pantarei@sir-reologia.com

Caratterizzazione del processo di compressione di materiali farmaceutici: approcci empirici e reologici

Sommario Le compresse, la forma farmaceutica più diffusa, sono preparate mediante il processo di compressione, tramite il quale due punzoni esercitano una pressione su miscele di polveri o granuli caricati all’interno di uno spazio confinato. Nonostante l’apparente semplicità del processo, esso non è esente da problematiche che in alcuni casi lo rendono di difficile applicazione. In particolare, la buona riuscita […]

I globuli rossi influenzano il trasporto dei drug carrier nella microcircolazione

Sommario Nonostante i numerosi studi nel campo delle nanotecnologie per la progettazione di nano-terapeutici, le barriere biologiche al trasporto di farmaci incontrate nella circolazione sanguigna rappresentano un grande problema, impedendo l’efficiente trasporto del farmaco ai tessuti/organi danneggiati. Uno degli step fondamentali del viaggio della microparticella verso il target è il trasporto nella microcircolazione sanguigna, dove avviene l’interazione con le cellule […]

Polisaccaridi funzionalizzati con porzioni alchiliche: sintesi, caratterizzazione reologica ed applicazioni biomediche

Sommario L’introduzione di catene idrofobiche sul backbone polimerico di alcuni polisaccaridi è stata utilizzata al fine di migliorare o modulare, le proprietà viscoelastiche, la resistenza idrolitica e le performance meccaniche. L’acido ialuronico (HA) ed il gellan gum (GG) sono due polisaccaridi che trovano applicazione in campo farmaceutico e biomedico. L’HA è un polisaccaride lineare costituito da unità ripetitive di acido D-Glucuronico […]

Uso combinato della reologia e dell’NMR a basso campo per la caratterizzazione di matrici polimeriche

Sommario, Molte matrici polimeriche hanno una struttura reticolare tridimensionale formata dalle catene che non possono essere singolarmente disciolte in quanto vincolate tra loro da legami chimici o fisici. In generale, sia le proprietà macroscopiche che quelle micro- e nanoscopiche delle matrici polimeriche possono giocare un ruolo importante per le applicazioni biomediche. Ad esempio, è stato recentemente osservato che, nel caso […]

Idrogeli intelligenti e sistemi autoassemblanti per applicazioni nel rilascio controllato e nella medicina rigenerativa

Sommario Gli idrogeli sono sistemi costituiti da una rete tridimensionale di catene di polimeri che possono rigonfiare in presenza di acqua o fluidi fisiologici. Grazie alle loro peculiari proprietà, come il loro alto contenuto di acqua e il possibile controllo sulla cinetica di rigonfiamento, gli idrogeli hanno attirato grande interesse per diverse applicazioni biomediche (Borzacchiello et al., Biomaterials from nature […]

Studi reologici come strumento di valutazione delle proprietà macroscopiche dei sistemi vescicolari e del loro effetto sulla pelle

Sommario I liposomi sono vescicole lamellari nanometriche di forma sferica che si ottengono a partire dai fosfolipidi che, in ambiente acquoso, si organizzano in doppi strati chiusi su sé stessi così da limitare il contatto delle porzioni idrofobiche con il mezzo esterno. Possono essere formate da uno o più doppi strati e sono in grado di incorporare e trasportare molecole […]

Idrogel polisaccaridici per applicazioni biomediche: proprietà e caratterizzazione reologica

Sommario Gli idrogel polisaccaridici rappresentano una importante classe di materiali fra quelli utilizzati nel mondo della salute poiché, grazie alla loro preponderante componente acquosa e ad una generale biocompatibilità della componente polimerica, sono in grado di interagire in modo positivo con i sistemi cellulari. Inoltre, essendo in grado di mimare la componente extracellulare meglio di molti altri sistemi sintetici, tali […]

Proprietà reologiche di idrogel polimerici contenenti nanoparticelle

Sommario Da lungo tempo gli idrogel polimerici sono stati oggetto di studio scientifico e hanno trovato largo impiego in campo biomedico e farmaceutico, mentre solo in tempi recenti si è sviluppato un crescente interesse per le possibili applicazioni di nanoparticelle di tipo diagnostico e terapeutico. Negli ultimi 10 anni, anche al fine di superare i limiti o i problemi legati […]

L’analisi reologica nello sviluppo di formulazioni liquide mucoadesive e/o gelificabili in situ

