Riassunto analitico
La tubercolosi umana (TB) è una patologia principalmente polmonare caratterizzata da un’infezione cronica e progressiva che compromette il sistema respiratorio; è una malattia di origine batterica causata dal Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis). Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, nel 2013 sono stati stimati circa 9 milioni di nuovi casi di TB in tutto il mondo con 1,5 milioni di decessi, equivalenti a un tasso di incidenza di 122 casi ogni 100000 abitanti.
Le terapie convenzionali anti-TB comunemente impiegate sfruttano le vie di somministrazione orale e intramuscolare mediante forme farmaceutiche quali compresse, capsule e soluzioni iniettabili. Tuttavia, tali terapie comportano diversi svantaggi derivanti dai dosaggi elevati e frequenti rivolti a mantenere un’adeguata concentrazione terapeutica nel sito d’azione; infatti, solo una minima parte del farmaco arriva ai macrofagi alveolari, nei quali risiede il M. tuberculosis, a causa del ridotto assorbimento e dei processi di metabolizzazione che determinano una scarsa biodisponibilità del farmaco. Un’alternativa ai trattamenti sistemici è rappresentata dalla terapia inalatoria in grado di erogare il farmaco direttamente al sito dell’infezione. Ciò consente l’instaurarsi di un’azione farmacologica rapida e di evitare il lungo periodo di trattamento attualmente in uso, il metabolismo di primo passaggio così come il ricorso ad alte dosi di farmaco responsabili dell’insorgenza di resistenza ai farmaci e di effetti collaterali gravi su altri organi. La terapia inalatoria antitubercolare può prevedere lo sviluppo di microcarriers in grado di facilitare l’uptake del farmaco da parte dei macrofagi alveolari. Tra i microcarriers, le Solid Lipid Microparticles (SLM), costituite da un nucleo solido lipidico stabilizzato in superficie da un tensioattivo, presentano particolari vantaggi rispetto ad altri microcarriers; sono, infatti, biocompatibili, biodegradabili, stabili e processabili con metodiche eco-friendly. In una precedente ricerca sono state progettate SLM caricate con rifampicina, un farmaco antitubercolare di prima linea, in previsione di una terapia inalatoria anti-TB attraverso l’utilizzo di dispositivi Dry Powder Inhaler (DPI). Sulla base di questi primi risultati, il presente studio si è rivolto a modificare sia i parametri connessi con il processo di liofilizzazione (condizioni di congelamento, diluizione dei campioni) che quelli formulativi (impiego di crioprotettori) al fine di ottenere una buona aerosolizzazione della polvere e quindi campioni respirabili. Le SLM caricate così ottenute sono state valutate per scorrevolezza, proprietà aerodinamiche (dimensione delle particelle, forma, densità), carica superficiale, contenuto di farmaco, rilascio in vitro, citotossicità su linee cellulari di monociti umani THP-1 e respirabilità. I risultati ottenuti hanno dimostrato che il processo di liofilizzazione eseguito in condizioni controllate si configura quale step fondamentale in grado di generare microparticelle aerodinamiche e respirabili per dispositivi DPI.
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Abstract
Human Tuberculosis (TB) is an infectious bacterial disease caused by the Mycobacterium tuberculosis (M. tuberculosis) which most commonly affects the lungs. It is characterized by a long chronic stage of infection and progressive pathology that compromise the respiratory system. World Health Organization declared that in 2013 there were an estimated 9 million incident cases of TB globally, with 1.5 million death, equivalent to 122 cases per 100 000 population.
Current TB therapies have exploited conventional routes of administration, such as oral and intramuscular, as well as pharmaceutical forms, namely tablets, capsules and injection solution. These administration forms use high and frequent dosages to maintain the drug therapeutic concentration in infection site because of poor drug permeability, poor drug bioavailability and pre-systemic clearance.
A new alternative acceptable therapy involves inhalation route, delivering the drug directly to the desired site, enabling a rapid onset of the action and avoiding the long period of the current treatment and the first-pass metabolism, as well as the use of high doses of drug resulting in drug resistance onset and in severe side effects on other organs. Inhaled TB therapy can presuppose the development of microcarriers that could facilitate the drug uptake by the alveolar macrophages in which M. tuberculosis resides. Among the microcarriers, Solid Lipid Microparticles (SLM), constituted by a solid lipid core stabilized by a surfactant on their surface, are known to be biocompatible, biodegradable, stable, and obtainable by eco-friendly processes. In a previous research study, SLM loaded with rifampicin, a first-line TB drug, were designed in a perspective of an inhaled therapy by means a DPI device for the treatment of TB infection.
On the basis of these previous results, the present research focused on freeze-drying process (freezing conditions, sample dilution) and formulation parameters (cryoprotectant use) affecting the aerosolization of the powder in order to provide breathable SLM samples. The loaded SLM obtained were evaluated for their flowability, aerodynamic properties (particle size, shape, bulk and tapped density), surface charge, drug content, in vitro release, cytotoxicity on human THP-1 cell lines, and breathability. The results indicated that freeze-drying under controlled conditions could be used as potential technique to generate aerodynamic and breathable microparticles for superior DPI performance.
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