Progettazione e caratterizzazione di nanoparticelle polimeriche per la veicolazione di curcumina

Currently, research is focusing on the development of nanometric systems, which have numerous advantages over conventional drug therapies (1,2). Their nanometric size allows them to overcome various biological barriers, facilitating rapid entry into the blood and lymphatic circulation and effective accumulation in the target organ or tissue. One of the main advantages of these systems is the possibility to modify their surface in order to increase selectivity of action towards the target. In this thesis project, several polymer nanoparticle formulations were developed using polylactic-co-glycolic acid copolymer (PLGA) for the incorporation of curcumin . The surface of the PLGA nanoparticles was modified with polyethylene glycol (PEG) and hyaluronic acid (HA) at different molecular weights (4.6 and 15 kDa), in order to evaluate the mucopenetrating capabilities of nanoparticles with different surface characteristics. Curcumin was chosen as a model molecule due to its chemical properties and characteristic colour, which facilitates its quantification in tissues and other systems by various analytical techniques (3,4). The same formulations containing PEG and HA were labelled by incorporation of rhodamine B, a fluorescent probe. All systems were characterised in terms of size, polydispersion index, zeta potential, physical stability, incorporation efficiency (EE) and release kinetics. The nanoparticles present good chemical-physical parameters. In particular, the size is around 130 nm and increases to 286 nm in the presence of HA, while the EE of is 99% for curcumin nanoparticles and 70% for rhodamine nanoparticles. Ex vivo permeability studies were conducted on oesophageal tissue, the results of which show a different diffusion of the formulations in the tissue under investigation. In particular, HA-decorated nanoparticles localised predominantly on the surface while those containing PEG penetrated into the underlying layers, thus demonstrating that PEG and HA interact with the mucosa in different ways. Subsequent studies involve incubating the curcumin-loaded nanoparticles on oesophageal tissue in order to quantify the distribution of the formulations in the various tissue layers. 1. de Jong. Drug delivery and nanoparticles: Applications and hazards. Int J Nanomedicine. 2008 Jun;133. 2. Wilczewska AZ, Niemirowicz K, Markiewicz KH, Car H. Nanoparticles as drug delivery systems. Pharmacological Reports. 2012 Sep;64(5):1020–37. 3. Kurumi H, Nonaka K, Ryozawa S. Use of curcumin solution for probe‐based confocal laser endomicroscopy of squamous cell carcinoma of the esophagus. Digestive Endoscopy. 2019 Jan 7;31(1):105–105. 4. Periyathambi P, Hemalatha T. Development of water-soluble curcumin grafted magnetic nanoparticles for enhancing bioavailability, fluorescence, and magnetic resonance imaging activity. Mater Lett. 2021 Jul;294:129763.

Attualmente, la ricerca si concentra sullo sviluppo di sistemi nanometrici, i quali presentano numerosi vantaggi rispetto alle terapie farmacologiche convenzionali (1,2). Le dimensioni nanometriche consentono di superare diverse barriere biologiche favorendo un rapido ingresso nel circolo ematico e linfatico e un efficace accumulo nell’organo o tessuto bersaglio. Uno dei principali vantaggi di questi sistemi è la possibilità di modificarne la superficie al fine di aumentare la selettività d’azione verso il target. In questo progetto di tesi, sono state sviluppate diverse formulazioni di nanoparticelle polimeriche utilizzando il copolimero acido polilattico-co-glicolico (PLGA) per l’incorporazione della curcumina . La superficie delle nanoparticelle di PLGA è stata modificata con polietilenglicole (PEG) e acido ialuronico (HA) a diversi pesi molecolari (4,6 e 15 kDa), al fine di valutare le capacità mucopenetrative di nanoparticelle con caratteristiche superficiali differenti. La curcumina è stata scelta come molecola modello per le sue proprietà chimiche ed il suo colore caratteristico, che ne facilita la quantificazione nei tessuti e in altri sistemi mediante diverse tecniche analitiche (3,4). Le stesse formulazioni contenenti PEG e HA sono state marcate mediante incorporazione della rodamina B, una sonda fluorescente. Tutti i sistemi sono stati caratterizzati in termini di dimensioni, indice di polidispersione, potenziale zeta, stabilità fisica, efficienza di incorporazione (EE) e cinetica di rilascio. Le nanoparticelle presentano dei buoni parametri chimico-fisici. In particolare, le dimensioni sono intorno ai 130 nm e aumentano fino a 286 nm in presenza dell’HA, mentre l’EE di è del 99% per le nanoparticelle di curcumina e del 70% per quelle di rodamina. Sono stati condotti studi di permeabilità ex vivo su tessuto esofageo, i cui risultati evidenziano una diversa diffusione delle formulazioni nel tessuto in esame. In particolare, le nanoparticelle decorate con HA si localizzano prevalentemente sulla superfice mentre quelle contenenti PEG penetrano negli strati sottostanti, dimostrando così che il PEG e l’HA interagiscono con la mucosa in modo differente. Gli studi successivi prevedono l’incubazione delle nanoparticelle caricate con curcumina su tessuto esofageo, al fine di quantificare la distribuzione delle formulazioni nei vari strati del tessuto. 1. de Jong. Drug delivery and nanoparticles: Applications and hazards. Int J Nanomedicine. 2008 Jun;133. 2. Wilczewska AZ, Niemirowicz K, Markiewicz KH, Car H. Nanoparticles as drug delivery systems. Pharmacological Reports. 2012 Sep;64(5):1020–37. 3. Kurumi H, Nonaka K, Ryozawa S. Use of curcumin solution for probe‐based confocal laser endomicroscopy of squamous cell carcinoma of the esophagus. Digestive Endoscopy. 2019 Jan 7;31(1):105–105. 4. Periyathambi P, Hemalatha T. Development of water-soluble curcumin grafted magnetic nanoparticles for enhancing bioavailability, fluorescence, and magnetic resonance imaging activity. Mater Lett. 2021 Jul;294:129763.