Chemotherapy is the most widely used strategy for the treatment of neoplastic diseases. However, the side and toxic effects related to the use of anti-cancer agents have made it necessary to focus research efforts on new formulations that ensure targeted delivery to compromised cells. In this regard, the thesis work carried out led to the development of a new type of polymeric material, a multifunctional and stimuli-responsive nanosponge capable of encapsulating the complexing capacity of cyclodextrins and the biological properties of lipoic acid, to be used as a possible carrier for the controlled release of chemotherapeutic agents. After functionalising β-CD with activated lipoic acid, an additional fraction of lipoic acid was added for the synthesis of the nanosponge, at a ratio of 1:1 (w/w) to the functionalised cyclodextrin, in order to generate, upon heating, a lattice consisting of poly lipoic acid and cyclodextrin chains. The nanosponge was then suitably complexed with the drug selected as the standard, doxorubicin, in order to assess its encapsulation and release capacity under reducing conditions, similar to the conditions found inside cancer cells. The study of the chemical structure of the synthesised nanosponge was carried out through elemental CHNS analysis, FTIR-ATR and Ellman's test. The degree of cross-linking was determined by means of swelling tests and application of the Flory-Rehner theory. Given the presence of numerous disulphide bridges, the polymer appears to be sensitive to the erosive action of reducing agents, which can transform SS groups into thiols, thus leading to a decrease in particle size and number, as demonstrated by particle size analyses performed in the presence of glutathione. The study of the release kinetics of doxorubicin in aqueous medium at pH 7.4 also showed the ability of the nanosponge to release more drug when subjected to the erosive action of glutathione. Finally, to further simulate the cellular conditions of a tumour tissue, a release test was performed at pH 5.5, again in the presence and absence of glutathione. On the basis of the results obtained, in addition to proving the previous condition, it was possible to hypothesise a dual response of the polymer matrix to both redox stimuli and pH changes.
La terapia chemioterapica costituisce la strategia maggiormente impiegata per il trattamento di patologie neoplastiche. Tuttavia, gli effetti collaterali e tossici correlati all’impiego di agenti antitumorali hanno reso necessario focalizzare gli sforzi della ricerca verso nuove formulazioni che garantiscano un rilascio mirato verso le cellule compromesse. A tal proposito, il lavoro di tesi svolto ha portato allo sviluppo di una nuova tipologia di materiale polimerico, una nanospugna multifunzionale e stimuli-responsive in grado di racchiudere in sé la capacità complessante delle ciclodestrine e le proprietà biologiche dell’acido lipoico, da impiegare come possibile carrier per il rilascio controllato di chemioterapici. Dopo aver funzionalizzato la β-CD con acido lipoico attivato, per la sintesi della nanospugna si è aggiunta un’ulteriore frazione di acido lipoico, in rapporto 1:1 (w/w) rispetto alla ciclodestrina funzionalizzata, in modo da generare, a seguito di riscaldamento, un reticolo costituito da catene di poli-acido lipoico e ciclodestrine. La nanospugna, in seguito, è stata opportunamente complessata con il farmaco selezionato come standard, la doxorubicina, con lo scopo di valutarne la capacità di incapsulamento e di rilascio in condizioni riducenti, simili alle condizioni presenti all’interno delle cellule tumorali. Lo studio della struttura chimica della nanospugna sintetizzata è stato condotto mediante analisi elementare CHNS, FTIR-ATR e test di Ellman. Il grado di reticolazione è stato invece determinato attraverso prove di rigonfiamento e applicazione della teoria di Flory-Rehner. Data la presenza di numerosi ponti disolfuro, il polimero risulta essere sensibile all’azione erosiva di agenti riducenti, in grado di trasformare i gruppi SS in tioli, portando così ad una diminuzione della dimensione e del numero di particelle, come dimostrato dalle analisi di particle size eseguite in presenza di glutatione. Anche lo studio delle cinetiche di rilascio di doxorubicina in mezzo acquoso a pH 7,4 ha evidenziato la capacità della nanospugna di rilasciare un maggior quantitativo di farmaco quando sottoposta all’azione erosiva del glutatione. Infine, per simulare ulteriormente le condizioni cellulari di un tessuto tumorale, è stata eseguita una prova di rilascio a pH 5,5, anche in questo caso in presenza ed in assenza di glutatione. Sulla base dei risultati ottenuti, oltre a comprovare quanto esposto per la condizione precedente, è stato possibile ipotizzare una duplice risposta della matrice polimerica, sia a stimoli redox che a variazioni di pH.
Nuovi polimeri redox-responsive a base di beta-ciclodestrina e acido lipoico per il rilascio controllato di antitumorali
SEITA, AURORA
2022/2023
Abstract
La terapia chemioterapica costituisce la strategia maggiormente impiegata per il trattamento di patologie neoplastiche. Tuttavia, gli effetti collaterali e tossici correlati all’impiego di agenti antitumorali hanno reso necessario focalizzare gli sforzi della ricerca verso nuove formulazioni che garantiscano un rilascio mirato verso le cellule compromesse. A tal proposito, il lavoro di tesi svolto ha portato allo sviluppo di una nuova tipologia di materiale polimerico, una nanospugna multifunzionale e stimuli-responsive in grado di racchiudere in sé la capacità complessante delle ciclodestrine e le proprietà biologiche dell’acido lipoico, da impiegare come possibile carrier per il rilascio controllato di chemioterapici. Dopo aver funzionalizzato la β-CD con acido lipoico attivato, per la sintesi della nanospugna si è aggiunta un’ulteriore frazione di acido lipoico, in rapporto 1:1 (w/w) rispetto alla ciclodestrina funzionalizzata, in modo da generare, a seguito di riscaldamento, un reticolo costituito da catene di poli-acido lipoico e ciclodestrine. La nanospugna, in seguito, è stata opportunamente complessata con il farmaco selezionato come standard, la doxorubicina, con lo scopo di valutarne la capacità di incapsulamento e di rilascio in condizioni riducenti, simili alle condizioni presenti all’interno delle cellule tumorali. Lo studio della struttura chimica della nanospugna sintetizzata è stato condotto mediante analisi elementare CHNS, FTIR-ATR e test di Ellman. Il grado di reticolazione è stato invece determinato attraverso prove di rigonfiamento e applicazione della teoria di Flory-Rehner. Data la presenza di numerosi ponti disolfuro, il polimero risulta essere sensibile all’azione erosiva di agenti riducenti, in grado di trasformare i gruppi SS in tioli, portando così ad una diminuzione della dimensione e del numero di particelle, come dimostrato dalle analisi di particle size eseguite in presenza di glutatione. Anche lo studio delle cinetiche di rilascio di doxorubicina in mezzo acquoso a pH 7,4 ha evidenziato la capacità della nanospugna di rilasciare un maggior quantitativo di farmaco quando sottoposta all’azione erosiva del glutatione. Infine, per simulare ulteriormente le condizioni cellulari di un tessuto tumorale, è stata eseguita una prova di rilascio a pH 5,5, anche in questo caso in presenza ed in assenza di glutatione. Sulla base dei risultati ottenuti, oltre a comprovare quanto esposto per la condizione precedente, è stato possibile ipotizzare una duplice risposta della matrice polimerica, sia a stimoli redox che a variazioni di pH.I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/145234