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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, […]

- Idrogel polisaccaridici per applicazioni biomediche: proprietà e caratterizzazione reologica

Pietro Matricardi
Sapienza Università di Roma, Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco, p.le Aldo Moro 5, Roma, I-00185
Codice ISBN: 978-88-904912-9-0

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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 idrogel rappresentano un buon substrato per applicazioni di ingegneria tissutale.

Nell’ambito dei polisaccaridici in grado di formare idrogel, il gellano, polisaccaride di origine microbica (Sphingomonas elodea), altamente biocompatibile e già utilizzato ampiamente nel settore biomedico ed alimentare, sta ricevendo una sempre maggiore attenzione come scaffold polimerico per applicazioni innovative. La sua struttura e le sue proprietà gli conferiscono infatti una notevole versatilità nell’ambito della realizzazione di nuovi devices.

Sfruttando la sua capacità di formare idrogel per interazione con ioni mono e bivalenti, è stato sviluppato un sistema idrogel interpenetrato con l’acido ialuronico utilizzabile per la riparazione tissutale di difetti ossei. Il sistema ha mostrato buone proprietà di resistenza meccanica e di compatibilità nei confronti di osteoblasti primari umani (Figura 1 a).

Grazie alla possibilità di modificare la idrofobicità del gellano mediante la derivatizzazione chimica del suo gruppo carbossilico, è inoltre stato possibile realizzare una nuova matrice polisaccaridica in grado di interagire con sistemi liposomiali e con sistemi micellari. In opportune condizioni sperimentali, ciascuna catena polimerica di gellano, infatti, grazie a pendagli idrofobici di colesterolo, in sospensione acquosa può interagire con la membrana di più liposomi o con la superficie di più micelle, agendo da crosslinker (Figura 1 b). Questo tipo di interazione porta alla formazione di idrogel “ibridi” che possono essere utlizzati per la veicolazione di farmaci in sistemi depot.

Lo studio delle proprietà meccaniche e reologiche di tali sistemi è un importante aspetto della caratterizzazione nelle fasi di sviluppo di nuovi idrogel in quanto consente di definire il contributo dei vari parametri che influenzano il sistema e, di conseguenza, di poterne controllare le proprietà finali, finalizzandole all’applicazione richiesta.

Parole chiave polisaccaridi, idrogel, drug delivery, ingegneria tissutale

Abstract Polysaccharide hydrogels represent an important class of materials in the field of biomedical and pharmaceutical applications because they are able to interact safely with cells due to their high water content and to a general biocompatibility of the polymer components. Being able to mimic the extracellular component better than many other synthetic systems, these hydrogels are also a good substrate for tissue engineering applications.

Among the polysaccharides able to form hydrogels, the highly biocompatible and widely used gellan, a microbial polysaccharide (from Sphingomonas elodea), widely used in the biomedical and food areas, is receiving increasingly attention as a polymer scaffold for innovative applications. It is a very versatile polymer, due to its structure and its physic-chemical properties, and can be useful in developing new devices.

By exploiting its hydrogel forming properties by interaction with mono and bivalent ions, a hydrogel system interpenetrated with hyaluronic acid for tissue repair of bone defects was developed. The system showed good mechanical resistance properties and compatibility with primary human osteoblasts (Figure 1a).

Thanks to the possibiility to modify the hydrophobicity of the gellan by the chemical derivatization of its carboxy group, it was also possible to produce a new polysaccharide matrix capable of interacting with liposomes and micellar systems. In appropriate experimental conditions, each chain of gellan, can interact with the membrane of liposomes or with the surface of micelles, by means of the hydrophobic cholesterol pendants groups, acting as a crosslinker (Figure 1b). This interaction leads to the formation of “hybrid” hydrogels that can be used for drug delivery in depot systems.

The study of the mechanical and rheological properties of these systems is an important aspect during the characterization process in the various development steps, as it allows defining the contribution of the various parameters affecting the system and, consequently, controlling the final properties, thus fulfilling the required needs.

 Keywords polysaccharide, gellan, hydrogel, drug delivery, tissue engeneering


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