Sintesi e caratterizzazione di nanocarriers modificati mediante deposizione Layer-by-Layer per il rilascio di farmaco stimolato da ultrasuoni = Synthesis and Characterization of Layer-by-Layer Modified Nanocarriers for Ultrasound-Stimulated Drug Release

A seguito di un infarto miocardico (IM), definito patologicamente come la morte delle cellule miocardiche dovuta a ischemia prolungata, i cardiomiociti vanno incontro a necrosi; avendo scarse capacità rigenerative, il tessuto cardiaco danneggiato presenta caratteristiche strutturali e funzionali diverse rispetto al tessuto sano. Il tessuto fibrotico che si genera in seguito all’evento ischemico riduce la capacità contrattile e può condurre all’insufficienza cardiaca, spesso fatale. In seguito all’evento ischemico possono essere adottate diverse procedure chirurgiche e farmacologiche che tuttavia non consentono al tessuto cardiaco di rigenerarsi. L’ingegneria tissutale, che combina l’utilizzo di scaffold, cellule e farmaci, rappresenta un approccio promettente per la rigenerazione del tessuto cardiaco danneggiato a seguito dell’IM. Questo lavoro di Tesi si colloca all’interno del progetto europeo REBORN, il cui obiettivo è lo sviluppo di un patch elettrofilato impiantabile arricchito con nanoparticelle in grado di rilasciare farmaci anti-fibrotici ed antinfiammatori e il cui rilascio sia modulabile attraverso l’applicazione di una stimolazione con ultrasuoni (US). Nello specifico, il lavoro di Tesi si è focalizzato sullo sviluppo di nanoparticelle a base di silici mesoporose (MSN) opportunamente modificate per ottenere il rilascio di un farmaco antinfiammatorio in risposta ad una stimolazione con US. A questo scopo, le nanoparticelle sono state sintetizzate e successivamente funzionalizzate con gruppi amminici (NH2), quindi caricate con ibuprofene mediante adsorbimento. Si è poi proceduto allo sviluppo di un rivestimento delle particelle con strati di chitosano (C) ed alginato (A) alternati, mediante deposizione Layer-by-Layer (LBL). Una volta ottimizzata la strategia di caricamento dell’ibuprofene, sono stati condotti studi sul rilascio di farmaco confrontando due diverse tipologie di particelle: le prime rivestite da 3 layers di chitosano, alginato, chitosano (IBU@MSN-NH2-CAC) e le seconde rivestite da 6 layers polimerici alternati (IBU@MSN-NH2-(CA)3). Mentre le IBU@MSN-NH2-CAC hanno mostrato cinetiche di rilascio più veloci, le IBU@MSN-NH2-(CA)3 hanno mostrato cinetiche di rilascio di ibuprofene migliori, garantendo una buona ritenzione del farmaco in assenza di stimolazione US (rilascio in 7 giorni <10% wt. del farmaco totale caricato). Sulle nanoparticelle perfezionate si è quindi proceduto ad ottimizzare i parametri della stimolazione US (frequenza, potenza, duty cycle, pulse repetition frequency, tempo), al fine di ottenere un rilascio controllato nel tempo. Le nanoparticelle sono state caratterizzate dopo ogni step di preparazione nella fase di ottimizzazione del caricamento e rilascio dell’ibuprofene. Tramite il microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo (FE-SEM) è stato possibile osservare la morfologia delle nanoparticelle; la porosità delle MSN è stata studiata mediante l’analisi di adsorbimento-desorbimento di azoto. Il potenziale zeta delle particelle nelle varie fasi della deposizione dei layers è stato valutato mediante l’analisi Dynamic Light Scattering (DLS) e la funzionalizzazione superficiale delle particelle è stata confermata mediante spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FT-IR). Infine, la quantità di ibuprofene incorporato nei pori delle nanoparticelle e la quantità di farmaco rilasciato sono state valutate combinando i dati ottenuti dall’analisi termogravimetrica (TGA) e dalla cromatografia liquida ad alte prestazioni (HPLC).