Riassunto analitico
Nell’ultimo decennio è stato largamente dimostrato l’uptake di carrier nanoparticellari attraverso il tratto gastro-intestinale. Un parametro critico per l’internalizzazione delle particelle è la loro dimensione che deve essere inferiore a 500 nm. Tuttavia, a causa delle barriere morfologiche e fisiologiche, l’utilizzo di nanocarriers per la veicolazione orale di peptidi e altre macromolecole idrofiliche rimane una sfida. Allo scopo di superare queste barriere, il chitosano e le nanoparticelle lipidiche sembrano essere due approcci strategici. Il chitosano è un polisaccaride cationico non tossico e biocompatibile che, grazie alla sua natura bioadesiva e alla capacità di aprire le tight junctions nella mucosa intestinale, ha diverse applicazioni nel campo della veicolazione orale. Le particelle lipidiche come le Solid Lipid Nanoparticles (SLN) sono particelle colloidali con un diametro compreso tra 50 e 1000 nm che hanno riscosso una sempre crescente attenzione negli ultimi anni per i loro vantaggi. Oggigiorno sono considerate i più promettenti nanocarriers per la veicolazione orale di farmaci poco assorbibili per la loro alta biodisponibilità orale, elevata stabilità fisica, ottima protezione del farmaco incorporato e possibilità di avere un rilascio controllato del farmaco e un suo direzionamento sito-specifico. Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare nanoparticelle di chitosano e lipidiche come potenziali sistemi nanoparticellari di veicolazione nella somministrazione orale di eparina. L’eparina non frazionata è un glicosaminoglicano che è usato come agente anticoagulante nel trattamento di disordini vascolari come la trombo-embolia venosa, la trombosi venosa profonda e l’embolia polmonare. L’applicabilità clinica della terapia eparinica è limitata dal fatto che essa è somministrata solo per via parenterale per il suo elevato peso molecolare oltre che per la sua alta carica negativa, basso assorbimento attraverso la parete intestinale e alta solubilità in acqua. Inoltre può causare tossicità come trombocitopenia e sanguinamento. Pertanto, allo scopo di migliorare la compliance del paziente e ridurre la sua tossicità sistemica è auspicabile una terapia eparinica orale a rilascio controllato. In questo lavoro sono stati sviluppati coacervati polielettrolitici di chitosano/eparina (PEC) e sistemi ibridi PEC-Solid Lipid Nanoparticles (PEC-SLN nanoparticles) insieme a semplici SLN caricate con eparina, per valutare il loro potenziale come sistemi di veicolazione orale di tale farmaco. I risultati hanno dimostrato che la dimensione dei PEC è pH dipendente, essendo di 322±30 nm al pH ottimale di 6,5 e di 3000 nm al pH fisiologico (7,4). Allo scopo di stabilizzare i sistemi, sono state sviluppate tecniche formulative in grado di intrappolare i PEC, pellettizzati attraverso centrifugazione, all’interno di SLN, ottenendo nanoparticelle lipidiche ibride con chitosano. Queste sono state confrontate con SLN caricate con solo eparina. Tutti i sistemi sono stati caratterizzati in termini di dimensione, carica superficiale, morfologia (SEM), caricamento e rilascio in vitro del farmaco. I sistemi presentano una dimensione compresa tra 150 e 400 nm e una carica superficiale tra -20 e -36 mV. Il caricamento di eparina nelle SLN caricate solo con il farmaco risulta molto basso, mentre il caricamento nei sistemi PEC-SLN è di 175 UI/100 mg. Infine i PEC marcati con FITC, i PEC-SLN e le SLN vuote marcate con Rosso Nile, sono stati utilizzati per valutare l’internalizzazione in vitro su cellule CaCo2 attraverso l’analisi citofluorimetrica e microscopia confocale. I dati mostrano che i PEC, probabilmente a causa della loro elevata dimensione a pH fisiologico, non vengono internalizzati mentre i sistemi lipidici nanoparticellari (ibridi o semplici) sono in grado di entrare nelle cellule CaCo2.
|
Abstract
Over the past two decades it has been largely demonstrated the uptake of particulate drug delivery systems from the gastrointestinal (GI) tract. The size of the particles is a critical parameters involved in particle uptake by the GI tract and it is generally thought that sizes smaller than 500 nm have required. However, owing to the morphological and physiological absorption barriers in the GI, the exploitation of nanoparticulate carrier for the delivery of peptides and other hydrophilic macromolecules via the oral route remains a challenge. In order to overcome these barriers, chitosan and lipid nanoparticles seem to be strategic approaches for the oral delivery of macromolecules. Chitosan, a nontoxic and biocompatible cationic polysaccharide, owing to its inherent bioadhesive nature and capacity to open the tight junctions in the intestinal mucosa has a number of applications in the oral drug delivery. In turns, lipid nanoparticles, such as solid lipid nanoparticles (SLN) ranging from 50 to 1000 nm in size, have attracted increasing attention in recent years for their advantages in the oral delivery of poor absorbable drug owing to their high oral bioavailability, high physical stability, good protection of incorporated drugs from degradation and possibility of controlled drug release and site-specific targeting.
The aim of this work was to evaluate chitosan and Lipid nanoparticles as the potential nanocarriers in the oral administration of heparin. Un-fractionated heparin is glycosaminoglycan which is used as anticoagulant agent in the treatment of vascular disorders, like venous thromboembolism, deep vein thrombosis and pulmonary embolism. The clinical applicability of heparin therapy is limited by the fact that it is given only by parenteral route due to its high molecular size as well as high negative charge, poor permeation through intestinal wall and high water solubility. In addition, parenteral heparin therapy may cause severe toxicities, for example thrombocytopenia and bleeding. Therefore, in order to improve patient compliance and reduce systemic toxicity, oral heparin therapy is needed for long time. In this aim we have developed chitosan/heparin Polyelectrolyte complexes (PEC) and hybrid PEC-Solid lipid nanoparticle systems (PEC-SLN nanoparticles) along with naked heparin-loaded SLN in order to evaluate their potential as oral delivery systems of heparin. All these systems were characterized in terms of size, zeta potential, morphological characteristics (by SEM analysis), drug loading and in vitro release. The results displayed that size of PEC are highly influenced by pH, being 322 ±30 nm at the optimal pH 6.5 and 3000 nm at physiological pH 7.4. In order to stabilize these systems, we developed a formulation technique able to entrap PEC, pellettized by centrifugation, into solid lipid nanoparticles, obtaining hybrid PEC-SLN nanoparticles and for comparison, naked heparin–SLN were also produced. Results demonstrated that all of these systems displayed a size between 150 and 400 nm and a zeta potential from -20 to -36 mV. The drug loading of heparin-SLN was very low, as expected, while PEC-SLN nanoparticles showed a drug loading of 175 UI/100 mg. Finally PEC labeled with FITC along with PEC-SLN and empty SLN, labeled with Red Nile, were evaluated in vitro on CaCo2 cells by cytometric and confocal analysis, in order to study their cell internalization ability. Data showed that PEC complexes, probably owing to their too large size at physiologic pH, were unable to be internalized while all the SLN (hybrid with chitosan or naked) were able to entry CaCo2 cells.
|