Tecnologia farmaceutica avanzata e dispositivi medici

FORMAZIONE DI COMPLESSI POLIELETTROLITICI

L’unico solvente presente è l’acqua, come polimeri si usano dei poliioni o polielettroliti→ polimeri che in

determinate condizioni di pH possono assumere una carica netta positiva o negativa e il contributo a

questa carica viene dato da numerosi gruppi funzionali (es. alginato→ polianione, chitosano→ policatione).

Si possono usare anche delle polilisine o poliammidoammine.

Si associano molecole di carica opposta che si trovano nella stessa soluzione formando dei complessi (ci

sono interazioni fisiche non sono legati covalentemente) che possono essere insolubili in acqua e formare

quindi nanoparticelle a matrice oppure l’interazione prevede all’interno numerose molecole d’acqua e si

ottiene un nanogel.

Il farmaco può rimanere fisicamente intrappolato nel complesso elettrolitico→ quando faccio la soluzione

interagisce con uno dei due materiali polimerici in soluzione (a seconda della carica) e poi rimarrà

intrappolato. Il farmaco potrebbe anche essere una delle due molecole elettrolitiche (es. in caso di farmaci

a DNA o RNA).

Una sospensione di micro o nano particelle è definita colloidale se è stabile→ una volta che le particelle si

sono formate restano uniformemente distribuite e disperse a livello dell’acqua. Quando formo un sistema

polielettrolitico ottengo un sistema con sbilanciamento di carica (se avesse carica 0 si aggregherebbero

perché non più solubili in acqua). Se il farmaco è un poliione di solito è quello svantaggiato, altrimenti a

seconda del tipo di applicazione scelgo a chi dare vantaggio.

Essendo un’interazione fisica è un sistema che è termodinamicamente vivo e quindi è soggetto a

rimodellamento, di solito dopo che sono state unite le soluzione con i vari ioni si dà del tempo di riposo al

complesso per consolidarsi (0.5-2h).

Per l’acido nucleico si usano soprattutto polilisine, anche con PEG, o PEI.

CROSS-LINKING

Esiste di due tipi:

- Fisico→ se uno dei poliioni è a basso PM si definisce cross-linking fisico e non complesso di

polielettroliti. Se il cross-linking è covalente la molecola a basso PM fa da ponte e reagisce

formando legami con la macromolecola (es. micro o nanoparticelle di alginato→ caviale sintetico è

alginato cross-linkato con ioni Ca. Si fa una soluzione acquosa di alginato di sodio solubile per Na è

monovalente a cui si unisce CaCl, il Ca essendo bivalente reagisce con due alginati e forma un

ponte portando alla formazione di un gel, nano o micro o biglie. Anche il chitosano interagisce a

formare quei gel con tripolifosfato, un polianione molto piccolo che agisce da linker)

es. acido ialuronico, all’estremità dei

- Chimico→ gliciridi subiscono apertura per attacco nucleofilo da

parte di ossidrili o ammine se sono presenti, l’altra estremità reagisce con un pezzo di catena, l’altra

con un altro e formano un ponte covalente 21

Questi metodi sono stati adattati a tecnologie microfluidiche per la preparazione di particelle solide

lipidiche, lisosomi o particelle polimeriche. Utili per applicare i metodi già visti. Ci sono dei chip di vetro che

hanno dei disegni (canali) che vengono alimentati con soluzione di solventi/non solventi/solventi organici e

consentono la miscelazione dei fluidi a livello micrometrico con un grande controllo sulle condizioni di

dispersione e riproducibilità delle particelle che vengono formate.

A livello industriale vengono messi in serie tanti chip. Si ottengono particelle tutte uguali il cui diametro

viene scelto in base al chip.

CARATTERIZZAZIONE DI MICRO/NANOVETTORI

Sono vettori caratterizzati da:

- Dimensione→ analisi di distribuzione dimensionale, viene valutata la dimensione come per le

polveri. Si usano sistemi che si avvalgono della light-scattering (→ i sistemi particellari hanno la

capacità di dare scattering ovvero una volta che il sistema si trova in sospensione in una provetta le

nanoparticelle sono invisibili a occhio nudo ma possono dare opalescenza, se il raggio laser con

una lunghezza d’onda definita, di solito 680nm, colpisce la soluzione la luce incidente viene

scatterata nelle diverse dimensioni/direzioni. Il rilevatore si può trovare a seconda delle dimensioni

della particelle in posizione di front-scattering, angolare o di back-scattering. Lo strumento

tra l’intensità di scattering e le dimensioni delle particelle,

automaticamente fa una correlazione

questo è possibile perché l’intensità di scattering è correlata con i moti Browniani correlati con le

dimensioni→ più piccola è una sostanza, più rapido è il moto Browniano. È uno strumento simile ad

il campione è caricato nella cuvetta e lo strumento misura l’entità di

uno spettrofotometro,

scattering)

