Appunti corso: Nanoparticelle

Reazione di cicloaddizione 1,3-dipolare (Huisgen-Sharpless)

Reazione altamente esotermica, l'alta barriera di attivazione è responsabile della velocità di reazione anche a T elevate.

Un problema è la formazione di regioisomeri, siccome le due possibili interazioni HOMO-LUMO dei substrati sono molto simili in termini di energia. La reazione termica fornisce una miscela 1:1 dei regioisomeri 1,4 e 1,5-sost.

Questa reazione può essere catalizzata da sali di Cu(I) - CuAAC - e si verifica un incremento della velocità di reazione di 10^(-10) e la regioselettività aumenta verso il prodotto 1,4-sost.

Applicazioni biomediche delle NPs di Fe:

• Agenti di contrasto per MRI
• Drug-delivery
• Trattamento ipertermico per deterioramento cellule cancerogene

Molte di queste applicazioni richiedono interazioni ben definite e controllabili tra MNPs e cellule. Tale interazione è espletata dal rivestimento delle NPs.

Con ligandi biologici specifici per un certo recettore sulla superficie cellulare (interazione mediata dal recettore) o con una funzionalità chimica (interazione non specifica). Una volta legato alla superficie cellulare, la NP può rimanere lì o entrare nella cellula (uptake cellulare).

MRI - Magnetic Resonance Imaging è un test medico non invasivo per la diagnosi e il trattamento di condizioni patologiche. Utilizza un forte campo magnetico, impulsi a radio-frequenza ed un computer per produrre un'immagine dettagliata degli organi, tessuti molli, ossa e tutte le altre strutture interne del corpo (non utilizza radiazione ionizzante). Queste immagini dettagliate permettono di valutare le varie parti del corpo e di determinare la presenza di certi disturbi.

Tale tecnica misura i cambiamenti nella magnetizzazione dei protoni delle molecole d'acqua poste in un campo magnetico dopo che una serie di impulsi a radio-frequenza hanno colpito il corpo. - 38

MRI per visualizzazione tumore al cervello:

La determinazione dei margini del tumore cerebrale è stata a lungo un compito impegnativo. Utilizzando un modello di gliosarcoma con cellule di glioma 9L che esprimono proteine fluorescenti a fluorescenza stabile, abbiamo esplorato una nanoparticella multimodale (NIR e magnetica) come mezzo di contrasto preoperatorio di imaging a risonanza magnetica e come sonda ottica intraoperatoria.

Le principali caratteristiche del metabolismo delle nanoparticelle, vale a dire il sequestro intracellulare mediante microglia e le proprietà ottiche e magnetiche combinate della sonda, hanno permesso la delineaizone dei tumori cerebrali sia mediante imaging di risonanza magnetica preoperatoria che mediante imaging ottico intraoperatorio.

Drug-delivery – Uno dei principali problemi della

La farmacoterapia è il rilascio del farmaco in una specifica posizione e il mantenimento di questa posizione per il periodo di tempo desiderato. Una soluzione è quella di usare vettori sensibili agli stimoli fisici e con gruppi funzionali che riconoscono il tumore legati al farmaco. La concentrazione totale di farmaco potrebbe così essere drasticamente ridotta e gli effetti collaterali ridotti al minimo.

Per il targeting magnetico, un farmaco è legato a un MNP, introdotto nel corpo e concentrato nell'area bersaglio utilizzando un campo magnetico. Quindi le particelle rilasciano il farmaco o danno luogo ad un effetto locale. Utilizzando un campo magnetico esterno, SPION funzionalizzate con farmaci a legame reversibile possono essere consegnate in posizioni specifiche.

Ciò è particolarmente interessante per gli usi nella terapia del cancro, in cui la chemioterapia o la radioterapia hanno effetti collaterali gravi ed estesi pur avendo un piccolo

margine terapeutico.I principali vantaggi delle MNPs (organiche o inorganiche)- La possibilità di essere visualizzati- La possibilità di essere guidati e mantenuti in posizione tramite campo magnetico- La possibilità di essere riscaldati in un campo magnetico per attivare il rilascio di farmaci o per produrreipertermia dei tessuti

Esempio: SPIONs e PLGA microparticelle che incapsulano un farmaco anti-ipertensivo vengono usati perrilascio intra-articolare. Il farmaco è incorporato nella matrice polimerica e viene gradualmente rilasciatoevitando la formazione di cristalli nell’articolazione. Grazie alla natura magnetica delle SPIONs, lemicroparticelle vengono localizzate tramite un magnete esterno, riducendo così la clearance del farmacoed aumentandone la durata di azione.

