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Nanosistemi per il drug delivery: studio sperimentale di aspetti molecolari del sistema modello ibuprofene-silice mesoporosa MCM-41

Informazioni tesi

  Autore: Antonella Solia
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi di Torino
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Biotecnologie industriali
  Relatore: Gianmario Martra
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 115

Lo studio di materiali mesoporosi come dispositivi per l’inclusione ed il rilascio controllato di farmaci è oggetto di crescente interesse, con l’obiettivo di controllare le cinetiche di caricamento e rilascio del principio attivo, nonchè il suo direzionamento e, quindi, la specificità di azione. Dal 2001, quando l’MCM-41 fu proposta per la prima volta come carrier di farmaci, sono stati pubblicati molti lavori aventi un approccio di tipo funzionale, mentre in pochi casi sono privilegiati gli aspetti molecolari dell’interazione farmaco-superficie silicea. Questo lavoro concerne lo studio dell’interazione tra l’ibuprofene (IBU), scelto come farmaco modello, e la superficie di NP di MCM-41 privilegiando gli aspetti molecolari. A questo scopo il carrier siliceo è stato preparato e caricato con IBU da una soluzione in esano, a diversi rapporti NP:IBU. Le metodiche di rilascio in SBF sono state due: una di tipo statico, condotta su materiale in forma di pastiglia, l’altra in agitazione, sul materiale in polvere. I materiali preparati e caricati sono stati caratterizzati mediante HRTEM, XRD, analisi volumetrica, TGA; le proprietà di superficie e l’interazione con l’IBU sono state investigate mediante spettroscopia FT-IR. Dalla caratterizzazione del materiale si evince che il principio attivo è coinvolto in interazione di tipo legame H con i silanoli della superficie o con il gruppo carbossilico di un’altra molecola di IBU. Evidenze sperimentali indicano, inoltre, una dipendenza dell’omogeneità della distribuzione del farmaco dal caricamento effettuato. In particolare il farmaco viene distribuito più omogeneamente a più bassi caricamenti, in questo caso sembra prevalere l’interazione dell’IBU con i silanoli. Allo scopo di monitorare il direzionamento delle NP in future prove in vitro o in vivo, sono stati valutati il caricamento ed il rilascio del farmaco da NP marcate con fluorofori di tipo cianina mediante co-condensazione, adsorbimento fisico o grafting. Il materiale ottenuto mediante grafting, risultato il più promettente, è stato caricato con IBU e caratterizzato mediante spettroscopia FT-IR. Benchè la quantità di fluoroforo sia troppo bassa per dare luogo ad un’interazione diretta con l’IBU, influenzandone il caricamento ed il rilascio, si assiste ad un effetto evidente della sua presenza sulla distribuzione del farmaco. In particolare l’IBU caricato all’interno del materiale fluorescente in quantità corrispondente al caricamento più alto condotto su campioni di MCM-41 calcinato si distribuisce come nel caso del caricamento più basso. Ciò può essere imputabile ad un effetto della cianina che funge da setaccio indebolendo il legame dei dimeri di IBU e favorendo un’interazione del farmaco con i silanoli superficiali. Le possibili prospettive di sviluppo futuro del lavoro riguardano l’ottimizzazione del rilascio in agitazione e l’approfondimento degli aspetti molecolari dell’interazione dell’IBU con la superficie silicea, lavorando a caricamenti minori di quelli operati fin’ora, in presenza ed in assenza del fluoroforo, e monitorando il rilascio a tempi brevi per vedere se ci sia una selettività di rilascio delle diverse forme di IBU. Un ulteriore sviluppo riguarderà lo studio delle proprietà di fluorescenza delle NP in seguito a caricamento con IBU; dalle eventuali modifiche delle performance di fluorescenza sarà infatti possibile fare delle ipotesi circa la possibile interazione tra farmaco e fluoroforo all’interno della matrice silicea.

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8 Capitolo 1: Sistemi per il drug delivery 1.1. INTRODUZIONE I sistemi per il rilascio controllato di sostanze bioattive sono dispositivi ampiamente utilizzati in numerosi settori di applicazione: in agricoltura sostengono il rilascio prolungato di pesticidi e diserbanti [1] oppure permettono l’impiego di misure più ecologiche, come il rilascio di feromoni, allo scopo di eliminare gli insetti novici [2]; nell’industria alimentare sono utilizzati per incapsulare aromi e proteggere componenti sensibili all’ossidazione, come le vitamine, e nell’industria cosmetica consentono di intrappolare le fragranze e rilasciarle in modo controllato e sostenuto nel tempo o di proteggere particolari componenti volatili [3]. È però soprattutto in campo farmaceutico che negli ultimi trent’anni le tecniche per il rilascio controllato sono state protagoniste di importanti innovazioni partendo dalla semplice idea di un rilascio rallentato dei farmaci in funzione della modalità di somministrazione e della sede di applicazione fino ad arrivare allo sviluppo di tecniche di rilascio sempre più raffinate per consentire un’assunzione più precisa e costante del principio attivo. Gli obiettivi delle tecniche di drug delivery sono molteplici: proteggere il farmaco dalla degradazione ad opera di agenti ambientali come l’umidit{, migliorare la maneggiabilità del prodotto farmaceutico, prolungare l’emivita del farmaco abbastanza a lungo da permettere il mantenimento della concentrazione terapeutica per un tempo adeguato, indirizzare il principio attivo verso specifici organi, tessuti o tipi cellulari, determinare il rilascio in funzione delle condizioni locali o in seguito a particolari stimoli e formulare farmaci che richiedono solitamente la somministrazione per via parenterale in modo che siano assorbiti efficacemente anche attraverso altre vie. I sistemi di rilascio controllato possono quindi offrire numerosi vantaggi se paragonati alle forme di rilascio convenzionali, tra cui l’aumento dell’efficacia terapeutica rispetto all’intensit{ degli effetti collaterali, la riduzione della tossicità e del numero di somministrazioni richieste durante il trattamento, l’utilizzo di una forma farmaceutica semplice da somministrare garantendo un incremento nel grado di adesione del paziente alle prescrizioni mediche [4]. I sistemi di drug delivery, ad esempio, sono in grado di proteggere

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Parole chiave

nanoparticelle
drug delivery
aspetti molecolari
mcm-41
ibuprofen
mesoporous system
cyanine
cianine
molecular aspects
sistemi silicei mesoporosi
nanoparticles

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