Applicazione delle tecniche spettroscopiche per monitorare la distribuzione dei farmaci all'interno di substrati biologici (pelle e unghie)

Questa tesi riguarda l’utilizzo di due tecniche spettroscopiche, Raman e ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared spectroscopy), per mettere in luce le interazioni tra farmaci ed eccipienti con tessuti biologici quali pelle e unghie. Tale interazione è alla base della capacità di un farmaco di permeare attraverso la pelle o l’unghia ed arrivare al sito di azione. Queste tecniche analitiche si basano sui fenomeni di assorbimento, per quanto riguarda ATR-FTIR, e di diffusione, per la spettroscopia Raman, della luce laser. Nella tecnica spettroscopica ATR-FTIR, le lunghezze d’onda utilizzate ricadono nel medio infrarosso, grazie alle quali è possibile individuare la zona delle impronte digitali e dei diversi gruppi funzionali; esse permettono di identificare i componenti caratteristici dei substrati biologici. L’identificazione tramite ATR-FTIR dei lipidi e delle proteine presenti nel tessuto cutaneo permette di vedere l’influenza di eccipienti, quali i tensioattivi, usati comunemente nei formulati per uso topico, sulla struttura dei primi strati cutanei e scegliere le condizioni più opportune per modificare le proprietà di barriera della cute agevolando la permeazione cutanea di ingredienti attivi. L’uso della tecnica spettroscopica ATR-FTIR ha portato ad evidenziare le capacità di composti tiolici come N-acetil-l-cisteina, 2-mercaptoetanolo, N-(2-mercaptopropionil) glicina e acido tioglicolico di rompere i legami disolfuro presenti nella lamina ungueale, con aumento della permeabilità del tessuto ai principi attivi usati per esempio nel trattamento dell’onicomicosi. Il ruolo di differenti formulazioni, quali idrogel, sistemi colloidali, smalti, soluzioni, sulla permeazione transungueale di un farmaco ad azione antimicotica sperimentale (EV-086K) è stato valutato con l’utilizzo di queste tecniche spettroscopiche che diventano un sostanziale aiuto nello sviluppo di una formulazione efficace nella cura delle patologie ungueali difficili da trattare e da eradicare per la notevole difficoltà dei principi attivi di accedere al sito di azione. La spettroscopia ATR-FTIR può essere utilizzata anche per monitorare lo stato di salute dell’individuo analizzando la struttura e le modificazioni che si verificano nella composizione delle unghie durante il decorso di una patologia. Ne è un esempio il diabete mellito di tipo II in cui i risultati delle variazioni delle caratteristiche chimico-fisiche dell’unghia in relazione allo stato patologico è stato confrontato con l’andamento delle concentrazioni plasmatiche di glucosio, determinate dalla misurazione della emoglobina glicata (HbA1c). Altra tecnica non invasiva sfruttabile per monitorare il movimento di ingredienti attivi attraverso substrati biologici è la microscopia Raman, tecnica di spettroscopia molecolare che, come la spettroscopia FTIR, sfrutta l'interazione della luce con la materia per ottenere informazioni sulla struttura o sulle caratteristiche di un materiale. La spettroscopia Raman e la spettroscopia FTIR forniscono entrambe uno spettro caratteristico delle specifiche vibrazioni di una molecola (una sorta di "impronta digitale molecolare") e sono utili per identificare una sostanza. Tuttavia, la spettroscopia Raman può fornire ulteriori informazioni sui modi relativi a frequenze inferiori, e generare vibrazioni che consentono di comprendere meglio la struttura della catena molecolare e del reticolo cristallino. La microscopia Raman è stata utilizzata per analizzare la composizione di pelle e unghie di diversa origine allo scopo di selezionare il substrato più vicino alle caratteristiche umane. La spettroscopia Raman è stata applicata per valutare il grado di permeabilità della pelle nei confronti di principi attivi utilizzati per la cura di patologie cutanee. La spettroscopia Raman è stata applicata anche nella diagnosi di carcinomi maligni della pelle, in quanto capace di discriminare lesioni cutanee maligne da quelle benigne con una buona specificità e sensibilità diagnostica, effettuando un'analisi delle componenti principali della struttura cutanea. Anche in ambito ungueale, questa tecnica è stata applicata per individuare le unghie sane rispetto a quelle affette da onicomicosi causata da Trichophyton Rubrum e Candida. La spettroscopia Raman, inoltre, è stata utilizzata per valutare la presenza nel tessuto ungueale di sostanze d’abuso come la cocaina e altre sostanze chimiche utilizzate nell’adulterazione di quest’ultima. Infine, è stato anche valutato l’utilizzo della spettroscopia Raman sulle unghie per misurare un marker surrogato della qualità delle proteine nell'osso, confrontando i dati con quelli ottenuti dalla misurazione della densità minerale ossea (BMD) mediante raggi X a doppia energia (DXA), considerata la tecnica standard di riferimento per la diagnosi dell'osteoporosi e la valutazione del rischio di frattura. La spettroscopia Raman, come la tecnica ATR-FTIR, è stata spesso sfruttata in ambito forense per analizzare la composizione delle unghie in soggetti post-mortem