Micro e Nanosistemi per la Veicolazione di Farmaci Stefano Giovagnoli Ph.D. Sezione di Tecnologie Farmaceutiche, Facoltà di Farmacia

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1 Micro e Nanosistemi per la Veicolazione di Farmaci Stefano Giovagnoli Ph.D. Sezione di Tecnologie Farmaceutiche, Facoltà di Farmacia 20 Aprile 2012

2 Prima parte- Breve descrizione generale Seconda parte- Brevi esempi applicativi di sistemi microparticellari e nanoparticellari

3 1) Descrizione generale Micro e Nanocarriers Microparticelle Nanoparticelle a) Strutture capsulari b) Strutture capsulari polinucleata c) Strutture matriciale continua Materiali: Polimeri biodegradabili, Lipidi, Metalli G. Orive et al., BBA - Reviews on Cancer,1806(1), 2010,

4 1) Descrizione generale Perchè micro e nanoparticelle per la veicolazione di farmaci? Rilascio controllato Veicolazione di un agente terapeutico a velocità controllata ed estesa nel tempo: Localizzazione del farmaco vicino al sito di azione Direzionamento sito-specifico rispetto ad un determinato target Modifica della farmacocinetica: riduzione della dose, frequenza di somministrazione ed effetti collaterali Migliore compliance da parte del paziente Maggiore efficacia terapeutica

5 1) Descrizione generale Metodi di preparazione Metodi Chimici: Polimerizzazione all interfaccia Reticolazione chimica Metodi Fisici: Coacervazione di fase Metodi di emulsione-estrazione/evaporazione del solvente Metodi di omogenizzazione- hot melt Omogenizzazione ad alta pressione- hot melt Spray-drying Spray congealing

6 1) Descrizione generale Considerazioni generali Caratteristiche del farmaco: Indice terapeutico (potenza) Solubilità Problemi farmacocinetici Caratteristiche del carrier: Morfologia Dimensione Biocompatibilità Biodegradabilità Impiego microparticelle: applicazione locale (sistemi depot o reservoir) Impiego nanoparticelle: applicazione sistemica, drug targeting (sistemi sito-specifici), agenti diagnostici

7 2) Brevi esempi applicativi di sistemi microparticellari e nanoparticellari A) Microparticelle per uso inalatorio B) Microparticelle per il rilascio controllato di enzimi nel trapianto di cellule C) Nanoparticelle per brain targeting D) Nanoparticelle come agenti diagnostici

8 1) Microparticelle per uso inalatorio- trattamento delle infezioni polmonari Caratteristiche aerodinamiche Dimensione (d g ) Densità (r p ) Forma (χ)

9 Preparazione Metodi: polimeri PLA, PLGA convenzionali emulsione/evaporazione del solvente Spray-drying nebulizzatore Potenzialmente scalabile Camera di essiccamento Produzione di polveri secche per uso inalatorio Ciclone di raccolta

10 Morfologia e caratteristiche aerodinamiche Low porous microparticles Large porous microparticles Spray-dried Doppia emulsione A/O/A VMD = 4-5 μm Dae < 3 μm VMD = μm Giovagnoli et al., Int. J. Pharm, 2007, 333,

11 Distribuzione del farmaco sulla superficie delle particelle Analisi EDX qualitativa Particelle di PLA caricate con un complesso capreomicina -palladio

12 Polveri secche- microparticelle di solo farmaco Micronizzazione tramite spray-drying Farmaco Capreomicina Dae = 1.5 μm

13 Cellule THP-1 Microparticelle e targeting intracellulare- Interazione delle microparticelle con macrofagi alveolari Macrofagi alveolari murinici NR8383 Microparticelle PLGA con capreomicina marcate con FITC

14 2) Microparticelle per il rilascio controllato di enzimi nel trapianto di cellule Organi bioibridi per il trattamento del diabete mellito di tipo I ALG-PLO-ALG microcapsules Microsfere coincapsulate con l isola pancretica NPIs m Islet La risposta avversa al trapianto può inficiarne il funzionamento

15 Rilascio controllato di SOD Giovagnoli S., et al., Pharm Res (2010).

16 Effetto del rilascio controllato di SOD sulla risposta dell ospite Blank SOD MS Giovagnoli S., et al., Pharm Res (2010).

17 Espressione di cellule sulle MP recuperate The percentages relate to the fractions of cell population expressing the relative marker collected at each timepoint. The CD11b+ (between brackets) are subpopulation of the F4/80+ cells. Giovagnoli S., et al., Pharm Res (2010).

18 3) Drug Targeting- Brain Particelle lipidiche - Solid Lipid Nanoparticles SLN modificate in superficie con P80 Meccanismo di uptake nel cervello mediato da recettore Blasi et al., Adv. Drug Deliver. Rev., 2007, 59,

19 Morfologia Immagini TEM SLN P80

20 Uptake nel cervello di ratto SLN-P80 marcate con rosso del nilo: Colorazione diffusa ed intensa del cervello dopo 24 ore dall iniezione

21 Nanocarriers- Diagnostici Nanoparticelle per uso diagnostico NP metalliche: Alta capacità di biodistribuirsi Elevata penetrazione a livello del CNS specialmente se inalate G. Orive et al., BBA - Reviews on Cancer,1806(1), 2010,

22 Nanoparticelle metalliche- ferro NP ferro metallico

23 Conclusioni 1) Micro e nanocarriers possono migliorare in modo fondamentale l efficacia terapeutica 2) Sono sistemi versatili che possono essere modificati sulla base della scelta del materiale e della morfologia 3) L opportuna modifica delle caratteristiche morfologiche e di superficie può garantire una sito-specificità in grado di ridurre fortemente gli effetti avversi 4) La caratterizzazione morfologica e dimensionale è fondamentale per stabilire il potenziale destino di questi sistemi nell organismo

24 Gruppo di Ricerca Sezione di Tecnologie Farmaceutiche Maurizio Ricci Valeria Ambrogi Cristina Tiralti Luana Perioli Stefano Giovagnoli Paolo Blasi Aurelie Schoubben