Formulazione di nanoparticelle squaleniche mediante interazioni elettrostatiche

Squalenic acid is a synthetic derivative of squalene (a triterpene intermediate in the cholesterol biosynthesis) that, as its predecessor, is biocompatible and spontaneously self-assembles to form nanoparticles in water. Pentamidine is an antiprotozoal drug, also known for its antitumor properties: moreover, it has been proposed in the treatment of myotonic dystrophy type 1 (MD1), a degenerative genetic neuromuscular disorder for which no cure currently exists. This drug is normally commercialized as isethionate salt, but in this work it was decided to use it as free base: in this way, the electrostatic interactions between the amidinic groups of pentamidine (positively charged) and the carboxylate of squalenic acid (negatively charged) have been used in order to promote the association of the two molecules and the formation of squalene nanoparticles containing pentamidine. For the formulation of these colloidal systems the nanoprecipitation technique was applied, varying some operative parameters, such as the organic solvent, the molar ratio between the drug and the lipid, and the volume ratio between the organic and aqueous phases [1]. Then, the nanoparticle characterisation was based on the dimensional analysis, the determination of the surface charge, the physical stability, the determination of the incorporated drug amount, the drug release at 37 °C at pH 7,4 and 5, the morphology by cryo-TEM analysis. Cytotoxicity on neoplastic cells was tested too. The obtained results are promising: the selected nanoparticles (with molar ratio between squalenic acid and pentamidine free base of 3:1 and volume ratio between the organic and aqueous phases of 0,2) have an average diameter <130 nm and a zeta potential between -20 and -35 mV; they are also stable during storage and the drug loading is about 19%. The drug release tests at 37 °C showed a favourable pH-dependent profile: loaded nanoparticles are stable at physiological pH conditions and rapidly release the drug in an acidic environment that is typical of lysosomes and tumours [2]. Future steps will concern the active targeting of the squalenic acid/pentamidine nanoparticles through the association to a targeting agent selective for target cells, such as the ones affected by MD1. References [1] Ralay-Ranaivo B, Desmaële D, Bianchini EP, Lepeltier E, Bourgaux C, Borgel D, Pouget T, Tranchant JF, Couvreur P, Gref R. 2014. Novel self assembling nanoparticles for the oral administration of fondaparinux: synthesis, characterization and in vivo evaluation. J Control Release. 194:323-331. [2] Cunningham AJ, Robinson M, Banquy X, Leblond J, Zhu XX. 2018. Bile Acid-Based Drug Delivery Systems for Enhanced Doxorubicin Encapsulation: Comparing Hydrophobic and Ionic Interactions in Drug Loading and Release. Mol Pharm. 15(3):1266-1276. Key words: nanoparticles, squalene, pentamidine, electrostatic interactions

Lo squalene acido è un derivato sintetico dello squalene (triterpene intermedio nella biosintesi del colesterolo) che, come la molecola da cui deriva, è biocompatibile ed è in grado di autoassemblarsi in acqua per dare nanoparticelle. La pentamidina è un farmaco antiparassitario, noto anche per le sue proprietà antitumorali; inoltre, è stato proposto nel trattamento della distrofia miotonica di tipo 1 (DM1), una malattia genetica neuromuscolare degenerativa per la quale non esiste al momento alcuna cura. Tale farmaco viene normalmente commercializzato sotto forma di sale isetionato, ma in questo lavoro di tesi si è deciso di utilizzarlo come base libera: così facendo, si sono sfruttate le interazioni elettrostatiche che si creano tra i gruppi amidinici della pentamidina (carichi positivamente) e il carbossilato dello squalene acido (carico negativamente) per favorire l'associazione delle due molecole e la conseguente formazione di nanoparticelle squaleniche contenenti pentamidina. Per formulare tali sistemi colloidali si è fatto ricorso alla tecnica della nanoprecipitazione, variando alcuni parametri operativi, tra cui il solvente organico, il rapporto molare tra farmaco e lipide e il rapporto tra i volumi delle fasi organica e acquosa [1]. La successiva caratterizzazione delle nanoparticelle si è basata sull'analisi dimensionale, la determinazione della carica superficiale, la stabilità fisica, il dosamento del principio attivo incorporato, il rilascio del farmaco a 37 °C e pH 7,4 e 5, la morfologia mediante analisi cryo-TEM. È stata inoltre testata la citotossicità su cellule tumorali. I risultati ottenuti sono promettenti: le nanoparticelle selezionate (con rapporto molare tra squalene acido e pentamidina base libera di 3:1 e rapporto tra i volumi di fase organica e acquosa di 0,2) hanno un diametro medio inferiore a 130 nm e un potenziale zeta compreso tra -20 e -35 mV; sono inoltre stabili nel tempo e hanno un drug loading pari a circa il 19%. I test di rilascio del farmaco a 37 °C hanno mostrato un profilo pH-dipendente favorevole, con stabilità a pH fisiologico e rapido rilascio in ambiente acido, tipico dei lisosomi e delle neoplasie [2]. Le prospettive future riguardano il direzionamento attivo delle nanoparticelle di squalene acido/pentamidina mediante l'aggiunta in superficie di un agente di targeting selettivo per le cellule bersaglio, ad esempio quelle colpite dalla DM1. Riferimenti bibliografici [1] Ralay-Ranaivo B, Desmaële D, Bianchini EP, Lepeltier E, Bourgaux C, Borgel D, Pouget T, Tranchant JF, Couvreur P, Gref R. 2014. Novel self assembling nanoparticles for the oral administration of fondaparinux: synthesis, characterization and in vivo evaluation. J Control Release. 194:323-331. [2] Cunningham AJ, Robinson M, Banquy X, Leblond J, Zhu XX. 2018. Bile Acid-Based Drug Delivery Systems for Enhanced Doxorubicin Encapsulation: Comparing Hydrophobic and Ionic Interactions in Drug Loading and Release. Mol Pharm. 15(3):1266-1276. Parole chiave: nanoparticelle, squalene, pentamidina, interazioni elettrostatiche