- Morfologia→ non è detto che abbiano forma sferica, possono essere

anche irregolari. Si usano microscopie a scansione elettronica (quella

ottica non dà informazioni nanometriche) tra cui SEM (microscopia a

scansione elettronica), TEM (microscopia a trasmissione elettronica),

STEM (microscopia a scansione e trasmissione elettronica), AFM

(microscopia a forza atomica) e HIM (microscopia a raggi elio). La

SEM fornisce immagini bidimensionali in bianco e nero, mentre la

fornisce immagini colorate e con una scala a indicare l’altezza

AFM

rispetto al livello a cui è stata fatta la fotografia, a seconda del colore

(immagine tridimensionale), il TEM invece è sensibile alla densità, si usa per le nanocapsule perché

consente di vedere la differenza di intensità data da diversa densità. 22

- Superficie→ si usa la tecnica del potenziale zeta (come per le dispersioni), si misura il potenziale

della sospensione di particelle perché dà indicazioni sulla stabilità della sospensione e perché mi dà

indicazioni su eventuali sostanze coniugate sulla superficie

l’efficienza di caricamento è indispensabile per il

- Efficienza di incapsulamento e attività caricata→

dosaggio, indica quanto farmaco ho caricato nel vettore (tipo uniformità di contenuto per le

somministrazioni OS)

- Cinetica di rilascio in vitro

- Caratterizzazioni biologiche in vitro e in vivo→ es. internalizzazione

- Stabilità

Il farmaco che si trova nelle nanoparticelle deve essere quantificabile con un metodo analitico specifico→

o le caratteristiche UV…

se ha una monografia in farmacopea sarà descritto un metodo HPLC

Si distinguono 3 diverse informazioni:

- Efficienza di incapsulamento (EE%)→ legata al processo di preparazione delle particelle, quanto

farmaco usato nella preparazione si trova effettivamente nelle particelle

% = 100

- Caricamento (%)→ a seconda di quante nanoparticelle ho a disposizione quanto farmaco è

presente (necessario per fare la dose)

% = 100

- Attività incapsulata (EA%)→ specifico per gli enzimi, sono somministrati in attività (misura della

l’attività

velocità di conversione di un substrato), è direttamente proporzionale alla sua massa, per

ogni mg di enzima ho x unità enzimatiche attive. Durante la preparazione delle nanoparticelle la

proteina potrebbe andare incontro a denaturazione e quindi anche se ho un buon caricamento in

termini di mg potrei andare incontro a perdita enzimatica (non tutta la proteina nella particella ha la

stessa capacità enzimatica che aveva prima del processo di preparazione)

à

% = 100

Il rilascio del farmaco dipende da vari aspetti, ci sono vari meccanismi:

- Erosione superficiale de polimero→ il farmaco è nella particella che col tempo si erode e lo rilascia

Disintegrazione della particella (in genere causata dall’attacco enzimatico)→

- viene disintegrato il

polimero che costituisce la particella

la particella rigonfia (per nanogel) e il farmaco che è all’interno ha

- Rigonfiamento del polimero→

accesso a dei canali acquosi, si ripartisce dalla matrice ai canali acquosi e fuoriesce (processo di

diffusione nei canali acquosi)

- Desorbimento delle molecole di farmaco adsorbite in superficie e poi diffusione del farmaco

dall’interno all’esterno della particella→ si crea un fronte di diffusione, il farmaco migra attraverso la

matrice e viene rilasciato

- Scambio ionico del farmaco adsorbito sul polimero ionico con ioni penetrati dai fluidi fisiologici

esterni e poi diffusione del farmaco liberato dall’interno all’esterno della particella→ se la matrice del

polimero è data da un complesso polielettrolitico il farmaco potrebbe essere associato a una di

queste molecole e con i fluidi biologici ci può essere uno scambio dei contro ioni (il farmaco viene

liberato perché scambiato con uno ione che si adsorbe al suo posto sul polimero, tipo colonne a

scambio ionico)

A seconda del materiale di cui è fatta la particella e a seconda delle caratteristiche del farmaco prevarrà un

meccanismo piuttosto che un altro, ma non ci sarà solo un unico meccanismo presente. 23

Per descrivere il tipo di meccanismo si fanno delle prove di rilascio in vitro in fluidi simulati→ si prende

esattamente il dissolutore (lo stesso delle cpr) e viene fatto un campionamento, si descrive come aumenta

(ordine 0, primo ordine, secondo ordine…).

nel tempo la concentrazione del farmaco

Viene disegnata una curva di rilascio che viene analizzata applicando l’equazione di Peppas:

= ^ (Mt= farmaco rilasciato nel tempo, M∞= farmaco totale nel sistema, n= a seconda del valore

∞

indica qual è il meccanismo di rilascio prevalente nel sistema, si usa come verifica di controllo)

In origine è stata usata non per nanoparticelle, ma per unguenti e transdermici.

n può avere vari valori (considerando la forma sferica):

- 0.43→ meccanismo diffusione (dal sistema matrice o da una matrice della nanocapsula)

- 0.43 < n < 0.85→ trasporto anomalo, non si può definire quello principale

swelling del polimero (farmaco dai canali acquosi all’esterno)

- 0.85→ meccanismo di

Quando viene descritto n viene