Salah satu penanda diabetes melitus adalah hiperglikemia yang dapat menyebabkan komplikasi pada berbagai organ seperti hati, ginjal, saraf, mata, dan jantung, serta disfungsi endotel pembuluh darah. Hal ini disebabkan oleh pankreas yang terganggu untuk mengeluarkan insulin atau karena resistensi insulin. Diabetes melitus merupakan salah satu faktor risiko utama penyakit kardiovaskuler yang merupakan penyebab kematian tersering pada komplikasi diabetes. Selain komplikasi diabetes mikrovaskuler yang telah diketahui dengan baik, seperti nefropati, retinopati, dan neuropati, ada peningkatan epidemi komplikasi diabetes makrovaskular, termasuk penyakit arteri koroner, penyakit arteri perifer, dan disfungsi sel endotel vaskular. Disfungsi sel endotel dapat disebabkan oleh gangguan glikometabolik, genetika, stres oksidatif, sitokin inflamasi, dan apoptosis, yang merupakan penyebab utama penyakit kardiovaskular seperti aterosklerosis. Stres oksidatif memainkan peran penting dalam menyebabkan disfungsi sel endotel pada komplikasi diabetes. Stres oksidatif dapat disebabkan oleh kelebihan produksi spesies oksigen reaktif seperti radikal hidroksil (OH-), anion superoksida (O2−), dan hidrogen peroksida (H2O2), dan sistem pertahanan antioksidan yang lebih rendah seperti SOD, GPx, dan katalase. Pembentukan ROS yang berlebihan terjadi melalui jalur poliol, peningkatan produksi advanced glycation end-products (AGEs), jalur hexosamine, dan aktivasi protein kinase C, yang dapat menyebabkan komplikasi diabetes. Peningkatan kadar ROS pada diabetes dapat menyebabkan penurunan produksi SOD, GPx, dan katalase. ROS akan mengoksidasi asam lemak tak jenuh ganda (PUFA) yang melimpah di membran sel untuk membentuk MDA. MDA ini dapat digunakan sebagai indikator kerusakan sel yang disebabkan oleh radikal bebas dalam kondisi stres oksidatif.
Peningkatan ROS dan penurunan antioksidan juga dapat terjadi pada model tikus diabetes yang disuntik dengan streptozotocin intraperitoneal. Penelitian sebelumnya mengungkapkan bahwa pemberian streptozotocin dapat menurunkan ekspresi Nrf2, yang merupakan pengatur utama pembentukan antioksidan; jadi lebih rendah SOD, GPx, katalase, dan MDA lebih tinggi di jaringan aorta tikus diabetes. Telah dilaporkan bahwa peningkatan ROS dapat menonaktifkan Nrf2, mengakibatkan penurunan ekspresi Nrf2. Peningkatan ROS ini akan menyebabkan kerusakan sistein pada Keap1, mengganggu mekanisme ubiquitination Keap1-Cul3, dan memediasi degradasi Nrf2 oleh proteasome 26S sehingga Nrf2 memiliki waktu paruh yang pendek, yang dapat mengakibatkan penurunan ekspresi Nrf2. Eksperimen pada hewan telah menunjukkan bahwa sistem Nrf2/Keap1 merupakan jalur pertahanan penting untuk melindungi dari kerusakan sel dalam kondisi stres oksidatif. Penurunan ekspresi Nrf2 dapat menurunkan ekspresi antioksidan sitoprotektif (SOD, GPx, dan Cat) pada sel tikus transgenik dan memperburuk kerusakan sel oksidatif.
Pada model tikus diabetes, injeksi STZ meningkatkan ROS dan menyebabkan disfungsi sel endotel, yang mengakibatkan penurunan pembentukan NO dan cGMP di jaringan aorta. Oleh karena itu, produk alami yang memiliki efek antioksidan dapat digunakan untuk mencegah kerusakan sel endotel pada diabetes. Antioksidan dari produk alami seperti Cinnamomum cassia dan Heterotrigona itama dapat digunakan sebagai perlindungan terhadap disfungsi sel endotel pada komplikasi diabetes, karena terbukti menurunkan ROS dan meningkatkan NOS, NO, dan cGMP pada jaringan aorta tikus yang diberikan. streptozotocin intraperitoneal. Fucoidan yang berasal dari rumput laut dilaporkan memiliki aktivitas antioksidan yang kuat. Baru-baru ini, banyak peneliti telah melakukan studi tentang potensi dan aktivitas farmakologis fukoidan, seperti antiinflamasi, antibakteri, antiapoptosis, imunostimulan, antiaterosklerotik, antidiabetes, dan antioksidan.