21 Nucleo magnetico attivo: 2-3 nm»Rivestimento 10 nmDimensione cellulare: 10-100 μm - 39 -22Ipertermia magnetica –Basata sul fatto che MNPs, quando soggette ad un

Campo magnetico alternato, producono calore. Così, se queste sono poste all'interno del tumore e il paziente viene posto in un campo magnetico alternato di frequenza e ampiezza ben definiti la temperatura all'interno del tumore aumenta molto. Se T > 45°C, le cellule tumorali vanno in necrosi. Possono essere usati anche per migliorare l'efficienza dei chemioterapici se T < 42°C. Il trattamento sugli umani è stato testato, per ora, solo in Germania, per casi di cancro alla prostata. Il calore prodotto deriva dalle oscillazioni del momento magnetico delle particelle e viene poi trasmesso ai tessuti. In questo tipo di trattamento, il tessuto viene riscaldato fino a 41-46 °C. L'ipertermia si presta bene alla cura del cancro, poiché le cellule cancerogene scaldate a 41-45 °C vengono danneggiate irreversibilmente, mentre tessuti normali subiscono in queste condizioni un danno reversibile. Per questo motivo è vantaggioso usarli.

In combinazione con radio e chemio-terapia. Dunque, al contrario della chemio, l'ipertermia non colpisce le cellule sane.

A seconda della temperatura raggiunta, il trattamento si divide in:

• Ablazione termica: il tumore è scaldato a T > 46 °C causando necrosi e coagulazione
• Ipertermia moderata: T 41-46 °C, causa denaturazione e aggregazione di proteine, cross-linking del DNA che si traducono in apoptosi e espressione di HSP (Heat-shock protein); produce anche un cambiamento del pH e dell'ossigenazione dell'ambiente tumorale
• Diatermia: T < 41°C per il trattamento di disturbi reumatici.

In generale, l'efficacia del trattamento ipertermico dipende dalla temperatura generata al sito target, dal tempo di esposizione e dalle caratteristiche delle cellule tumorali.

Tossicità delle NPs di Fe – In generale la tossicità dipende da diversi fattori: Dose, composizione chimica, metodo di somministrazione, dimensione, biodegradabilità, solubilità,

In generale, le dimensioni, l'area superficiale, la forma, la composizione e il rivestimento di una NP sono le caratteristiche più importanti per quanto riguarda la citotossicità e le modifiche della superficie NP sono uno strumento chiave per ridurre al minimo gli effetti tossicologici.

Conclusioni e prospettive:

• MNPs hanno un grande potenziale in biomedicina: è richiesta la produzione di NPs come sospensioni stabili e altamente magnetizzate (superparamagnetiche) che vengono poi funzionalizzate per avere proprietà biocompatibili e per "bersagliare" specifiche cellule.
• Il potenziale terapeutico è associato all'applicazione di particelle intelligenti con un nucleo magnetico (per dirigere le particelle in prossimità del target o per l'ipertermia) ed un rivestimento a cui sono collegati i ligandi dei recettori.
• Altri utilizzi medici comprendono il loro uso come agenti di contrasto per MRI, con

eventualefunzionalizzazione.

NANOTUBI DI HALLOYSITE - HNTs

Lo sviluppo di nano-prodotti sicuri per l'ambiente e meno dannosi è un obiettivo molto importante per la nanotecnologia verde. Nanotubi, nanocompositi, nano-polveri, ecc. stanno ora emergendo come trendsetter nella nanotecnologia verde.

I nanotubi di halloysite sono nanotubi eco friendly a basso costo (meno dei nanotubi di carbonio).

Negli ultimi anni infatti c'è stata una crescente preoccupazione per l'effetto dei nanotubi di carbonio sulla salute umana e sull'ambiente a causa della loro potenziale natura tossica.

I nanotubi di halloysite trovano numerose applicazioni commerciali come additivi in polimeri e plastica, componenti elettronici, veicoli per la somministrazione di farmaci, cosmetici e prodotti per la cura della casa e della persona.

22 L'ipertermia convenzionale include microonde, ultrasuoni, radiofrequenza e IR; il loro svantaggio è l'inabilità di indurre