Le nanotecnologie farmaceutiche utilizzano sistemi vettori di dimensioni nanometriche che veicolano farmaci e/o agenti diagnostici in essi

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1 Le nanotecnologie farmaceutiche utilizzano sistemi vettori di dimensioni nanometriche che veicolano farmaci e/o agenti diagnostici in essi incapsulati, dispersi, adsorbiti o coniugati. Le dimensioni inferiori al micrometro conferiscono a tali nanosistemi uniche proprietà chimicofisiche e farmacocinetiche. In particolare, le nanoparticelle polimeriche con dimensioni comprese tra 10 e 100 nm sono caratterizzate da un prolungato tempo di circolazione poiché non sono catturate dal sistema reticolendoteliale del fegato e non vengono escrete a livello renale. Inoltre, tali nanosistemi sono in grado di accumularsi preferenzialmente in tumori caratterizzati da endoteli altamente permeabili e da scarso drenaggio linfatico. L elevata area di superficie specifica dei nanovettori consente di legare chimicamente diversi gruppi funzionali come agenti diagnostici, terapeutici e direzionanti. Tale versatilità permette così di creare sistemi multifunzionali capaci di riconoscere il sito bersaglio dove è in atto la patologia e contemporaneamente visualizzare, curare e monitorare la risposta del trattamento farmacologico. In particolare, in campo diagnostico i nanosistemi consentono la combinazione di diversi traccianti e quindi la simultanea rivelazione con diverse tecniche di imaging, con il vantaggio di amplificare notevolmente il segnale dell agente diagnostico. umerosi sono gli esempi di nanovettori utili in tale settore. Di recente realizzazione sono coniugati polimerici sui quali sono stati legati, come agenti direzionanti, dei ligandi altamente selettivi ed affini per la proteina mitocondriale TSP, la quale è sovra-espressa in alcune patologie neurodegenerative e in alcuni tumori. I relativi coniugati polimerici sono stati legati chimicamente a fluorofori che permettono la visualizzazione di cellule esprimenti alte concentrazioni di TSP (es. cellule tumorali di glioma o microglia attivata). I coniugati direzionati veicolanti traccianti sono stati successivamente formulati al fine di realizzare nanoparticelle utili nella diagnosi precoce di patologie neurodegenerative e tumorali.

2 unzio Denora Facoltà di Farmacia Dipartimento Farmaco Chimico GIRATA PUGLIESE su FARMAC e PRDTTI per la SALUTE II EDIZIE il farmaco per diagnosi precoci e malattie rare Bari 25 febbraio 2011

3 Diagnosi precoce mediante l impiego di sistemi nanoparticellari Individuare un singolo agente in grado di visualizzare, curare e contemporaneamente monitorare la risposta del trattamento farmacologico: IMMAGIAZIE REALTÀ? Le anotecnologie Farmaceutiche posso essere utili per raggiungere questo obbiettivo.

4 Il concetto di anotecnologia è stato introdotto per la prima volta dal Premio obel Richard Feynman nel 1959 There s plenty of room at the bottom. Pensiamo alla punta di uno spillo, uno spazio abbastanza ristretto, eppure, entrando nel mondo delle nanotecnologie, scopriremmo che anche in un luogo così esiguo, c è abbastanza spazio per scrivere nientemeno che tutti i ventiquattro volumi dell Enciclopedia Britannica Fine ultimo delle anotecnologie è quello di fare artificialmente ciò che la natura fa da sempre, e cioè combinare tra loro molecole o piccoli aggregati di molecole per costruire un dispositivo, un congegno di dimensioni nonometriche, in grado di eseguire azioni più o meno complesse.

5 La zampa del Geco Curioso esempio di bionanotecnologia è il meccanismo delle zampe del geco: si attaccano dovunque in quanto sono ricoperte di sottilissime setole (setae) grandi circa 100 milionesimi di metro, ognuna delle quali termina con una serie di 1000 cuscinetti (spatulae) il cui diametro è di qualche nanometro.

6 Il Fiore di Loto Le foglie hanno la capacità di autopulirsi. Dotate di elevata idrorepellenza, esse riescono a mantenersi pulite e asciutte grazie alla microruvidità. Strutture di dimensioni nanometriche (papille) consentono alla goccia di acqua di scivolar via velocemente sulla foglia, portando con sé le eventuali particelle solide depositatesi.

