Interazione onde d'urto e nanobolle nella cavitazione farmaceutica

La cavitazione è un fenomeno fisico caratterizzato dalla formazione, in seguito ala rottura del liquido, di cavità (propriamente bolle) contenenti gas disciolto o vapore. Sin dai primi anni '80 la cavitazione veniva utilizzata per il trattamento dei calcoli renali. Attualmente applicazioni di questo fenomeno nel campo biomedico sono molteplici tra cui extracorporeal shock wave lithotripsy (ESWL) e extracorporeal shock wave therapy (ESWT).
Le bolle possono avere dimensioni dei μm o dei nm. Le microbolle, a causa delle loro dimensioni, non sono in grado di migrare passivamente attraverso le pareti dei vasi sanguigni, soprattutto nella rete vascolarizzata del tumore, ma rimangono in circolazione fino a quando non vengono assorbiti dalla milza e dal fegato. L'originalità di questo studio è l'utilizzo di nanobolle per ovviare a queste limitazioni con lo scopo di rilasciare farmaci in loco. Una strategia avanzata dell'uso della cavitazione con ultrasuoni è la drug delivery che consiste nell'assorbimento, da parte della cellula di farmaco caratterizzato da alto peso molecolare. In questo modo il rilascio del farmaco risulta essere mirato. Alcuni studi hanno dimostrato la maggiore efficacia della drug delivery con l'aggiunta delle nanobolle gassose. In generale, sono possibili due modalità per la drug delivery. Nell'approccio di co-somministrazione, gli agenti di contrasto ad ultrasuoni vengono iniettati nel flusso sanguigno insieme all'agente terapeutico. Al contrario, l'applicazione locale degli ultrasuoni può indurre un aumento della permeabilità della membrana cellulare endoteliale, migliorando l'assorbimento dell'agente terapeutico da parte delle cellule bersaglio.
In questo studio è stata sviluppata un'analisi termodinamica della cavitazione ed è stato preso in considerazione un modello fermo (fluido a riposo) per la determinazione del modello matematico della nanobolla. Le nanobolle utilizzate negli esperimenti, contengono perfluoropentano circondato da diversi gusci polimerici: Chitosano, Glicolchitosano, Chitosano-TPP, Chitosano fluorescente- FITC. Le onde d'urto utilizzate negli esperimenti sono state prodotte da un dispositivo piezoelettrico con un'intensità di 0,05-1,48 mJ=m2. Dallo studio è emersa la stabilità della nanobolla anche a seguito del trattamento con le onde d'urto. I risultati ottenuti sperimentalmente sono congrui a quelli teorici e si è ottenuta quindi, un'evaporazione del perfluoropentano contenuto al suo interno. Questo comportamento è stato osservato principalmente nel caso di nanobolle con shell di Blank Chitosan, Glicolchitosano, Chitosano+TPP con una pressione applicata pari a 64 MPa e 250 shots. Un ulteriore studio su nanobolle contenenti il farmaco antitumorale doxorubicina, ha dimostrato l'efficacia del modello matematico di nanobolle per il rilascio in loco e la sua ripetibilità. I risultati sperimentali si è dimostrato essere corrispondenti a quelli teorici.