodontal

3 Demineralized Freeze Dried Bone

Allograft (DFDBA-Granul)

Periodontal (periodontal pocket

dan tooth extraction

4 Freeze-Dried Bone Allograft Steril

Radiasi (FDBA-Chip)

Ortopedi (kanker tulang dan defek

tulang lainnya

5 Amnion Liofilisasi Steril Radiasi

(ALS-Steril)

Pembalut luka, mata, dan gigi

6 Membran selulosa mikrobial

biodegradable steril radiasi

Periodontal terutama pada GBR

Bone Ocular

Spherical Implant

Radiasi (BOSIR) Implant bola mata

Bone Ocular Spherical Implant Radiasi (BOSIR)

Demineralized freeze dried bone allograft(DFDBA, granul)

DFDBA-Granul Periodontal pocket

Amnion steril iradasi

amnion steril radiasi

Operasi mata

Luka bakar

Radiasi ionisasi (sinar gamma dan EBM) telah digunakan dengan

sukses untuk sterilisasi produk kesehatan(biomaterial, allograft,

xenograft, hidrogel, amnion, membran SM), makanan (rendang,

pepes)

Radiasi ionisasi (sinar gamma dan EBM) telah digunakan untuk

modifikasi polimer (melalui crosslinking atau degradasi) menjadi

biomaterial untuk keperluan klinis

Beberapa produk biomaterial PATIR BATAN hasil proses radiasi yaitu

hidrogel (pembalut luka, penurun demem), graft tulang (allograft,

xenograft), membran selulosa mikrpbial, dll

KARAKTERISTIK SINAR GAMMA EB

ENERGI 1,332 dan 1,173 MeV

Variabel: 0,2-10 MeV

POWER 1,48 kW/100kCi Variabel: 4-400 kW/unit

DOSE RATE Rendah (Mrad/jam)

Tinggi (Mrad/dtk)

PENETRASI Tinggi

(43cm in water)

Rendah

(-0,35cm/MeV)

MAINTENANCE Penggantian sumber Co-60

Penggantian part listrik

TIPE SUMBER Meluruh 1%/bln On-off system


Darmawan

Documents