Caratterizzazione chimico-fisica e biologica di nanovettori contenenti clorofilla

Photodynamic (PDT) and sonodynamic therapy (SDT) are non-invasive procedures for cancer treatment developed to replace or support traditional techniques as surgery, chemotherapy and radiation therapy. PDT and SDT are based on the interaction of three elements: a non-toxic compound, called sensitizer; light (or ultrasounds); and oxygen. After the light irradiation or ultrasound usage the sensitizer produces radical oxygen species (ROS). In terms of their molecular structure, most sensitizers are tetrapyrrolic macrocycles based on the structure of porphyrin, chlorin and bacteriochlorin. Chlorophyll is the principal photosynthetic pigment in plants and, thanks to its chemical structure similar to chlorin and to its photoreactivity, it can be used as a sensitizer [1]. However, as many other sensitizers, chlorophyll is hydrophobic and easily aggregates in aqueous media. Chlorophyll aggregation decreases its efficacy in ROS production and makes intravenous administration difficult. Different nanocarriers have been addressed to solve these problems [2]. Based on these premises, the aim of this project was the preparation, characterization and evaluation of in vitro activity of different nanocarriers containing chlorophyll, in order to overcome the insolubility while avoiding the use of toxic solvents. To do this, micelles and nanoparticles containing chlorophyll have been developed. Nanoparticles have been prepared using the copolymers PLGA 50:50, PLGA 75:25 and PEG-PLGA, alone or in mixture. Nanoparticles and micelles have been prepared using the nanoprecipitation technique. All the formulations showed a submicronic mean diameter (< 150 nm), a negative zeta potential, a good stability during storage and a high chlorophyll encapsulation efficiency. Some formulations have also been tested on the human prostate cancer cell line (PC-3) to evaluate cellular uptake, response after ultrasound administration and ROS production. Results suggest that these nanocarriers, especially PLGA 75:25 nanoparticles, could be used as vehicles for chlorophyll in sonodynamic therapy.

La terapia fotodinamica (PDT) e la terapia sonodinamica (SDT) sono approcci non invasivi studiati per sostituire o essere associati ai trattamenti antitumorali classici di chirurgia, radio- e chemioterapia. PDT e SDT si basano sull'interazione di tre elementi: un composto non tossico, definito sensibilizzante, uno stimolo luminoso o sonoro e l'ossigeno. In particolare, dopo irraggiamento luminoso o applicazione di ultrasuoni, il sensibilizzante provoca lo sviluppo di ossigeno singoletto e radicali liberi. Dal punto di vista chimico i sensibilizzanti sono principalmente formati da sistemi macrociclici tetrapirrolici, quali porfirine, clorine e batterioclorine. La clorofilla, il principale e più abbondante pigmento presente nelle piante, è adatta a essere utilizzata come sensibilizzante grazie alla struttura chimica derivata dalla clorina e alla sua fotoreattività, che le permette di assorbire la luce necessaria al processo di fotosintesi [1]. La clorofilla, però, è una molecola idrofobica e in ambiente acquoso tende a formare aggregati, che diminuiscono l'efficacia nella produzione di ROS e rendono difficile la somministrazione endovenosa. Per ovviare a questi problemi sono stati studiati diversi sistemi nanoparticellari per la somministrazione di sensibilizzanti [2]. Sulla base di tali premesse gli scopi del presente studio sono stati la preparazione, la caratterizzazione e la valutazione dell'attività in vitro di diversi nanosistemi contenenti clorofilla, al fine di superare l'insolubilità ed evitare l'utilizzo di solventi tossici. Sono state formulate micelle e nanosfere, queste ultime ottenute utilizzando i copolimeri PLGA 50:50, PLGA 75:25 e PEG-PLGA, da soli o in miscela. Sia le nanosfere sia le micelle sono state ottenute con il metodo della nanoprecipitazione, in presenza o in assenza di polimero. Tutte le formulazioni presentano dimensioni medie submicroniche (<150 nm), potenziale zeta negativo, buona stabilità nel tempo ed elevata efficienza di incorporazione del principio attivo. Alcune formulazioni sono state testate su una linea cellulare di carcinoma prostatico umano (PC-3) per valutarne la captazione cellulare, la risposta agli ultrasuoni e la capacità di generare ROS. I risultati suggeriscono che i nanosistemi ottenuti, e in particolare le nanosfere di PLGA 75:25, possano essere sfruttati per veicolare la clorofilla e utilizzarla come sensibilizzante nella terapia sonodinamica.