7 anoscala Un nanometro è la miliardesima parte del metro Sistemi anoparticellari ( nm) anometri Micelle, Liposomi Dendrimeri anoparticelle anocapsule Coniugato Polimerico anotubi Fullerene I sistemi nanoparticellari sono vettori delle dimensioni inferiori al m che veicolano principi attivi e/o agenti diagnostici: incapsulati, dispersi, adsorbiti o coniugati.

8 Vantaggi nell utilizzo di nanovettori dimensione I sistemi nanoparticellari hanno dimensioni inferiori al micrometro (5-200 nm) che gli conferiscono uniche proprietà chimico-fisiche e farmacocinetiche. anoparticelle con dimensioni comprese tra 10 e 100 nm sono caratterizzate da un prolungato tempo di circolazione poiché generalmente non sono catturate dal sistema reticolendoteliale del fegato e non vengono escrete a livello renale. Tali nanosistemi sono in grado di accumularsi preferenzialmente in tumori caratterizzati da endoteli altamente permeabili e da scarso drenaggio linfatico (Effetto EPR Enhanced permeability and retention Targeting passivo). Tumore Endotelio fenestrato Tessuto sano anoparticella Effetto EPR

9 Vantaggi nell utilizzo di nanovettori area di superficie L elevata area di superficie dei nanovettori consente di legare chimicamente diversi gruppi funzionali come agenti diagnostici,terapeutici e direzionanti. Tale versatilità permette di creare nanosistemi multifunzionali capaci di riconoscere il sito bersaglio dove è in atto la patologia (Targeting Attivo) e contemporaneamente visualizzare, curare e monitorare la risposta del trattamento farmacologico. Farmaco coniugato Agente direzionate Agente diagnostico Recettore o antigene anovettore direzionato Cellula bersaglio

10 anovettori convenzionali Targeting Passivo anovettori direzionati Targeting Attivo anovettori direzionati con agenti diagnostici Farmaco disperso Farmaco coniugato Anticorpo specifico Ligando selettivo Agente diagnostico

11 Vantaggi nell utilizzo di nanovettori I nanosistemi hanno il vantaggio di amplificare notevolmente il segnale dell agente diagnostico. Permettono la realizzazione di agenti teragnostici. Consentono la combinazione di diversi traccianti e quindi la simultanea rivelazione con diverse tecniche diagnostiche. Tracciante anovettore direzionato veicolante agenti diagnostici anovettore teragnostico anovettore veicolante diversi traccianti

12 Progettazione di anovettori utili nella diagnosi Sintesi Polimero di interesse farmaceutico spaziatore Coniugato polimerico Formulazione Agente direzionante Agente diagnostico anovettore direzionato veicolante agenti diagnostici

13 Progettazione di anovettori utili nella diagnosi X Y R 1 Z H CH 3 m PLGA n H H H H SC H H R 2 Ligandi del recettore mitocondriale TSP H H H 2 H H H 3 C Chitosano n FITC

14 Il TSP è sovra-espresso a livello della microglia attivata. Il TSP è sovra-espresso in alcuni tumori (es. glioma, cancro al seno) e il grado di sovra-espressione è correlabile alla malignità dello stesso tumore. Pertanto i ligandi di tale proteina sono utili nell imaging di patologie neurodegenerative come il Morbo di Parkinson e di Alzheimer e di alcuni tumori.

15 Cl Cl CH 3 n n H S H C 2 H H Cellule di glioma di ratto C6 incubate per 24 h a 37 C in atmosfera al 5% di C 2 in presenza di A) 7 µm di FITC e B) 7 µm di coniugato polimerico (la concentrazione è riferita al FITC veicolato).

16 Cl Cl CH 3 n n H S H C 2 H H Formulazione Immagine TEM di un campione di nanoparticelle

17 Variazione dell intensità della fluorescenza delle anoparticelle durante l attivazione della microglia. La co-localizzazione del tracciante mitocndriale con la fluorescenza dei sistemi nanoparticellari indicano che quest ultimi sono in grado di legare il mitocondrio Tempo (min)

18 CCLUSII Le nanotecnologie farmaceutiche consentono la realizzazione di nanovettori utili nella diagnosi precoce. I nonovettori sono estremamente versatili in quanto in grado di veicolare contemporaneamente agenti diagnostici, terapeutici, direzionanti selettivi e contestualmente di monitorare la risposta del trattamento farmacologico. I nanosistemi, mediante targeting passivo, sono in grado di accumularsi preferenzialmente in alcuni tumori attraverso l effetto EPR rendendo più efficace il trattamento terapeutico e migliorando notevolmente la qualità delle immagini diagnostiche. I nanosistemi direzionati (targeting attivo) consentono di visualizzare eventi biologici e processi in organismi viventi.