Chimica delle Basi di Schiff per la progettazione di idrogeli iniettabili: una nuova frontiera nella terapia farmacologica = Schiff Base Chemistry for the design of injectable hydrogels: a new frontier in drug therapy

Negli ultimi anni la ricerca biomedica si è concentrata sullo sviluppo di idrogeli iniettabili da poter sfruttare come piattaforme terapeutiche per il rilascio localizzato di farmaco, al fine di aumentarne l’efficacia e l’accuratezza di trattamento e contemporaneamente limitarne la diffusione non specifica, con conseguente riduzione del rischio di insorgenza di reazioni avverse o tossiche per i tessuti sani circostanti. Il lavoro descritto nella corrente tesi si pone come obiettivo la progettazione e caratterizzazione di idrogeli iniettabili e reticolabili in situ, ottenuti sfruttando la chimica delle basi di Schiff, il cui network deriva dalla formazione di legami covalenti dinamici tra gruppi amminici primari e aldeidici esposti lungo le catene polimeriche. Poliuretani (PUs) di sintesi solubili in acqua sono stati selezionati per la formazione degli idrogeli. Nello specifico, sono stati sintetizzati tre polimeri, che differiscono per peso molecolare e gruppi funzionali. NHE3350, PU ad elevato peso molecolare (Mn=38 kDa, D=1.6), è stato ottenuto per polimerizzazione a singolo step tra il macrodiolo polietilenglicole (PEG, Mn= 3350 Da), 1,6-esametilendiisocianato e N-Boc Serinolo come estensore di catena. In seguito alla sintesi, è stato sottoposto a trattamento acido di deprotezione per l’eliminazione dei gruppi Boc (ottenendo SHE3350), in modo tale da esporre gruppi amminici primari lungo la catena, che sono stati quantificati essere circa 1.78*10^20 -NH2/gSHE3350, tramite Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare protonica (1H NMR). I PUs a basso peso molecolare, AHE6000 (Mn=9 kDa, D=1.3) e AHE600 (Mn=1 kDa, D=1.7), sono stati sintetizzati attraverso una procedura a due fasi, a partire da PEG (Mn= 6 kDa e 600 Da, rispettivamente), 1,6-esametilendiisocianato e la molecola 4-idrossibenzaldeide. La quantificazione delle funzionalità aldeidiche terminali è stata eseguita tramite 1H NMR (9.44*10^19 CHO/gAHE6000 e 7.9*10^20 CHO/gAHE600). Gli idrogeli, ottenuti miscelando soluzioni acquose dei PUs, sono stati preparati ad una concentrazione del 20% m/V (rapporto molare tra le funzionalità CHO:-NH2 1:3), declinato in due differenti formulazioni: 1) SHE3350-AHE6000; 2) SHE3350-AHE6000 miscelato con AHE600. Gli idrogeli sono stati caratterizzati per mezzo di test reologici dimostrando un’elevata resistenza alla deformazione applicata. In condizioni simil-fisiologiche a 37 °C e pH 7.4, entrambe le formulazioni hanno mostrato elevate capacità di swelling e stabilità fino a 27 giorni d’incubazione. Inoltre, le aumentate abilità di swelling seguite da fenomeni di dissoluzione a circa 10 giorni di incubazione, a contatto con un ambiente a pH acido, ne hanno confermato la sensibilità al pH. Gli idrogeli sono stati caratterizzati per la loro capacità di assorbimento e rilascio di molecole modello, farmaci e biomolecole (toluidina blu e destrano marcato); sono stati ottenuti profili di rilascio controllati e sostenuti nel tempo fino a 17 giorni di incubazione, con cinetiche di rilascio differenziate in accordo alla formulazione dell’idrogelo e la natura della molecola incapsulata. Infine, è stata definita una procedura standardizzata di valutazione dell’iniettabilità di questi sistemi. I risultati ottenuti hanno evidenziato che gli idrogeli sviluppati soddisfano i requisiti per l’ingegnerizzazione di piattaforme terapeutiche iniettabili per il rilascio prolungato di agenti terapeutici nel tempo e pH-modulabile in applicazioni di ingegneria tissutale.