Belakangan ini banyak penelitian yang menggunakan nanoteknologi untuk membuat nanopartikel dari bahan alam. Nanopartikel produk alami dianggap memiliki peran penting dalam mengobati dan mencegah penyakit, baik pada manusia maupun hewan. Nanopartikel produk alami berdasarkan skala ukuran nanopartikel lebih bermanfaat untuk meningkatkan kelarutan, penyerapan, bioavailabilitas, stabilitas, distribusi, dan efektivitas dalam pencegahan dan pengobatan [26,27].
Fucoidan memiliki efek antidiabetes dan antioksidan, oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk membuat preparat nanopartikel fucoidan yang digunakan untuk membuktikan mekanisme molekuler nanopartikel fucoidan, untuk melindungi dari disfungsi sel endotel pada tikus yang diinduksi streptozotocin
Pada penelitian ini digunakan tikus (Rattus norvegicus) sebanyak 50 ekor yang kadar gula darahnya > 250 mg/dl dibagi menjadi 5 kelompok sebagai berikut: Kelompok Kontrol (tikus diberi pelarut streptozotocin secara intraperitoneak dan pelarut Nanopartikel Fucoidan secara oral); Kelompok Diabetes (tikusdi injeksi streptozotocin 55 mg/kg secara intraperitoneal dengan dosis tunggal); Kelompok Perlakuan Nanopartikel Fucoidan (tikus di injeksi streptozotocin 55 mg/kg secara intraperitoneal dengan dosis tunggal dan diberi Nanopartikel Fucoidan dengan dosis 75, 150 dan 300 mg/kg BB peroral).
Tikus disuntik dengan streptozotocin dengan dosis tunggal 55 mg/Kg BB secara intraperitoneal. Pada perlakuan hari ke-3, nanopartikel Fucoidan diberikan secara oral 2 kali sehari selama 72 hari. Pada hari ke 75,. Jaringan aorta dikumpulkan untuk pemeriksaan kadar ROS dengan flow cytometri; kadar malondialdehid (MDA) dan NO dengan ELISA; pemeriksaan faktor nuklir faktor eritroid 2 terkait 2 (Nrf2) dengan RT-PCR; pemeriksaan NOS endotel (eNOS), superoksida dismutase (SOD), dan glutathione peroksidase (GPx) dengan imunohistokimia; pemeriksaan respon relaksasi asetilkholin (Ach) pada kontraksi Norefinefrin dengan organ bath, dan pengamatan histologis dengan Hematoxylin & Eosin (H&E) untuk mengukur diameter lumen aorta. Pemeriksaan dengan DLS menunjukkan bahwa ukuran nanopartikel fucoidan adalah 201.8 ± 14.6 nm. Pemberian streptozotocin secara signifikan meningkatkan kadar ROS, MDA dan glukosa, sedangkan kadar insulin, NO, respon relaksasi Ach dan diameter lumen aorta menurun, serta ekspresi Nrf2, eNOS, SOD, dan GPx menurun dibandingkan dengan kontrol (p <0,05). Pemberian nanopartikel Fucoidan hanya pada dosis 300 mg/kg BB secara signifikan menghambat peningkatan kadar ROS, MDA dan kadar glukosa. Namun nanopartikel Fucoidan pada dosis 300 mg/kg BB secara signifikan menghambat penurunan kadar insulin, NO, respon relaksasi Ach dan diameter lumen aorta, juga secara signifikan menghambat penurunan ekspresi Nrf2, eNOS, SOD, dan GPx dibandingkan dengan yang negatif. kontrol (Streptozotocin) (p<0,05).
Hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa nanopartikel fukoidan merupakan antioksidan produk alami yang dapat digunakan untuk mencegah kerusakan sel endotel aorta pada komplikasi diabetes, yang mekanisme kerjanya melalui penurunan kadar ROS dan MDA, serta peningkatan ekspresi level Nrf2, SOD, dan GPx. Hal ini menyebabkan peningkatan produksi NO dan cGMP, yang dapat meningkatkan diameter lumen (vasodilatasi) aorta tikus diabetik. Untuk selanjutnya perlu dipelajari aktivitas antioksidan yang berhubungan dengan inflamasi dan apoptosis dalam mencegah disfungsi sel endotel pada komplikasi diabetes.
Penulis: Sri Agus Sudjarwo
Informasi detil dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di Wardani, G.; Nugraha, J.; Kurnijasanti, R.; Mustafa, M.R.; Sudjarwo, S.A. Molecular Mechanism of Fucoidan Nanoparticles as Protector on Endothelial Cell Dysfunction in Diabetic Rats’ Aortas. Nutrients 2023, 15, 568. https:// doi.org/10.3390/nu15030568
