Biotrasformazione di nanoparticelle per la veicolazione di farmaci durante il transito nel tratto gastrointestinale

Questo studio appartiene al progetto europeo H2020 BIORIMA, il cui scopo è sviluppare metodi in vitro validati e standardizzati per la valutazione della sicurezza dei nanobiomateriali. In questo studio, sono stati considerati due nanomateriali, nanoparticelle di carbonio (CNP) e nanoparticelle Fe3O4, che potrebbero essere utilizzate come sistemi di rilascio di farmaci per somministrazione orale. Le CNP sono state sintetizzate attraverso un processo di carbonizzazione idrotermale (HTC), mentre le nanoparticelle Fe3O4 sono state fornite da Colorobbia Italia SpA. Questi nanomateriali, da studi precedenti, sono risultati scarsamente citotossici, ma non ci sono dati sulla loro sicurezza ed efficacia per la somministrazione orale a causa della complessità del tratto gastrointestinale. In questa ricerca, la biotrasformazione dei nanomateriali è stata analizzata durante il transito nel tratto gastrointestinale utilizzando un modello di digestione in vitro, che prevede l'uso di tre fluidi digestivi artificiali che simulano l'ambiente dei tre principali compartimenti dell'apparato digerente (bocca, stomaco e intestino tenue). Dopo l'incubazione dei nanomateriali in questi fluidi digestivi, la biotrasformazione è stata valutata in termini di dimensioni, carica superficiale e reattività superficiale. La caratterizzazione dimensionale è stata effettuata attraverso le tecniche DLS e FPIA, la valutazione della carica superficiale è stata effettuata attraverso la tecnica ELS e infine la reattività superficiale è stata valutata attraverso saggi EPR Spin-trap. I risultati hanno mostrato che le CNP sono più adatte alla somministrazione orale rispetto alle nanoparticelle Fe3O4 poiché vengono degradate dall'ambiente acido dello stomaco. Alla fine della digestione in vitro, le CNP hanno un diametro idrodinamico di circa 500 nm, ma questo risultato non esclude la presenza di una frazione più piccola, che potrebbe attraversare la barriera del muco e raggiungere le cellule epiteliali dell'intestino tenue. In effetti, è stato dimostrato che per attraversare lo strato di muco del tratto gastrointestinale i sistemi di rilascio dei farmaci devono essere inferiori a 200 nm (Garcia-Diaz et al., 2018). Inoltre, le CNP, dopo la digestione, hanno un potenziale zeta meno negativo che suggerisce la formazione di interazioni elettrostatiche deboli con i gruppi carichi dell'idrogel di muco; di conseguenza, questo nanomateriale potrebbe avere una buona probabilità di raggiungere l'epitelio. I dati ottenuti mostrano che le proteine dei fluidi digestivi inducono una diminuzione delle dimensioni degli agglomerati; infatti, queste probabilmente si adsorbono sulla superficie delle nanoparticelle. L'adsorbimento proteico è un processo dinamico che porta alla formazione di una corona che può essere composta da proteine reversibilmente o irreversibilmente legate alle particelle. Per ottenere informazioni su questo aspetto, è stata valutata la reversibilità del processo di agglomerazione. I risultati dimostrano la formazione di un hard protein corona. Il presente studio contribuisce alla comprensione del comportamento dei nanomateriali in questione e allo sviluppo di nuovi metodi per la loro caratterizzazione all'interno del tratto gastrointestinale.