Molecular Modeling for Drugs

Oleh : Muhammad Bayu Adji (41618010046)

Manipulasi molekul berawal dari sebuah masalah yang belum terselesaikan. Para ilmuwan mencari cara untuk menangani masalah pada obat malaria, yaitu kina. Pasti masih pada bingung yang dimaksud manipulasi molekul itu apa. Pada artikel ini akan dijelaskan lebih lanjut.

Kata Kunci : manipulasi, obat, molekul, desain obat, malaria, kina

Apa Itu Manipulasi Molekul?

Manipulasi molekul adalah sebuah proses rekayasa penambahan , pengurangan atau penghilangan keseluruhan atom yang saling berikatan kuat dalam susunan tertentu dan bermuatan netral dan stabil. Manipulasi molekul merupakan metode yang digunakan untuk mendapatkan obat baru dengan aktivitas yang dikehendaki, antara lain yaitu meningkatkan aktivitas obat, menurunkan efek samping atau toksisitas, meningkatkan selektifitas obat memperpanjang masa kerja obat, meningkatkan kenyamanan penggunaan obat dan meningkatkan aspek ekonomi obat.

Manipulasi molekul bertujuan untuk :

a. Mendapatkan senyawa baru yang mempunyai aktifitas lebih tinggi, masa kerja lebih panjang,tingkat kenyamanan lebih besar, toksisitas atau efek samping lebih rendah, lebih selektif, lebih stabil dan lebih ekonomis. Selain itu manipulasi molekul gigunakan pula untuk mendapatkan senyawa baru yang bersifat antagonis atau antimetabolit. 

b. Menemukan gugus farmakofor penting (gugus fungsi), yaitu bagian molekul obat yang dapat memberikan aksi farmakologi.
  

Menurut Schueler, manipulasi molekul mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut :

a. Kemungkinan besar senyawa homolog atau analog mempunyai sifat farmakologis serupa dengan senyawa induk dibanding dengan senyawa yang didapatkan dengan cara seleksi atau sintesis secara acak.

b. Kemungkinan lebih besar untuk mendapatkan produk dengan aktivitas farmakologis yang lebih tinggi.

c. Data yang didapat kemungkinan dapat membantu penjelasan hubungan struktur dan aktivitas.

d. Metode sintesis dan uji biologis yang digunakan sama sehingga dapat menghambat waktu dan biaya.

e. Produksi obat baru menjadi lebih ekonomis.

Menurut Lien, untuk mencapai tujuan manipulasi molekul dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut :

1. Meningkatkan absorpsi obat

2. Mengoptimalkan waktu distribusi obat

3. manipulasi aktivitas intrinsik farmakologis

4. Memperkecil biodegradasi obat

5. Mengembangkan penerimaan obat

Problems

Penemuan obat terus berjalan dan berkembang, mulai dari obat bahan alam maupun sintesis. Misal obat malaria KINA (quinine). Pertama ditemukan dari pohon kina (Peruvian atau cinchona-bark) di daerah tropis, dengan kandungan alkaloid kinin. Kebutuhan terhadap obat ini meningkat saat itu, namun pohon penghasilnya memerlukan waktu sekitar 20 tahun untuk tumbuh dewasa. Kasus kelangkaan ini menantang para ilmuwan untuk mengembangkan dalam laboratorium. Namun ada kendala yaitu masalah impurity. Pada struktur kinin terdapat 2 bagian yaitu cincin kinin dan kinolin (lihat stuktur kimia di atas). Pada cincin kinolin terdapat 2 atom C asimetrik sehingga produknya berupa campuran dengan struktur dalam ruang yang berebda. Padahal yang aktif hanya satu konformasi saja. Oleh karena itu diperlukan suatu pemisahan dan pemurnian yang membutuhkan biaya besar dan tidak efektif. Karena masalah diatas membutuhkan penyelesaian, maka ada istilah desain obat.

Apa Itu Desain Obat?

Desain obat adalah proses iterative yang berawal dari suatu senyawa yang mempunyai aktivitas biologi dan diakhiri dengan mengoptimasi baik kemampuan aktivitas molekul tersebut maupun cara sintesisnya. Pada struktur obat kina, setelah diteliti walau cincin kinolin (biang senyawa kiral) dihilangkan, namun tetap menunjukkan aktivitas. Sehingga oleh para ilmuwan desain obat dikembangkan obat primakuin dan klorokuin. Primakuin adalah turunan 4-hidroksi aminokinolin, sedangkan klorokuin adalah turunan 8-hidroksi aminokinolin. Untuk optimasi manipulasi senyawa telah diteliti oleh Supriyono melaporkan bahwa Semua model persamaan terbaik mengandung deskriptor muatan bersih atom O₁₆, C₁₀, C₁₂, dan O₁₈, ke empat atom tersebut merupakan pusat aktif dari turunan artemisinin. Oleh karena itu, keempat atom ini tidak boleh dihilangkan dari struktur obat antimalaria.

Drug Abuse

Istilah penyalahgunaan obat merujuk pada keadaan di mana obat digunakan secara berlebihan tanpa tujuan medis atau indikasi tertentu. Sedangkan, istilah pengguna-salahan obat adalah merujuk pada penggunaan obat secara tidak tepat, yang biasanya disebabkan karena pengguna memang tidak tahu bagaimana penggunaan obat yang benar. Pada tulisan ini hanya akan dikaji mengenai  penyalahgunaan obat (drug abuse) saja. Penyalahgunaan obat terjadi secara luas di berbagai belahan dunia. Penyalahgunaan obat ini terkait erat dengan masalah toleransi, adiksi atau ketagihan, yang selanjutnya bisa berkembang menjadi ketergantungan obat (drug dependence).

