Sintesi, caratterizzazione chimico-fisica ed immobilizzazione di farmaci su carrier a base di idrogel e nanoparticelle di Au, Ag - Fe/FexOy
La Prof. ssa Enza Fazio ha preso parte al Progetto Hyppocrates- “Sviluppo di Micro e Nano-Tecnologie e Sistemi Avanzati per la Salute dell’uomo” PON02_00355_2964193,  in qualità di Responsabile Scientifico delle attività riguardanti la: “Sintesi, caratterizzazione chimico-fisica ed immobilizzazione di farmaci su carrier a base di idrogel e nanoparticelle di Au, Ag - Fe/FexOy”. Le molteplici attività di sintesi e caratterizzazione, realizzate presso i laboratori di ricerca di cui sono responsabili i proff. Enza Fazio e Fortunato Neri, hanno coinvolto un nutrito gruppo di ricercatori tra cui i Dr. Salvatore Spadaro, Marco Santoro, Simona Grimato, Francesco Barreca, Giulia Neri ed Angela Scala del Dip.to CHIOBIOFARM dell’Ateneo messinese.

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Background:
I sistemi di tipo idrogel sono oggi ampiamente impiegati nella fabbricazione di capsule atte al contenimento, trasporto e rilascio controllato di molecole di farmaco o bio-molecole. Un idrogel è definito come una matrice ordinata polimerica in grado di assorbire al suo interno notevoli quantità di acqua, fino anche al 90%, pur restando insolubile nello stesso mezzo. La struttura polimerica reticolata che costituisce l’idrogel è intrinsecamente idrofila, e questa proprietà la rende particolarmente adatta all’incapsulamento di biomolecole come proteine e parti di DNA che, in presenza di terminazioni idrofobiche rischierebbero la distruzione per denaturazione. Una caratteristica di notevole rilievo è la responsività di un idrogel a determinate sollecitazioni esterne, siano esse di tipo chimico (pH, concentrazione di specifici fattori od enzimi) o fisico (temperatura, irradiamento localizzato con luce visibile o IR). Disegnando opportunamente le capsule di idrogel, in particolare modulandone le dimensioni caratteristiche e le derivazioni funzionali, è possibile massimizzare la risposta chimica e meccanica delle stesse capsule ad una data sollecitazione. Tutto ciò è ovviamente di cruciale importanza per il controllo delle modalità di rilascio locale del farmaco o della biomolecola incapsulata. A dettare le modalità di rilascio di un dato tipo di molecola incapsulata nell’idrogel sono i parametri strutturali di quest’ultimo, come il volume specifico in fase reticolata, la distanza tra punti di cross-linking adiacenti, il peso molecolare del ramo della matrice reticolata, ma anche parametri chimici come la tipologia e quantità di eventuali rami pendenti di funzionalizzazione che legano la stessa molecola incapsulata. Un ruolo importante è giocato dalla densità e dimensione dei pori e cunicoli della matrice di idrogel. Il tutto influenza in modo determinante la velocità di rilascio della molecola di farmaco o della bio-macromolecola incapsulata, probabilmente il parametro più importante da controllare per garantire l’ottimale funzionalità del dispositivo e ridurre l’incidenza di effetti indesiderati e talora pericolosi per i tessuti interessati, quali ad esempio il rilascio immediato di tutte le molecole di farmaco.

Finalità
L’attività DI R&S ha riguardato la realizzazione di una tipologia di compositi polimero/nanoparticelle metalliche destinati al rivestimento delle nanocapsule di trasporto del farmaco, con caratteristiche di rilascio graduale controllabile tramite sollecitazione di tipo ottico che induce risposta plasmonica delle nanoparticelle metalliche stesse. Inoltre sono state sintetizzate, mediante ablazione da fasci laser impulsati in acqua (PLAL), nanoparticelle di Fe/Fe ossido ad elevato momento magnetico, biocompatibili, robuste all’azione di agenti chimici e biologici di degrado, ed indirizzate al ruolo di trattori magnetici per le nanocapsule a cui saranno ancorate. La struttura stessa dell’idrogel nanocomposito e la sua stessa modulabilità per via ottica sono stati i fattori su cui si è basato lo sviluppo dei processi di immobilizzazione dei farmaci. Contestualmente, è stata realizzata una sistematica caratterizzazione fisico-chimica del dispositivo di drug delivery completo. La struttura e la morfologia dei nanocarrier sono state analizzate tramite tecniche di imaging quali TEM e soprattutto SEM, mentre le proprietà ottiche e magnetiche sono state valutate mediante tecniche spettrofotometriche e misure di magnetizzazione. Inoltre, è stata effettuata una caratterizzazione chimica completa delle micro-strutture mediante spettroscopie micro-Raman e micro-FTIR.

I risultati delle sopra descritte attività sono stati pubblicati su diverse riviste censite ISI/SCOPUS:

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