Photosynthesis is a series of processes in which electromagnetic energy is converted to chemical energy used for biosynthesis of organic cell materials1. Chlorophyll is the main pigment involved in the photosynthetic process and plays two fundamental roles: it absorbs photons and transfers the excitation energy to the reaction center of the photosystem, where the electrons, derived from the splitting of water with the simultaneous production of oxygen, are transported along an electron-transport chain. This process produces NADPH and ATP that are used in the photosynthetic carbon-reduction cycle for the synthesis of organic molecules from carbon dioxide. Chlorophyll, thanks to its photoreactivity, can be used as photosensitizing in photodynamic therapy (PDT) and as sonosensitizing in sonodynamic therapy (SDT). Both of those methods are considered as non-invasive treatments for cancer therapy, based on the use of a normally non-toxic sensitizer. Once a sensitizer is activated by specific wavelengths or ultrasound irradiation, from its ground state into an excited state, his energy is transferred to oxygen resulting in singlet oxygen and free radical formation. These reactive oxygen species (ROS) lead to oxidative damage and cancer cell death2. Nevertheless, chlorophyll is virtually insoluble in water and, thus, hardly administrable in aqueous media. To overcome these drawbacks, the aim of this work was the design of several biodegradable nanovectors, such as nanospheres, nanocapsules, micelles and nanoemulsions. Nanospheres and nanocapsules were prepared by solvent displacement technique3 with the non-cytotoxic and biodegradable poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) copolymer and MygliolⓇ 812. Micelles and nanoemulsions were obtained by the same technique without PLGA. All nanovectors were physico-chemically characterized (mean diameter, size distribution, zeta potential, stability, encapsulation efficiency, etc.). All nanovectors showed a 100-nm diameter; moreover, polymeric chlorophyll-loaded nanoparticles displayed a higher stability than micelles and nanoemulsions and they showed a good chlorophyll incorporation efficiency. Future steps will include the in vitro and in vivo evaluation of nanovectors to compare the activity of chlorophyll as sensitizer with or without PLGA. 1 - Gest H. History of the word photosynthesis and evolution of its definition. Photosynthesis Research. 2004, 73, 7-10 2 - Shibaguchi H., Tsuru H., Kuroki M., Kuroki M. Sonodynamic cancer therapy: a non-invasive and repeatable approach using low-intensity ultrasound with a sonosensitizer. Anticancer Research. 2011, 32, 2425-2430 3 - Fessi H., Puisieux F., Devissaguet J.P., Ammoury N., Benita S. Nanocapsules formation by interfacial polymer deposition following solvent displacement. Int. J. Pharm. 1989, 55:R1-R4.
La fotosintesi è un insieme di processi in cui l'energia elettromagnetica è convertita in energia chimica usata per la biosintesi di materiale organico cellulare1. La clorofilla è il principale pigmento coinvolto nel processo fotosintetico e svolge due ruoli principali: assorbe i fotoni e trasferisce l'energia di eccitazione al centro di reazione del fotosistema, dove gli elettroni, che derivano dalla rottura di una molecola di acqua con contemporanea generazione di ossigeno, sono trasportati lungo una catena di trasferimento. Questo processo genera NADPH e ATP, che sono utilizzati nel ciclo di riduzione del carbonio per sintetizzare, a partire da anidride carbonica, molecole organiche. La clorofilla, grazie alla sua foto-reattività, può essere utilizzata come agente fotosensibilizzante nella terapia fotodinamica (PDT) e come sonosensibilizzante nella terapia sonodinamica (SDT). Entrambi i metodi sono considerati un approccio non invasivo per la terapia antitumorale e sono basati sull'uso di un sensibilizzante normalmente non tossico. Quando il sensibilizzante è attivato (ad una specifica lunghezza d'onda o da un ultrasuono), esso passa da un livello energetico basale ad uno eccitato e la sua energia viene trasferita ad una molecola di ossigeno, generando un ossigeno singoletto e radicali liberi. Queste specie reattive dell'ossigeno (ROS) causano danno ossidativo e morte cellulare2. Tuttavia, la clorofilla è insolubile in acqua e, quindi, difficilmente somministrabile in mezzo acquoso. Al fine di superarne le difficoltà di formulazione, lo scopo di questo lavoro è stato lo sviluppo di diversi nanovettori biodegradabili, quali nanosfere, nanocapsule, micelle e nanoemulsioni. Le nanosfere e le nanocapsule sono state preparate mediante la tecnica della nanoprecipitazione3, utilizzando il copolimero poli(lactide-co-glicolide) (PLGA) e il MygliolⓇ 812, composti biodegradabili e biocompatibili. Micelle e nanoemulsioni sono state ottenute per nanoprecipitazione senza PLGA. Tutti i nanovettori sono stati caratterizzati dal punto di vista chimico-fisico (diametro medio, distribuzione dimensionale, potenziale zeta, stabilità, percentuale di incorporazione, ecc.). Sebbene tutti i sistemi abbiano dimensioni intorno ai 100 nm, le nanoparticelle polimeriche hanno mostrato una stabilità più elevata delle micelle e delle nanoemulsioni ed una buona efficienza di incorporazione della clorofilla. I lavori futuri riguarderanno lo studio in vitro ed in vivo dei diversi nanovettori, al fine di confrontare l'attività della clorofilla come sensibilizzante in presenza o assenza della matrice polimerica. 1 - Gest H. History of the word photosynthesis and evolution of its definition. Photosynthesis Research. 2004, 73, 7-10 2 - Shibaguchi H., Tsuru H., Kuroki M., Kuroki M. Sonodynamic cancer therapy: a non-invasive and repeatable approach using low-intensity ultrasound with a sonosensitizer. Anticancer Research. 2011, 32, 2425-2430 3 - Fessi H., Puisieux F., Devissaguet J.P., Ammoury N., Benita S. Nanocapsules formation by interfacial polymer deposition following solvent displacement. Int. J. Pharm. 1989, 55:R1-R4.
