Studio e sviluppo di un sistema a rilascio controllato di farmaco basato su nanofilm e nanoparticelle

Negli ultimi 30 anni, la ricerca nel settore farmaceutico ha portato sviluppo di formulazioni in grado di liberare il farmaco nell’organismo in quantità e velocità controllata, che vengono definite definite sistemi a rilascio controllato. L’impiego di tali sistemi presenta numerosi vantaggi rispetto ad una somministrazione sistemica, come ad esempio controllare il livello ematico del farmaco, diminuire il numero di somministrazioni giornaliere, evitare fenomeni di sotto- o sovra- dosaggio e minimizzare gli effetti collaterali indesiderati. Con un’unica somministrazione è, infatti, possibile mantenere le concentrazioni di principio attivo all’interno della finestra terapeutica per un periodo prolungato di tempo. Di particolare interesse nella ricerca degli ultimi anni è stata la possibilità di veicolare molecole e principi attivi nel tratto gastrointestinale, in cui si presentano sintomi di patologie infiammatorie ed ulcerative come Morbo di Crohn e colite ulcerosa. Il suddetto distretto corporeo presenta un environment piuttosto complesso, con una morfologia molto irregolare a causa della presenza dei villi intestinali, di numerose anse e di valori di ph variabili in tutto il distretto. Una struttura organica di questa natura richiede lo sviluppo di sistemi a rilascio innovativi, che possano adattarsi ad una tale complessità ambientale, che garantiscano un elevato loading di farmaco, la sua localizzazione in zone specifiche della mucosa intestinale, nonché la protezione del tessuto target dai fluidi biologici durante la terapia. A tal scopo il sistema sviluppato dovrà possedere un’ampia area superficiale, essere molto flessibile per permettere l’adattamento alla mucosa intestinale e mucoadesivo, al fine di evitare fenomeni di distacco dalla parete, che porterebbero al fallimento dell’impianto. I nanofilm polimerici free-standing rispondono pienamente alle specifiche sopra elencate: sono matrici caratterizzate da un’ampia area superficiale (dell’ordine dei cm quadrati) e da uno spessore nanometrico (dell’ordine delle decine di nanometri); sono strutture molto versatili e flessibili, in grado di modificare le loro proprietà meccaniche e chimiche a seconda del materiale con cui vengono realizzate. Questi nanofilm, inoltre, possono essere rilasciati nel tratto gastrointestinale attraverso strumentazione endoscopica tradizionale oppure sfruttando le moderne tecnologie di chirurgia robotica endoluminale; a tal proposito questi sistemi possono essere condotti e vincolati al tessuto compromesso di interesse mediante l’uso di una capsula robotica, premettendo quindi un approccio terapeutico e diagnostico totalmente non invasivo. Nel presente lavori di Tesi è stato studiato un sistema a rilascio basato sulla progettazione dei suddetti nanofilm e di nanoparticelle. In particolare sono state sviluppate e confrontate due tipologie di sistema: nanofilm contenenti nanosfere solide di farmaco e nanofilm contenenti nanosfere polimeriche con farmaco solubilizzato. Le nanosfere sono sistemi polimerici, o non, formati da aggregati molecolari di dimensione inferiore al micron ed esibiscono proprietà differenti a seconda del materiale con cui vengono realizzate e del metodo di preparazione. Le nanoparticelle oggetto di questo studio sono sistemi colloidali creati per gelificazione ionotropica di due polimeri formanti un sistema polianione/policatione ed i nanofilm sono stati realizzati come strutture layer-by-layer dei due polimeri designati. I materiali prescelti per la costruzione di entrambe le strategie di design del sistema a rilascio sono l’alginato di sodio ed il chitosano. La scelta è ricaduta su questi due polimeri naturali dal momento che sono assolutamente non tossici, biocompatibili, bioerodibili, posseggono spiccate doti di mucoadesività e possono essere trattati per formare i suddetti sistemi senza l’utilizzo di solventi tossici. Il farmaco da incapsulare nei sistemi a rilascio è un principio attivo sperimentale (4-amino-2-(2-hydroxy-1- decyl)pyrazole[3,4-d]pyrimidine, APP) che inibisce l’enzima adenosina deaminasi. L’azione localizzata di questo composto ha dimostrato la possibilità di ridurre gli effetti infiammatori nelle mucose intestinali affette da Morbo di Crohn e colite ulcerosa. Le sue carateristiche sono l’elevata idrofobicità e la solubilizzazione dipendente dal ph. I sistemi a rilascio descritti sopra sono stati progettati mediante spin coating multilayer e mediante il processo di gelificazione ionotropica e sono stati oggetto di caratterizzazione morfologica e di rugosità superficiale mediante microscopio a forza atomica e diffusione dinamica della luce. Sono stati inoltre effettuati studi di loading e rilascio del farmaco e studi di adesione e loading delle nanoparticelle polimeriche sulla superficie del nanofilm. Tutti questi studi sono stati rivolti non solo alla analisi e validazione del sistema in termini di sua costruzione ed ottimizzazione delle proprietà, ma anche in termini di valutazione dell’alternativa migliore per gli scopi della ricerca