Riassunto analitico
La tubercolosi (TB), causata da Mycobacterium tuberculosis, è un'infezione che solitamente colpisce i polmoni ed in particolare i macrofagi alveolari (AM) ma può diffondere anche in altri organi.
È stata dichiarata dall'OMS emergenza globale di salute pubblica e nel 2015 è stata una delle dieci cause di morte nel mondo. La terapia convenzionale prevede la somministrazione di farmaci per via orale o intramuscolare. Gli svantaggi di questa terapia sono gli alti dosaggi e il trattamento a lungo termine. La somministrazione polmonare può essere il metodo più efficace per indirizzare i farmaci al sito d'azione, considerando che il 75-80% dei casi di infezione rimangono localizzati nei polmoni. La terapia inalatoria offre vantaggi rispetto al trattamento tradizionale in termini di compliance del paziente, riduzione della dose e frequenza di somministrazione, durata della terapia e diffusione della patologia in altri organi riducendo al minimo il rischio di resistenza, tossicità ed effetti collaterali. I macrofagi alveolari possiedono recettori di membrana specifici per il mannosio (MR), sovraespressi in caso di infezione, che possono riconoscere carriers con tali residui, facilitando la loro internalizzazione tramite targeting attivo.
Nel presente studio, sono state prodotte Solid Lipid Nanoparticle assemblies (SLNas), caricate con rifampicina (RIF), un farmaco anti-TB, con nuovi derivati del mannosio per migliorare l'internalizzazione da parte dei macrofagi alveolari (AM) e la frazione respirabile. I componenti lipidici biocompatibili come gli acidi grassi e loro derivati sono stati processati con nuovi composti mannosilati per ottenere SLNas con la massima efficienza in termini di caricamento del farmaco (DL), rilascio in fluido polmonare simulato e internalizzazione da parte di AM. I carriers ottenuti sono stati valutati per dimensione, morfologia, forma, carica superficiale, densità, diametro aerodinamico, stato fisico dei componenti, caricamento e rilascio del farmaco. Inoltre, le performance di respirabilità sono state studiate mediante Fast Screening Impactor (FSI), Next Generation Impactor (NGI) e angolo di riposo.
La mannosilazione dei carriers è stata confermata mediante spettroscopia fotoelettrica a raggi X per analisi chimica (XPS).
Inoltre, lo studio mira a valutare la citotossicità delle SLNas e la loro capacità di essere internalizzate dalla linea cellulare J774 (macrofagi murini). Infine, è stata quantificata la RIF internalizzata dalle cellule trattate con SLNas e le rispettive dosi di solo farmaco. Le particelle ottenute presentano caratteristiche chimico-fisiche idonee per una somministrazione inalatoria e successiva internalizzazione da parte dei macrofagi. La presenza di mannosio sulla superficie è stata confermata, e la frazione respirabile è risultata superiore al 50%
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Abstract
Tuberculosis (TB) is an infection disease that usually attacks lungs and in particular alveolar macrophages (AM) but, also, it can spread to other parts of the body. It is caused by Mycobacterium tuberculosis.
TB has existed for millennia and remains a major global health problem. It causes ill-health in millions of people each year and in 2015 it was one of the top 10 causes of death worldwide. Conventional therapy involves the administration of oral or intramuscular drugs. The disadvantages of this treatment consists in the high dose and long term treatment. However, pulmonary route can be the most effective method for targeting drugs to the site of action, especially considering that 75-80% of cases of infection remain localized in the lungs. Inhaled anti-TB therapy offers advantages over traditional treatments in terms of patient compliance, reduction of dose, frequency, treatment period, and diffusion of pathology into other organs, minimizing the risk of resistance, toxicity and side effects. Macrophages possess mannose-specific membrane receptors (MR) that can be recognized by carriers bearing mannose residues, facilitating their internalization. Therefore, as especially the infected AM overexpress MR, to further increase specificity for macrophage internalization, an AM active targeting to MR can be achieved.
In the present study, Solid Lipid Nanoparticle assemblies (SLNas) loaded with rifampicin (RIF), an anti-TB drug, were produced with new mannose derivatives to improve AM internalization as well as respirable fraction. Biocompatible lipid components such as fatty acids and their derivatives, were processed using novel compounds in order to obtain SLNas with maximum efficiency in terms of drug loading, in vitro drug release in simulated lung fluid, and uptake by AM. The obtained carriers were examined for their intrinsic properties (size, morphology and shape, surface charge, bulk and tap density, aerodynamic diameter, physical state of the components, drug loading and in vitro release) according to the operative parameters. Moreover, breathability performance was investigated by Fast Screening Impactor and angle of repose. SLNas mannosylation was investigated by means of X-ray Photoelectron Spectroscopy for Chemical Analysis.
Furthermore, the research aimed to evaluate SLNas cytotoxicity and their ability to be taken up by J774 cell lines, murine macrophages. Finally, the amount of RIF internalized in the macrophages treated with SLNas as well as pure RIF was evaluated. The obtained SLNas presented all the physico-chemical properties for inhalation route and subsequently phagocytosis by macrophages. The mannose surface functionalization was confirmed and the respirable fraction was higher than 50%.
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