Formulazione di nanovettori biodegradabili contenenti clorofilla per la terapia antitumorale
MORETTI, MONICA
2015/2016
Abstract
La fotosintesi è un insieme di processi in cui l'energia elettromagnetica è convertita in energia chimica usata per la biosintesi di materiale organico cellulare1. La clorofilla è il principale pigmento coinvolto nel processo fotosintetico e svolge due ruoli principali: assorbe i fotoni e trasferisce l'energia di eccitazione al centro di reazione del fotosistema, dove gli elettroni, che derivano dalla rottura di una molecola di acqua con contemporanea generazione di ossigeno, sono trasportati lungo una catena di trasferimento. Questo processo genera NADPH e ATP, che sono utilizzati nel ciclo di riduzione del carbonio per sintetizzare, a partire da anidride carbonica, molecole organiche. La clorofilla, grazie alla sua foto-reattività, può essere utilizzata come agente fotosensibilizzante nella terapia fotodinamica (PDT) e come sonosensibilizzante nella terapia sonodinamica (SDT). Entrambi i metodi sono considerati un approccio non invasivo per la terapia antitumorale e sono basati sull'uso di un sensibilizzante normalmente non tossico. Quando il sensibilizzante è attivato (ad una specifica lunghezza d'onda o da un ultrasuono), esso passa da un livello energetico basale ad uno eccitato e la sua energia viene trasferita ad una molecola di ossigeno, generando un ossigeno singoletto e radicali liberi. Queste specie reattive dell'ossigeno (ROS) causano danno ossidativo e morte cellulare2. Tuttavia, la clorofilla è insolubile in acqua e, quindi, difficilmente somministrabile in mezzo acquoso. Al fine di superarne le difficoltà di formulazione, lo scopo di questo lavoro è stato lo sviluppo di diversi nanovettori biodegradabili, quali nanosfere, nanocapsule, micelle e nanoemulsioni. Le nanosfere e le nanocapsule sono state preparate mediante la tecnica della nanoprecipitazione3, utilizzando il copolimero poli(lactide-co-glicolide) (PLGA) e il MygliolⓇ 812, composti biodegradabili e biocompatibili. Micelle e nanoemulsioni sono state ottenute per nanoprecipitazione senza PLGA. Tutti i nanovettori sono stati caratterizzati dal punto di vista chimico-fisico (diametro medio, distribuzione dimensionale, potenziale zeta, stabilità, percentuale di incorporazione, ecc.). Sebbene tutti i sistemi abbiano dimensioni intorno ai 100 nm, le nanoparticelle polimeriche hanno mostrato una stabilità più elevata delle micelle e delle nanoemulsioni ed una buona efficienza di incorporazione della clorofilla. I lavori futuri riguarderanno lo studio in vitro ed in vivo dei diversi nanovettori, al fine di confrontare l'attività della clorofilla come sensibilizzante in presenza o assenza della matrice polimerica. 1 - Gest H. History of the word photosynthesis and evolution of its definition. Photosynthesis Research. 2004, 73, 7-10 2 - Shibaguchi H., Tsuru H., Kuroki M., Kuroki M. Sonodynamic cancer therapy: a non-invasive and repeatable approach using low-intensity ultrasound with a sonosensitizer. Anticancer Research. 2011, 32, 2425-2430 3 - Fessi H., Puisieux F., Devissaguet J.P., Ammoury N., Benita S. Nanocapsules formation by interfacial polymer deposition following solvent displacement. Int. J. Pharm. 1989, 55:R1-R4.| File | Dimensione | Formato | |
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