1.1 Latar Belakang BAB I PENDAHULUAN Tubuh manusia selalu mengalami pembelahan sel yang dikendalikan oleh gen. Keberadaan zat karsinogen dalam tubuh menyebabkan gen tidak bisa mengendalikan pembelahan sel. Zat karsinogen yang mengendap dalam suatu sel mengakibatkan DNA yang ada pada gen terganggu sehingga pembelahan sel tidak terkendali. Proses pembelahan tanpa kendali ini disebut kanker(anonim 1, 2013 ). Kanker jenis baru yang ditemukan pada organ tubuh manusia merupakan penyebab kedua kematian pada anak usia 0 sampai 14 tahun (Anonim 3, 2012). Kanker tersebut meliputi leukemia, kanker paru paru dan sistem saraf lainnya. Kanker untuk sistem saraf lainnya meliputi Neuroblastoma, Wilms tumor, Non- Hodgkin limfoma dan limfoma Hodgkin (Anonim 2, 2012). Berdasarkan data dari World Health Organization (WHO), penyakit penyebab kematian pertama adalah cardiovascular (48%), kedua kanker (21%), ketiga penyakit pernafasan (12%) dan keempat diabetes (3,5%). Berbagai jenis penyakit kanker di dunia antara lain paru-paru (13%, 1,8 juta), payudara (11,9%, 1,7 juta), colorectum (9,7%, 1,4 juta). Penderita penyakit kanker payudara meningkat 20% dari tahun 2008 dengan persentasi kematian mencapai 14% (Anonim 4, 2012). Terapi kanker dibutuhkan untuk mengurangi persentasi kematian yang semakin bertambah. Terapi kanker sudah diterapkan adalah terapi radiasi konvensional menggunakan sinar-x, sinar gamma atau proton. Terapi ini bertujuan untuk membunuh sel kanker dan mengecilkan sel kanker. Kelemahan dari terapi radiasi konvensional ini sering merugikan jaringan sehat dan organ sekitar kanker, selain itu terapi ini membutuhkan waktu yang cukup lama (Zargarzadeh, 2013). Berdasarkan American College of Radiology (ACR) dan Radiological Society of North America (RSNA) terdapat berbagai terapi yang digunakan untuk menyembuhkan kanker antara lain : a. Reseksi bedah merupakan pengobatan yang direkomendasikan untuk mengobati kanker pada stadium awal. Sayangnya reseksi bedah ini 1
2 mempunyai resiko yaitu luka bedah yang luas dan kerusakan fungsi otak lebih parah. Terapi radiasi pengion menimbulkan efek kerusakan jaringan otak normal baik ringan, sedang, ataupun berat akibat jaringan sehat ikut terradiasi (Kondrashina, 2013). b. Kemoterapi adalah menyuntikkan obat kemoter api ke arteri terdekat yang mensuplai darah ke kanker menggunakan kateter sehingga kandungan obat kemoterapi pada area kanker jauh lebih tinggi dibandingkan area yang sehat. Kelemahan dari kemoterapi ialah obat dengan cepat mengikuti darah mengalir ke seluruh tubuh sehingga menimbulkan efek samping seperti mual, muntah, rambut rontok dan kemungkinan kambuh. c. Immunoterapi adalah upaya meningkatkan sistem imunitas tubuh untuk mengalahkan sel-sel kanker dengan cara meningkatkan reaksi kekebalan tubuh terhadap sel kanker. Immunoterapi merupakan gangguan fungsi immunologi tubuh sehingga dengan dilakukannya peningkatan sistem imun maka dapat menekan pertumbuhan kanker. Efek imunoterapi memerlukan waktu yang lama untuk penyembuhan kanker. Pengembangan terapi radiasi untuk kanker dengan teknologi 3D antara lain dengan penggunaan Stereotactic Radiosurgery, External Beam Therapy, Linear Accelerator, Gamma Knife, dan Brachytherapy. Stereotactic Radiosurgery merupakan pemberian radiasi tunggal dosis tinggi pada target luka yang telah ditentukan secara stereometri dalam mencapai sasaran di dalam otak. Brachytherapy adalah tipe terapi radiasi dimana sumber radiasi (radioaktif) ditempatkan secara langsung di dalam kanker (Owen, 2013). Untuk itu diperlukan teknologi terapi kanker yang berbasis cell targeting yang tidak merusak sel yang sehat seperti Boron Neutron Capture Therapy (BNCT). Kelebihan terapi kanker dengan BNCT adalah sebagai berikut a. Mematikan sel kanker dan meminimalkan resiko sel yang sehat. b. Reaksi 10 B dengan neutron termal akan menjadi 11 B yang tidak stabil dan menghasilkan sinar gamma yang berenergi 0,48 MeV,atom 7 Li dan partikel α yang memiliki jangkauan 5 µm dan 9 µm. Jangkauan partikel 7 Li dan α
