Sviluppo di Nano Sensori pH-Sensibili Basati su Nanoidrogeli di Chitosano per la Stabilizzazione di Biomolecole in Soluzioni Farmaceutiche = Development of pH-Sensitive Nanosensors Based on Chitosan Nanohydrogels for the Stabilization of Biomolecules in Pharmaceutical Solutions

In ambito farmaceutico, per mantenere la stabilità delle biomolecole nel lungo periodo, quali ad esempio proteine e anticorpi monoclonali, si ricorre spesso a processi di congelamento o di liofilizzazione. In entrambi casi, la soluzione contenente il biofarmaco potrebbe riscontrare una variazione consistente di pH, la quale può in alcuni casi promuovere la totale o parziale denaturazione del principio attivo. Tale fenomeno è associato alla progressiva concentrazione della soluzione, dovuta alla separazione dell’acqua in forma di cristalli di ghiaccio, e/o alla precipitazione selettiva di alcuni sali presenti nelle soluzioni tampone a causa dell’abbassamento di temperatura. In questo contesto, il presente lavoro di tesi ambisce allo sviluppo di nano sensori in grado di individuare variazioni locali del pH di una soluzione. Per far ciò si sono sintetizzati nanoidrogeli a base di chitosano i quali rigonfiano o si contraggono quando esposti a variazioni del pH della soluzione in cui sono sospesi. Le anzidette nanoparticelle di chitosano sono inoltre caricate con una molecola segnale (e.g., caffeina) che, a seguito di un rigonfiamento della nanoparticella, è rilasciata nell’ambiente circostante. Il rilascio di questa molecola può essere, quindi, sfruttato per individuare una variazione locale del pH della soluzione. Per verificare le proprietà di rigonfiamento della matrice polimerica sono state condotte delle prove preliminari di rilascio da film di chitosano incorporanti caffeina in soluzioni a pH controllato. Appurato il carattere pH-sensitive del biopolimero, sono state sintetizzate due famiglie di nanoparticelle che differiscono per tipologia di crosslinker utilizzato (solfato d’ammonio o sodio-tripolifosfato). Essendo il crosslinker la molecola tramite cui si formano legami ionici tra le molecole polimeriche, permettendo così la formazione della nanoparticella, da esso dipendono le proprietà meccaniche delle due famiglie di nanoidrogeli, e, quindi, le proprietà di rigonfiamento e di rilascio. Diversi parametri sperimentali sono stati variati per ottimizzare dal punto di vista dimensionale i due tipi di nanoidrogeli da destinare alle prove di rilascio e di congelamento/scongelamento. Sono state studiate nanoparticelle caricate con caffeina sia per il rilascio in condizioni di pH fissato (prove di rilascio) che in condizioni di variazione di pH (prove di congelamento/scongelamento). Nelle prove di congelamento/scongelamento è stato valutato il rilascio di caffeina promosso dalla variazione di pH in acqua, in buffer fosfato e in buffer citrato, tramite protocolli di congelamento differenti (ultrarapido, rapido e lento). Dalle prove sperimentali è emersa la capacità di questi sistemi di rilevare la variazione di pH delle soluzioni in fase di congelamento grazie al rilascio più o meno marcato di caffeina.