Preparazione di nanoparticelle a base di ossido di Ferro rivestite con acido citrico e ciclodestrina per applicazione in MRI

Iron oxide magnetic nanoparticles (MNPs) have been extensively studied for their biomedical applications. They combine tracking, imaging, diagnosis, cell-targeting and drug delivery properties. Due to the superparamagnetic behaviour and high magnetic moments in an external magnetic field, these MNPs respond quickly to an external magnetic field and can be used as sensitive magnetic probes (contrast agents) in magnetic resonance imaging (MRI) and they are composed of nano-sized coated iron oxide nanoparticles. Generally, MNPs can be prepared in aqueous solutions via the co-precipitation method or in organic phases by thermal decomposition technique. Since MNPs properties are strongly dependent on their size, morphology and structure, extensive efforts have been made to develop new synthetic methods that provide control over them. High intensity ultrasound (US) and microwave (MW) irradiation offer a facile, versatile synthetic tool for the preparation of nanostructured materials that is often unavailable by conventional methods. The aim of this work is the preparation and characterization of coated iron oxide nanoparticles to form core-shell structured system as negative MRI contrast agent. MNPs were prepared and coated with and without US and MW irradiation by co-precipitation and thermal degradation techniques. Oleic and stearic acid were chosen as coating agent. To meet the requirements for biomedical applications, the surface of these MNPs needs to be hydrophilic and biocompatible. For this purpose, ligand exchange method has been performed. Citric acid and carboxymethyl-dextran as well as native βCD or its citramide derivative were used as hydrophilic ligands. MNPs formulations were characterized by Fourier Transform Infra-Red spectroscopy, thermogravimetric analysis, transmission electron microscopy, dynamic light scattering and zeta potential. Magnetic measurements, such as transverse and longitudinal relaxation and field-cycling relaxometry NMRD profiles, have been acquired. Preliminary in vitro tests were performed to evaluate cytotoxicity. In the present study the efficacy of US in obtaining hydrophobic MNPs by co-precipitation technique, followed by hydrophilic ligand exchange was proved and 75, 47 and 300 nm MNPs were obtained coated with citric acid, βCD and βCD derivative, respectively. Relaxometric properties stability were confirmed in serum, albumin and water. Good relaxometric profiles were obtained and cytotoxicity studies demonstrated to maintain relative viability at 0,050 mM. In order to obtain more versatile formulations also in the drug delivery, βCD coated MNPs represent the most interesting systems. These water-dispersible nanosystems can be defined like potential negative contrast agents, thanks to their ability to reduce T2 values.

Le nanoparticelle a base di ossido di Ferro (MNPs) oltre ai generali vantaggi che condividono con le altre nanoparticelle, posseggono anche caratteristiche di magnetismo. Tra le numerose applicazioni, la principale è come agente di contrasto negativo nella risonanza magnetica per immagini (MRI). Le MNPs nude hanno alcune limitazioni: infatti, il forte magnetismo causa aggregazione, di conseguenza, si procede al rivestimento per proteggerle e preservarne le proprietà magnetiche e sono descritti sistemi rivestiti con tensioattivi, polimeri, monomeri e materiali inorganici. L'applicazione delle MNPs in ambito biomedico è limitato alla alta disperdibilità e stabilità in acqua e pertanto questi sistemi devono avere natura idrofila. Per il raggiungimento di tale obiettivo, i protocolli di preparazione prevedono diversi approcci di modifica del ligando con cui la nanoparticella risulta rivestita. A partire da nanoparticelle rivestite con acidi grassi a lunga catena si procede ad uno scambio del ligando con acidi policarbossilici oppure alla formazione di complessi con macromolecole policicliche idrofile. Lo scopo di questo lavoro è stato di ottimizzare le tecniche preparative, ponendo l'attenzione sulle due principali metodiche, eseguendole entrambe in condizioni convenzionali e in non convenzionali, utilizzando cioè l'irraggiamento ad ultrasuoni nella co-precipitazione e il riscaldamento con microonde nella decomposizione termica. Nella fase di preparazione si sono ottenute MNPs rivestite con acido oleico e acido stearico e per convertirne la superficie idrofoba in idrofila è stato fatto sia uno scambio del ligando con acido citrico o carbossimetil destrano sia una complessazione con βCD nativa o derivata in presenza di acido citrico. Le diverse formulazioni sono state caratterizzate mediante spettroscopia infrarossa a Trasformata di Fourier, analisi termogravimetrica, microscopio elettronico a trasmissione, dynamic light scattering e potenziale zeta. Sono stati acquisiti i tempi di rilassamento e i profili di relassività (NMRD) dei nanosistemi, dimostrando di possedere buone proprietà rilassometriche che, inoltre, si mantengono stabili nel tempo in siero, in acqua e in albumina. Le nanoparticelle con le migliori caratteristiche sono state quelle derivanti dalla sintesi in coprecipitazione in ultrasuoni, successivamente scambiate con acido citrico, βCD nativa e derivata, aventi rispettivamente dimensioni di 75, 47, 300 nm. Su queste MNPs sono stati fatti anche preliminari test in vitro per valutarne la citotossicità, dimostrando di mantenere una relativa vitalità alla concentrazione di 0,05 mM. Al fine di ottenere formulazioni più versatili anche nell'abito della veicolazione dei farmaci, le MNPs rivestite con βCD e acido citrico rappresentano i sistemi più interessanti. I nanosistemi mantengono la capacità di ridurre i valori di T2 e quindi possono essere definiti come potenziali agenti di contrasto negativo.