Ada beberapa golongan obat-obat yang sering disalahgunakan, yaitu:

1. Golongan analgesik opiat/narkotik, contohnya adalah codein, oxycodon, morfin.

2. Golongan depresan sistem saraf pusat untuk mengatasi kecemasan dan gangguan tidur, contohnya barbiturat (luminal).

3. Golongan stimulan sistem saraf pusat, contohnya dekstroamfetamin, amfetamin, dll.

Obat-obat ini pada umumnya menyebabkan ketergantungan atau kecanduan.

Metode Manipulasi Molekul

Dalam  manipulasi molekul, metode yang digunakan sangat berfariasi, antara lain yaitu :

1) Penyederhanaan molekul

Dalam metode ini dilakukan pemecahan, penyisipan, atau pemotongan bagian dari struktur molekul yang besar, melalui proses sintesis yang sistematik, dan dievaluasi bagian struktur atau prototipe analognya. Pada umumnya dilakukan pada senyawa-senyawa produk alam, seperti kokain, tubokurarin, morfin dan kuinin. Contoh : 
Kokain  disederhanakan molekulnya menjadi benzokain, prokain, tetrakain, butetamin, amilokain, piperokain, dan meprilkain.

2) Penggabungan molekul

Pada metode ini dilakukan adisi (penambahan), replikasi atau hibridisasi molekul senyawa induk, melalui proses sintesis dan kemudian dievaluasi prototipe analog yang lebih kompleks.

a. Adisi molekul

Pada proses ini dilakukan penggabungan dua molekul senyawa dengan gugus berbeda melalui ikatan yang relatif lemah, seperti ikatan ion dan ikatan hidrogen.

b. Replikasi molekul

Pada proses ini dilakukan penggabungan gugus atau molekul yang identik, melalui pembentukan ikatan kovalen atau jembatan gugus tertentu. Penggabungan  dua molekul identik disebut duplikasi, tiga molekul identik, triplikasi, 4 molekul identik, tetraplikasi dan n-plikasi.

c. Hibridasi molekul

Pada proses ini dilakukan penggabungan gugus atau molekul yang berbeda melalui pembentukan ikatan kovalen.  

3) Pengubahan dimensi dan kelenturan molekul

4) Pengubahan sifat kimia fisika molekul

Contoh Manipulasi Molekul

Contoh manipulasi molekul antara lain adalah pengembangan antibakteri turunan sulfanilamid, pengembangan antibiotika turunan penisilin dan pengembangan antibiotika turunan penisilin dan pengembangan obat antagonis terhadap reseptor H₂.

1. Pengembangan antibakteri turunan sulfanilamid
Sulfanamid adalah senyawa antibakteri setempat, tidak diberikan per-oral karena dengan cepat akan dimetabolisis. Dengan melalui manipulasi molekul dapat diubah menjadi senyawa yang mempunyai efek antibakteri sistemik dan dapat diberikan per-oral, seperti sulfadiazin dan sulfametoksazol. Untuk mendapatkan efek antibakteri pada saluran cerna dilakukan manipulasi molekul dengan membuat menjadi pra-obat yang sedikit diabsorpsi pada saluran cerna, seperti pada sulfaguanidin dan ptalazol, sehingga senyawa efektif untuk infeksi saluran cerna.

2. Pengembangan antibiotika turunan penisilin
Benzilpenisillin (penisilin G ) merupakan penisilin alami yang mempunyai spektrum sempit, hanya efektif terhadap bakteri gram positif, dan tidak tahan terhadap enzim β-laktamase yang dihasilkan oleh staphylococcus aureus. 

Manipulasi molekul sangat dibutuhkan pada masa ini dan masa yang akan datang. Dikarenakan keterbatasan sumber daya alam. Para ilmuwan pun mulai mengembangkan metode-metode untuk memanipulasi molekul. Terutama pada obat kina.

DAFTAR PUSTAKA

2009.Obat-Obat Rekayasa Genetika dalam https://www.dw.com/id/obat-obatan-rekayasa-genetika/a-4177427 (diakses pada 21 September 2018)

2017.Rekayasa Molekul dalam https://id.wikipedia.org/wiki/Rekayasa_molekul (diakses pada 20 September 2018)
Dewantara, Dharma.2014.Manipulasi Molekul. dalam https://dharmadwt.wordpress.com/2014/10/26/manipulasi-molekul/ (diakses pada 19 September 2018)

Hardjono, Suko.2017.STRUCTURE MODIFICATION AND MOLECULAR MODELING OF 1-(BENZOYLOXY) UREA DERVATIVES AS ANTICANCER DRUG CANDIDATES.Universitas Negeri Jember dalam http://jurnal.unej.ac.id/index.php/prosiding/article/view/3881 

Rao, Rama.2004.Molecular Modelling: A powerful tool for drug design and molecular docking.Springer dalam https://link.springer.com/article/10.1007/BF02834015

Tim Pengampu Kimia Kontekstual.2013.Buku Ajar Kimia Kontekstual.Yogyakarta: Universitas Gadjah Mada