Nanoparticelle di silice mesoporosa funzionalizzate come vettori di farmaci per la rigenerazione funzionale del tessuto miocardico = Mesoporous silica nanoparticles functionalized as drug carriers for functional regeneration of myocardial tissue

L’infarto del miocardio è attualmente tra le principali cause di morte a livello globale. A causa della scarsa capacità rigenerativa del cuore, in seguito ad infarto del miocardio i cardiomiociti ischemici vengono sostituiti definitivamente da tessuto fibroso con proprietà funzionali e strutturali diverse dal tessuto sano, compromettendo significativamente l’attività cardiaca. Le terapie attualmente utilizzate sono di tipo farmacologico o chirurgico, con scarso recupero funzionale. A questo scopo, il progetto REBORN si propone di sviluppare un patch impiantabile a livello del miocardio, caratterizzato da una struttura fibrosa elettrofilata caricata con nanoparticelle in grado di rilasciare agenti terapeutici quando stimolate con ultrasuoni (US). In questo contesto, il presente lavoro di tesi ha previsto lo sviluppo di nanoparticelle di silice mesoporosa (MSN) funzionalizzate con catene di alginato di sodio (SA), reticolato mediante l’aggiunta di una soluzione di CaCl2. L’approccio proposto prevede l’impiego di un’opportuna stimolazione US in grado di indebolire in modo reversibile l’interazione tra i gruppi COO- dell’alginato e gli ioni Ca2+ introdotti con il processo di reticolazione, al fine di consentire il rilascio controllato del farmaco incorporato nella struttura porosa. Poiché per consentire l’ancoraggio del SA è necessaria la presenza di gruppi amminici sulla superficie delle MSN, sono state seguite due diverse strategie per la preparazione di particelle ammino- funzionalizzate (MSN-NH2). La prima procedura consiste nella sintesi di MSN seguita dalla post-funzionalizzazione con APST (3-aminopropil trietossisilano) in atmosfera di azoto mentre la seconda prevede la sintesi di MSN-NH2 per co-condensazione di tetraetilortosilicato (TEOS) e APST. Le MSN-NH2 così ottenute sono state caricate con ibuprofene mediante impregnazione con una soluzione del farmaco. Si è quindi proceduto al rivestimento con alginato di sodio ed alla reticolazione con CaCl2. Ogni fase del processo è stata seguita dall’analisi delle nanoparticelle in termini di proprietà fisico-chimiche, strutturali, superficiali e morfologiche. In particolare, per quest’ultima è stato utilizzato un microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo (FE-SEM), mentre per valutarne le dimensioni ed il potenziale zeta si è utilizzato il Dynamic Light Scattering (DLS). L’analisi di adsorbimento-desorbimento di azoto ha permesso di valutare l’area superficiale, la taglia e il volume dei pori. La spettroscopia infrarossa a Trasformata di Fourier (FT-IR) ha confermato la corretta funzionalizzazione della superficie delle nanoparticelle in ogni step del processo di preparazione. Attraverso l’analisi termogravimetrica (TGA) si è valutato il quantitativo di farmaco caricato nella struttura mesoporosa. Nella fase finale sono stati realizzati dei test di rilascio in assenza di stimolazione US, per valutare quale delle due tipologie di nanoparticelle rilasciasse il farmaco con una cinetica sostenuta nel tempo. I test hanno evidenziato che le nanoparticelle ottenute per post-funzionalizzazione sono più performanti rispetto a quelle ottenute per co-condensazione e su di esse sono stati effettuati test di rilascio con stimolazione US. Nello studio preliminare sono stati impiegati diversi parametri di stimolazione al fine di individuare i range operativi in grado di controllare in modo efficace e sicuro il rilascio del farmaco, senza alterare le nanoparticelle funzionalizzate e senza comportare rischi per la salute dei pazienti.