Sistemi microparticellari per la veicolazione di farmaci e cellule

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1 Sistemi microparticellari per la veicolazione di farmaci e cellule Theodora Chlapanidas, Sara Perteghella e Maria Luisa Torre Bressanone, settembre 2013

2 Veicolazione di farmaci sicurezza efficacia Produzione in GMP Good Manufactoring Practice liberazione rilascio controllato

3 Rilascio controllato

4 Veicolazione di cellule Procedimenti tecnologici citocompatibili temperatura, ph, pressione osmotica, solventi organici conservazione crioconservazione Torre et al, 1998 Calcium alginate beads containing an hydrophilic polymer for the encapsulation of swine spermatozoa, S.T.P. Pharma

5 Veicolazione di cellule Colture cellulari coltura La sopravvivenza e la proliferazione della maggior parte delle cellule dei tessuti umani sono ancoraggio-dipendente

6 Somministrazione di cellule razionale Rigenerazione di tessuti Terapia locale Terapia sistemica

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8 microsfere microcapsule Piccole particelle contenenti un principio attivo supportato o rivestito da un materiale polimerico

9 Campi di applicazione

10 frequenza MORFOLOGIA SFERICA DISTRIBUZIONE DIMENSIONALE MONOMODALE DISPERSIONE MINIMA dimensioni

11 Criteri di classificazione strutturali microcapsule (sistemi reservoir) microsfere (sistemi matriciali) storici vettori di prima, seconda e terza generazione meccanismo di direzionamento passivo, attivo, fisico

12 Struttura dei sistemi microparticellari

13 La morfologia e il tipo di biomateriale impiegato determinano la cinetica di liberazione dai sistemi microparticellari

14 Microcapsule, sistemi reservoir: cinetica di liberazione Diffusione: legge di Fick dm/dt=-ds dc/dx dm/dt = velocità di diffusione D = costante di diffusione S = superficie dc/dx = gradiente di diffusione a cavallo della membrana dx = spessore della membrana

15 Microsfere: sistemi matriciali o monolitici INERTI NON BIODEGRADABILI BIOERODIBILI: HYDROGEL BIODEGRADABILI

16 Microsfere inerti: diffusione dm/dt=-ds dc/dx COL PASSARE DEL TEMPO aumenta il percorso diminuisce la superficie diminuisce la velocità di liberazione

17 Microparticelle Biodegradabili La velocità di rilascio dipende dalla velocità di degradazione del polimero

18 Microsfere bioerodibili: hydrogel La velocità di rilascio dipende dalla velocità di idratazione, rigonfiamento, erosione, diffusione

19 Materiali impiegati per la preparazione di sistemi microparticellari inattività farmacologica biocompatibilità compatibilità chimica e fisica con principi attivi stabilità sterelizzabili

20 Criteri di classificazione strutturali microcapsule (sistemi reservoir) microsfere (sistemi matriciali) storici vettori di prima, seconda e terza generazione meccanismo di direzionamento passivo, attivo, fisico

21 VETTORI DI PRIMA GENERAZIONE Forme farmaceutiche iniettabili a rilascio controllato

22 VETTORI DI SECONDA GENERAZIONE Somministrazione intravasale direzionamento passivo Collocazione spaziale in funzione delle dimensioni e delle proprietà superficiali direzionamento fisico Collocazione spaziale IN RISPOSTA a cambiamenti di ph, di temperatura, forza ionica o campo magnetico esterno

23 Direzionamento passivo: dimensioni

24 Direzionamento passivo: proprietà superficiali Diffusione passiva attraverso l endotelio neoplastico iperpermeabile

25 Direzionamento fisico Torchilin Eur.J.PharmSci 11 (2000) S 81 S 91

26 Direzionamento fisico: hydrogel rigonfiabili rigonfiamento del polimero LIBERAZIONE

27 Direzionamento fisico ph dipendente: hydrogel rigonfiabili Qiu, Y et al. Adv. Drug Del. Rev. 2001,53,321

28 Direzionamento fisico: rigonfiamento glucosio-dipendente Miyata, et al., Adv. Drug Del Rev. 2002,54, 79

29 VETTORI DI TERZA GENERAZIONE FARMACO, CARRIER POLIMERICO SISTEMA DI DIREZIONAMENTO ATTIVO

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31 MICROINCAPSULAZIONE DI CELLULE ALTRE APPLICAZIONI colture cellulari produzione biotecnologica di ormoni e proteine selezione di fenotipi cellulari test di citotossicità biotecnologie riproduttive

32 DIAMETRO micrometri

33 Alginato

34 The egg-box abundance regulates gel stiffness Gel stiffness increases with increased G/M ratio Lower stiffness Higher stiffness and ion concentration Increased ion concentration

35 The G- blocks determine an (hypothesized) EGG-BOX structure + DIVALENT ION M-BLOCK G-BLOCK Tipo di ione Composizione Egg-box Lunghezza della catena polimerica

36 Gelificazione ionotropica e coacervazione

37 LE TECNOLOGIE PREVEDONO un sistema per generare delle gocce un processo di stabilizzazione delle gocce formazione della membrana Estrusione Nebulizzazione Jet cutter Emulsificazione La distribuzione dimensionale dipende dal diametro delle gocce prodotte e dallo spessore della membrana

38 estrusione cellule + alginato di sodio Cellule immobilizzate in matrice solida Cloruro di calcio matrix-core beads

39 Galuzzi 2013, comunicazione personale

40 Multi-step method Reticolazione con poliamine/policationi matrix-core beads matrix-core/shell Dissoluzione della matrice (citrato) liquid-core/shell

41 One-step method estrusione Incapsulazione mediante complessazione interfacciale Accrescimento della membrana intorno al nucleo

42 One-step method estrusione sospensione cellulare + CaCl 2 alginato di sodio

43 D. Vigo et al., Preparation of three-dimensional mammalian ovarian follicular cells and ovarian follicle culture systems in a biocompatible matrix. European Patent EP

44 Estrusione con aghi coassiali

45 Dimensioni fino a 1 mm Dimensioni inferiori a 1 mm

46 nebulizzazione flusso d aria ugello vibrante elettrostatica Distribuzione dimensionale dipende da 1. Dimensione dell estrusore 2. Viscosità della soluzione di alginato concentrazione e peso molecolare maggior viscosità maggiori dimensioni 3. Tipo di ione gelificante maggior potere gelificante minori dimensioni

47 nebulizzazione Air flow

48 nebulizzazione Harmonically vibrating nozzle

49 nebulizzazione Nebulizzazione elettrostatica

50 Jet cutter Process carried out changing the nozzle diameter, cutting tool and inclination angle to obtain different bead size

51 Incapsulazione mediante emulsificazione + miscelazione Alginato di Na sospensione cellulare + fase oleosa cellule emulsione o/a cellule olio alginato di Ca + CaCl 2 olio alginato di Na

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