3 tersebut jika dibandingkan dengan diameter sel terkecil 10 µm maka tidak akan mencapai sel yang sehat sekitar kanker. c. Daya Ionisasi Sangat Tinggi dan Radiasinya Nyaris Tak Berbekas. Waktu paro boron yang hanya 10-12 detik maka tidak ada pengaruh radiasi dalam sel yang sehat. d. Boron Terlokalisasi Hanya di Sel Kanker Senyawa Boron hanya terdeposit di sel kanker sehingga reaksi tangkapan neutron dengan Boron yang menghasilkan partikel alfa (Helium) dan Lithium hanya terjadi di sel kanker dan tidak akan terjadi di sel yang sehat sehingga ionisasi dan daya rusak yang terjadi hanya pada sel kanker saja sedangkan sel yang sehat tetap aman. e. Tingkat Toksisitasnya Sangat Rendah Boron merupakan senyawa yang mengandung racun jika dalam penggunaanya tidak mengikuti dosis yang telah ditetapkan. Boron akan menjadi sangat bermanfaat jika konsentrasi yang dipakai diukur dengan dosis yang tepat. Konsentrasi optimum boron dalam sel kanker adalah 20 g/g. Konsentrasi tersebut merupakan konsentrasi optimum boron yang tidak beracun. Pada konsentrasi boron yang lebih dari 20 g/g maka boron akan bersifat racun (t oksisitas). Namun jika kurang maka daya serap dari sel kanker yang sudah terboronisasi kurang optimum, sehingga daya serap pada neutronnya kurang maksimal. Oleh karena itu,batas optimum yang dipakai ialah 20 μg/g. BNCT sangat berguna untuk pengobatan Glioblastoma karena semua pengobatan (pembedahan, radiotherapy dan kemoterapy) hanya meningkatkan umur pasien sekitar 75% dan pasien akan meninggal setelah prognosis. Glioblastoma termasuk jenis kanker yang ganas sehingga mampu menyebar dalam waktu singkat dan sulit dibasmi (Sun, 2013). Selama ini teknologi terapi kanker dengan BNCT menggunakan sumber neutron dari reaktor nuklir. Regulasi pemanfaatan sumber neutron dari reaktor nuklir untuk BNCT sangat ketat karena terkait dengan keselamatan dan proteksi fisik. Untuk itu ke depan sumber neutron dari reaktor nuklir akan dialihkan
4 dengan menggunakan sumber neutron portable yang salah satunya adalah CNG. Kelebihan CNG antara lain harga relatif terjangkau, ukurannya yang kecil sehingga bisa digunakan di rumah sakit dan merupakan sumber neutron yang bebas radiasi gamma (Alotib, 2012). Selain itu CNG juga dapat diaktifkan dan dinonaktifkan sesuai keinginan sehingga lebih efisien dalam pengobatan BNCT. Produsen CNG pertama oleh Thermo Electron, Sodern EADS dan Schlumberger yang mampu menghasilkan neutron dari reaksi D-T sekitar 10 8 sampai 10 11 neutron/s. Selanjutnya produsen CNG terkini oleh Lawrence Barkeley National Laboratory (LBNL) dan secara komersial oleh Adelphi,inc. USA dengan menghasilkan neutron dengan reaksi D-D sebesar 10 11 neutron/s dan reaksi D-T sebesar 10 14 neutron/s (Anonim 5, 2012). Terapi kanker menggunakan BNCT harus seusai dengan kriteria IAEA- TECDOC-1223. Penelitian ini diharapkan bisa mendesain kolimator neutron untuk BNCT dari sumber CNG dengan reaksi D-D dan D-T. Dalam melakukan desain kolimator digunakan metode Monte Carlo N-Partikel 5 (MCNP 5) yang dapat diakses oleh public domain. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang tersebut, penulis mengajukan perumusan masalah sebagai berikut: 1. Bagaimanakah perbandingan desain CNG untuk reaksi D-D dan D-T untuk BNCT? 2. Bagaimana desain kolimator dengan sumber CNG yang dapat memenuhi kriteria IAEA TECDOC-1223 untuk BNCT? 1.3 Batasan Masalah Dalam penelitian ini masalah dan asumsi dibatasi sebagai berikut: 1. Compact Neutron Generator yang dipakai adalah tipe koaksial. 2. CNG Deuterium-Deuterium (D-D) dengan neutron yield 10 11 neutron/s pada arus 1 A dan tegangan 120 kv.
5 3. CNG Deuterium-Tritium (D-T) dengan neutron yield 10 14 neutron/s pada arus 1 A dan tegangan 120 kv. 4. Hasil yang diperoleh berupa desain kolimator untuk Boron Neutron Capture Therapy dengan sumber neutron CNG. 5. Penyelesaian permasalahan melalui simulasi menggunakan software Monte Carlo N-Particle 5 (MCNP-5) sehingga besaran-besaran dan unsur data mengikuti data base software tersebut. 1.4 Tujuan Penelitian ini dilaksanakan dengan tujuan 1. Membuat desain kolimator berkas neutron dari CNG untuk BNCT sesuai dengan kriteria IAEA TECDOC-1223 dengan memvariasikan geometri dan jenis material pada reflektor, moderator, filter dan perisai gamma. 2. Membedakan hasil desain kolimator berkas neutron dari sumber neutron CNG reaksi D-D dan D-T untuk BNCT sesuai dengan kriteria IAEA TECDOC-1223. 1.5 Manfaat Manfaat penelitian ini adalah : 1. Memahami bentuk kolimator CNG yang sesuai dengan kriteria IAEA TECDOC-1223 untuk BNCT 2. Mengetahui jenis reaksi di dalam CNG yang paling efisien digunakan untuk BNCT. 3. Memahami material dan dimensi bagian penyusun kolimator pada CNG untuk menghasilkan keluaran neutron yang optimal. 4. Melengkapi penelitian sebelumnya yang berkaitan dengan BNCT. 5. Menjadi referensi untuk penelitian lebih lanjut BNCT.