Sommario Con il termine mucoadesione si intende l’adesione di un materiale a una mucosa o ad una superficie rivestita da muco. Le formulazioni mucoadesive, permettendo una prolungata permanenza del farmaco veicolato al sito d’azione o assorbimento, sono in grado di migliorare la disponibilità/bio-disponibilità dello stesso. Il fenomeno della mucoadesione viene conside-rato come il risultato di due fasi: nella prima fase si […]

La caratterizzazione reologica nello sviluppo di un cerotto transdermico

Sommario I cerotti transdermici sono forme farmaceutiche adesive a rilascio prolungato destinate ad essere applicate sulla pelle. Per assicurare il corretto assorbimento del principio attivo devono permetterne il rilascio ed aderire alla pelle per l’intera durata del trattamento. Infatti, se il cerotto si solleva o si stacca parzialmente, l’assorbimento del principio attivo è ridotto e il trattamento può risultare inefficace. […]

Estrusione e stampaggio dei materiali polimerici termoplastici applicati allo sviluppo di nuove forme di dosaggio: reologia e processabilità del materiale

Sommario Negli ultimi anni l’interesse verso l’uso di materiali polimerici termoplastici e delle relative tecnologie di trasformazione per la realizzazione di nuovi sistemi di dosaggio di farmaci è molto cresciuto, in virtù della grande varietà di forma e dimensioni dei prodotti ottenibili. La corretta progettazione di un manufatto in materiale polimerico non può prescindere dall’ottimizzazione del processo di trasformazione coinvolto, […]

Estrusione e stampaggio dei materiali polimerici termoplastici applicati allo sviluppo di nuove forme di dosaggio: sistemi capsulari

Sommario Molti tra i materiali di comune impiego nella formulazione di forme farmaceutiche convenzionali e sistemi di rilascio sono polimeri termoplastici, potenzialmente lavorabili attraverso processi a caldo. L’introduzione in campo farmaceutico di tecniche di fabbricazione ampiamente impiegate per le plastiche, come estrusione a caldo (hot melt extrusion, HME), stampaggio ad iniezione (injection moulding, IM), stampa 3D mediante estrusione (fused deposition […]

Primo Workshop SIR-CRS sul tema “Reologia e sviluppo di medicinali: due mondi a confronto”

Il prossimo 15 dicembre si terrà a Roma, presso la Domus Australia, il primo Workshop SIR-CRS sul tema “Reologia e sviluppo di medicinali: due mondi a confronto”. Come accade per altri settori, anche in campo farmaceutico e biomedico la reologia può svolgere un ruolo importante, aiutando a comprendere fenomeni e compor-tamenti osservati, per affrontare e risolvere pro-blemi di carattere tecnologico/applicativo, […]

- I globuli rossi influenzano il trasporto dei drug carrier nella microcircolazione

Rosa D’Apolito, Giovanna Tomaiuolo, Stefano Guido
Università degli Studi di Napoli Federico II - Dipartimento di Ingegneria Chimica, dei Materiali e della Produzione Industriale, Piazzale Tecchio 80, Napoli, I-80125
Codice ISBN: 978-88-904912-9-0

Scarica Abstract

Sommario Nonostante i numerosi studi nel campo delle nanotecnologie per la progettazione di nano-terapeutici, le barriere biologiche al trasporto di farmaci incontrate nella circolazione sanguigna rappresentano un grande problema, impedendo l’efficiente trasporto del farmaco ai tessuti/organi danneggiati. Uno degli step fondamentali del viaggio della microparticella verso il target è il trasporto nella microcircolazione sanguigna, dove avviene l’interazione con le cellule del sangue.

Il sangue è un fluido non-Newtoniano composto principalmente di globuli rossi (GR), caratterizzati da un’elevata deformabilità (Tomaiuolo, Biomicrofluidics 2014). Nella microcircolazione (vasi con diametro inferiore ai 300 mm) i GR tendono ad addensarsi verso il centro del vaso sanguigno a causa di interazioni idrodinamiche con le pareti, lasciando vicino ad esse uno strato di plasma privo di cellule, detto cell-free layer (CFL) (Kumar and Graham, Soft Matter 2012). In analogia con globuli bianchi e piastrine, anche i drug carriers tendono ad accumularsi nel CFL (Tilles and Eckstein, Microvascular research 1987), in un fenomeno noto come marginazione, che rappresenta un tema centrale nell’ambito del drug delivery, in quanto il legame tra drug carriers e tessuti bersaglio può avvenire solo in seguito ad una diretta interazione tra particelle e pareti dei vasi.

