La chemioterapia è il trattamento di maggior efficacia nella pratica clinica antineoplastica, caratterizzato, tuttavia, da complicazioni notevoli. La chemioterapia di combinazione è un approccio utile ad aumentarne l’efficacia, ridurne gli effetti collaterali, ed evitare lo sviluppo di resistenza, in particolare se associato all’utilizzo di nanoparticelle che ne ottimizzino il veicolamento. Nella mia tesi sono state studiate nanospugne di ciclodestrine in quanto consentono il caricamento di farmaci con struttura e polarità diverse, grazie alla presenza di cavità idrofobe delle ciclodestrine e canalicoli idrofili del network polimerico. Sono state formulate nanospugne a base di β-ciclodestrine reticolate con dianidride piromellitica, per il veicolamento di gemcitabina ed ICOS, il co-stimolatore inducibile delle cellule T. L’immunomodulatore può potenziare la risposta immunitaria nei confronti delle cellule tumorali, meccanismo che potrebbe essere rafforzato dall’associazione con un chemioterapico classico, quale la gemcitabina. Inoltre, il veicolamento mediato dal nanocarrier consentirebbe di ottimizzare la distribuzione ai tessuti neoplastici, rafforzando l’effetto antitumorale e riducendo gli effetti collaterali.
Sono state allestite sospensioni acquose di nanospugne mediante un omogeneizzatore ad alta pressione sino ad avere nanospugne con diametro tra i 300 ed i 450 nm, indice di polidispersione di 0,23 e potenziale zeta negativo, -25 mV; parametri che sono risultati stabili nel tempo.
Le nanospugne sono state caricate con gemcitabina in forma di complessi con acido oleico, acido colico, acido palmitico e sodio dodecilsolfato, ciascuno in rapporto molare 1:1 ed 1:2. Le nanoparticelle sono state caratterizzate sulla base del diametro, del potenziale zeta, della loading capacity e della percentuale di gemcitabina caricata mediante l’utilizzo di spettroscopia di fotocorrelazione, HPLC e spettrofotometria UV-Vis. Sono stati condotti studi di rilascio in vitro per identificare il migliore profilo di rilascio in ambiente fisiologico in un intervallo di 24 ore. Le migliori cinetiche sono state identificate per i complessi con acido oleico 1:1, SDS 1:1, acido colico 1:2 e acido palmitico 1:1.
Dopo l’incapsulazione della gemcitabina, le nanospugne sono state rivestite con glicolchitosano 0,2 % p/v, e nuovamente caratterizzate con un intervallo dimensionale tra i 300 ed i 400 nm ed indice di polidispersione 0,21. Ciò ha consentito di ottimizzare il profilo di rilascio della gemcitabina dalle nanospugne. Il rivestimento cationico ha conferito alle nanoparticelle potenziale zeta positivo (+20 mV) ed un supporto per il caricamento di ICOS, il quale è stato portato avanti per le nanospugne caricate con il complesso gemcitabina : acido oleico 1:1. In seguito al rivestimento, le nanospugne sono state caratterizzate nuovamente, ottenendo dimensioni stabili, buon indice di polidispersione e potenziale zeta positivo. È stato quindi studiato il profilo di rilascio di entrambi i farmaci dal sistema, valutando l’impatto del co-loading sulla cinetica precedentemente verificata ed il rilascio dell’immunomodulatore. Per valutare l’accettabilità della formulazione per la somministrazione in vivo sono stati condotti studi sul potenziale emolitico delle nanospugne cariche.
In conclusione è stato possibile dimostrare come le nanospugne di ciclodestrine costituiscano sistemi di delivery con elevato potenziale per la cosomministrazione di principi attivi.
To date, chemotherapy is the most effective treatment in antineoplastic clinical practice, characterized, however, by significant complications. Combination chemotherapy is a valuable approach to increase its effectiveness, reduce side effects, and avoid the development of multi-drug resistance, especially when combined with the use of nanoparticles that optimize their delivery (1-3). In my thesis, I studied cyclodextrin nanosponges as they allow the loading of drugs with different structure and polarity, thanks to the hydrophobic cavities of the cyclodextrins and hydrophilic canaliculi of the polymeric network. In particular, nanosponges based on β-cyclodextrins cross-linked with pyromellitic dianhydride were developed for the delivery of gemcitabine and ICOS, the inducible co-stimulator of T cells. The immunomodulator has the ability to enhance the specific immune response against cancer cells, a mechanism that could be reinforced by the combination with a classic chemotherapy drug such as gemcitabine. Furthermore, the delivery mediated by nanocarrier would allow to optimize the distribution to neoplastic tissues, strengthening the anticancer effect and reducing the side effects on healthy tissues.
Aqueous suspensions of nanosponges were prepared with an high pressure homogenizer (HPH) up to having nanosponges with a diameter between 300 and 450 nm, polydispersion index of 0.23 and negative zeta potential, -25 mV; parameters that were stable over time.
The nanosponges were loaded with gemcitabine in the form of complexes with oleic acid, cholic acid, palmitic acid and sodium dodecyl sulfate, each in 1: 1 and 1: 2 molar ratio. The nanoparticles were then characterized on the basis of diameter, zeta potential, loading capacity and percentage of gemcitabine loaded by photocorrelation spectroscopy, HPLC and UV-Vis spectrophotometry. In vitro release studies were then conducted to identify the best physiological release profile within a twenty-four hour interval. Overall, the best kinetics were identified for complexes with 1: 1 oleic acid, 1: 1 SDS, 1: 2 cholic acid and 1: 1 palmitic acid.
After the encapsulation of gemcitabine, the nanosponges were coated with 0.2% w / v glycochitosan, then re-characterized with a dimensional range between 300 and 400 nm and a polydispersion index 0.21. This also made it possible to optimize the release profile of gemcitabine from the nanosponges. The cationic coating gave the nanoparticles a positive zeta potential (+20 mV) and support for ICOS loading, which was accomplished with the nanosponges loaded with the complex gemcitabine: oleic acid 1: 1. Following the coating, the nanosponges were re-characterized, obtaining stable dimensions, good polydispersion index, positive zeta potential and acceptable loading capacity. The release profile of both drugs from the system was then studied, evaluating the impact of the co-loading on the previously verified kinetics and the release of the immunomodulator. To evaluate the acceptability of the formulation for in vivo administration, studies were conducted on the haemolytic potential of loaded nanosponges.
In conclusion, it was possible to demonstrate how cyclodextrin nanosponges constitute delivery systems with high potential for the co-administration of drugs.