Riassunto analitico
Il seguente lavoro si inserisce all’interno di un progetto che coinvolge da diversi anni il gruppo di ricerca TeFarTi, che mi ha ospitato nel periodo di tesi. Nanoparticelle polimeriche di acido poli(lattico-co-glicolico) (PLGA), opportunamente e innovativamente ingegnerizzate in superficie, sono da tempo sottoposte a studi in vitro ed in vivo per la veicolazione ed il direzionamento di diversi farmaci al Sistema Nervoso Centrale. In questo contesto, è stata di recente proposta un’evoluzione di tali nanoparticelle con l’introduzione di lipidi naturali, in particolare colesterolo, nella loro composizione, fino ad azzerare il quantitativo di PLGA ed ottenere nanoparticelle di solo colesterolo e tensioattivo. La presenza dei lipidi, oltre a migliorare la biocompatibilità delle nanoparticelle polimeriche, può conferire proprietà peculiari in termini di biodistribuzione, uptake cellulare, capacità di interazione con le cellule e mediare il rilascio di farmaci con meccanismo diverso rispetto alle nanoparticelle di solo PLGA.
Nanoparticelle ibride di PLGA-colesterolo e di solo colesterolo sono state sviluppate durante il periodo di tesi, caratterizzate e caricate con un farmaco modello per l’attraversamento della Barriera Ematoencefalica (BEE), la loperamide, già utilizzato in passato per testare la capacità di attraversamento della formulazione di riferimento (nanoparticelle di PLGA). La loperamide, infatti, non è in grado di attraversare la BEE e quindi provocare un effetto centrale; tuttavia, se opportunamente veicolata oltre la BEE, induce analgesia.
Le nanoparticelle ibride di PLGA-colesterolo e lipidiche di solo colesterolo sono state ottenute per nanoprecipitazione, adattando le variabili formulative fino ad ottenere sistemi stabili e paragonabili al riferimento (nanoparticelle di solo PLGA). In particolare, lo studio preformulativo si è focalizzato su alcune variabili di preparazione, quali il rapporto tra fase organica e fase acquosa nel processo di nanoprecipitazione, il quantitativo di tensioattivo, il quantitativo di farmaco da utilizzare in formulazione e il metodo di purificazione delle nanoparticelle. Delle varie formulazioni allestite combinando tali variabili, sono state monitorate sia le proprietà chimico-fisiche, quali dimensione, distribuzione dimensionale delle nanoparticelle, potenziale superficiale, morfologia, e stabilità alla preparazione e allo stoccaggio, sia proprietà prettamente tecnologiche, quali efficienza di incapsulazione, contenuto e profilo di rilascio del farmaco.
Le formulazioni di nanoparticelle ottimizzate saranno successivamente ingegnerizzate in superficie e testate in vivo.
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Abstract
The following study fits in a project which has been involving the group of research TeFarTI, who hosted me during my thesis work, for several years. Polymeric nanoparticles of poli (lactic-co-glycolic) acid (PLGA), properly and innovatively surface-engineered, have been widely applied to in vitro and in vivo studies for the delivery and targeting of different drugs to the Central Nervous System. In this context, a recent evolution of these nanoparticles has been proposed with the introduction in their composition of natural lipids, in particular cholesterol, up to complete elimination of PLGA and formulation of nanoparticles only composed of cholesterol and residual surfactant. The presence of lipids can enhance not only nanoparticle biocompatibility, but also biodistribution, cellular uptake, and interaction with cells; moreover, a hybrid or lipidic matrix can impact on the drug release profile, due to a different release mechanism compared to PLGA nanoparticles.
PLGA-cholesterol and cholesterol nanoparticles were developed during my thesis period. All formulations were characterized and loaded with a model drug for Blood Brain Barrier (BBB) crossing, i.e., loperamide: this drug was already used in previous studies to test the ability of BBB crossing of the reference formulation of PLGA nanoparticles. Indeed, loperamide is not able to cross the BBB and thus cause a central effect; however, if properly delivered beyond the BBB, it produces analgesia.
PLGA-cholesterol hybrid nanoparticles and cholesterol nanoparticles were obtained in accordance with nanoprecipitation procedure, by adjusting the formulation parameters to obtain stable nanoparticles with comparable characteristics to the reference system (PLGA nanoparticles). In particular, the preformulative study was focused on some formulative variables, such as the organic to aqueous phase volume ratio during nanoprecipitation, the amount of surfactant, the amount of drug to be used in formulation, and the purification method. After formulation, nanoparticles were tested for both physico-chemical properties, such as size, size distribution, surface potential, morphology, and stability to preparation and storage, and technological properties, such as encapsulation efficiency, loading content, and release profile of the drug.
Optimized nanoparticles will be surface-engineered and tested in vivo for BBB crossing in future studies.
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