Qui, viene presentata una metodologia basata su tecniche microfluidiche, microscopia confocale ed analisi delle immagini finalizzata allo studio dell’influenza dei GR sulla marginazione di micro-particelle. Sono stati valutati i meccanismi che regolano il trasporto di GR e di particelle nella microcircolazione, valutando gli effetti del flusso di GR e delle caratteristiche delle particelle stesse (dimensione, forma, carica superficiale) sulla loro marginazione. E’ stato osservato che, in assenza di GR, le micro-particelle mostrano una distribuzione uniforme lungo il piano diametrale del capillare, muovendosi con la stessa velocità del fluido sospendente mentre, in presenza di GR, tendono a migrare verso le pareti del capillare, accumulandosi nel CFL (Fig.1) (D’Apolito et al., J Control Release 2015). In particolare, particelle sferiche di 3 μm mostrano una propensione alla marginazione superiore rispetto alle sfere da 1 μm, in accordo con lavori che confermano che la dimensione ottimale ai fini della marginazione è di circa 2-3 μm (Mueller et al. 2014). Inoltre, si è dimostrato che carrier sferici e discoidali hanno una maggiore propensione alla marginazione rispetto a quelli a bacchetta, e che la carica superficiale dei carrier non ne influenza la marginazione. Infine, si è visto che la percentuale di particelle sferiche nel CFL aumenta all’aumentare della shear rate (D’Apolito et al., Current drug delivery 2017).

Parole chiave marginazione, globuli rossi, drug delivery, microparticelle

Abstract Despite the efforts made in the design and functionalization of nanotherapeutics, the biological barriers to drug transport in microcirculation represent a big issue, preventing the delivery of drug to damaged organ/tissue. In fact, after the injection within blood stream and before reaching the diseased cells, drug carriers have to penetrate the barriers present in the body, undergoing a long journey, even defined as an odyssey in a recent paper. One of the key step of the journey is the transport in microcirculation, where drug carriers interact with blood cells. In fact, at the micro-scale of carriers, blood cannot be considered as a homogeneous fluid but as a concentrated suspension of red blood cells (RBCs), which represent the large majority of blood cells. RBCs are deformable objects (Tomaiuolo, Biomicrofluidics 2014) which, in the Poisueille flow occurring in microvessels, are pushed away from vessel wall by a wall-induced lift enhanced by their deformability. This effect is counterbalanced by the shear-induced diffusion that arises due to cell-cell collisions. This leads to RBC migration towards vessel centerline, creating a RBC-rich core in the center of the vessel and a cell-free layer (CFL) in proximity of the wall (Kumar and Graham, Soft Matter 2012; Tilles and Eckstein, Microvascular research 1987). In turn, the flow of drug carriers in the RBC-rich core is affected by their collisions with RBCs. Drug-carrier-RBC collisions cause carrier shear-induced slow diffusion in a size and shape dependent manner and, subsequently, a fast lateral displacement in the proximity of the CFL, called “waterfall effect”. The latter likely results from bypass regions through which particles can rapidly reach the CFL, which are related to the inhomogeneity of RBC spatial distribution. The combination of the slow shear induced diffusion and the fast waterfall effect leads to the phenomenon of margination.

Margination is the mechanism according to which particles migrate along vessel radius to the wall, in analogy with the behavior of platelets, which concentrate in the CFL near the wall.

Here, an in vitro systematic microfluidic investigation of RBCs in microconfined conditions is presented, focusing on the role played by RBC deformability on the interaction between flowing RBCs and drug carriers. It has been demonstrated that micro-drug carriers, when flowing with RBCs, tend to accumulate near the capillary wall. The dependence of micro-particle (m-Ps) distribution and delivery efficacy on the presence of RBCs, shear rate, particle size, shape, surface charge and stiffness has been examined. Thus, all types of m-Ps, in presence of RBCs, move at steady state with the same velocity of RBCs for a given value of the imposed shear rate. In other words, the velocity distribution along the capillary tube is governed by the presence of RBCs. Moreover, we show that margination, which is almost absent when particles are suspended in a cell-free medium, is drastically enhanced by RBCs (Fig.1) (D’Apolito et al., J Control Release 2015); we found, indeed, that most of the m-Ps lay in proximity of the walls. In particular, as the shear rate increases, the m-Ps concentration near the wall increases. The margination is also affected by m-Ps size and shape, larger spherical/discoid particles being more effectively marginated both in vitro and in vivo. m-Ps with different surface charge, instead, show a comparable margination propensity, suggesting that the presence of RBCs governs suspension flow behavior independently on m-Ps surface properties (D’Apolito et al., Current drug delivery 2017).

 Keywords margination, red blood cells, drug delivery, micro-particles


Scarica Abstract