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 ed N-acetilglucosamina, è un costituente fondamentale della matrice extracellulare. Grazie alle sue proprietà biologiche, l’HA ha trovato applicazione per la produzione di scaffold nella medicina rigenerativa. Il GG è un polisaccaride anionico prodotto da Sphingomonas elodea. È composto da unità tetrasaccaridiche costituite da α-L-ramnosio, acido β-D-glucuronico e β-D-glucosio (due unità). Il GG si disperde in acqua ad alte temperature (≈90°C), raffreddando va incontro ad una transizione coil-elica producendo un idrogel fisico. Il GG ha proprietà ionotropiche e reticola in presenza di cationi bivalenti (Ca²⁺, Mg²⁺). La necessità di riscaldare e l’elevata temperatura alla quale avviene la gelificazione restringono le possibilità di impiego farmaceutico e biomedico del GG limitando la possibilità di caricare farmaci termolabili e cellule. Da questo punto di vista il GG risulta meno sfruttabile per applicazioni biomediche se paragonato ad altri polisaccaridi ionotropici. In questa comunicazione sono descritte le proprietà di alcuni derivati alchilici dell’HA e del GG. E’ stato sintetizzato e caratterizzato un derivato alchilico dell’HA in grado di gelificare in dipendenza della forza ionica del mezzo acquoso. Viene descritta la possibilità di controllare le proprietà reologiche della dispersione polimerica del derivato alchilico dell’HA grazie alla formazione di complessi di inclusione con la β-idrossipropilciclodestrina (HPCD). La reversibilità della complessazione delle porzioni alchiliche con le HPCD e la reticolazione fisica indotta dall’aggregazione delle porzioni idrofobiche in mezzi a differente forza ionica è stata analizzata tramite oscillation frequency sweep test. Sono state altresì standardizzate le procedure di fabbricazione di nanoparticelle e fibre micrometriche tramite tecnica microfluidica utilizzando tale derivato alchilico dell’HA, illustrando la sua potenziale applicazione per il drug delivery e la medicina rigenerativa.  Una serie di derivati alchilici del GG è stata preparata attraverso una procedura di sintesi semplice e riproducibile. L’effetto sulla gelificazione dovuto all’inserzione di tali porzioni idrofobiche è stato studiato tramite analisi reologica. E’ stato possibile discriminare tra l’interferenza sul meccanismo di gelificazione coil-elica (tipico del gellano) e l’effetto di aggregazione idrofobica indotto dalle porzioni alchiliche. E’ stata analizzata l’influenza della lunghezza delle catene e dell’entità di funzionalizzazione sulla transizione coil-elica e sulla sua dipendenza dalla temperatura, così come sulle proprietà di crosslinking ionotropico. Infine è stata dimostrata la possibilità di utilizzare la procedura microfluidica per la produzione di biomateriali a base di tali derivati alchilici del GG.

Parole chiave acido ialuronico, gellan gum, microfluidica

 Abstract The insertion of hydrophobic tails on some biocompatible polysaccharides has been performed to improve their physicochemical properties, tuning viscoelastic behavior, hydrolytic and mechanical resistance, and producing derivatives better suitable for processing. Hyaluronic acid (HA) and gellan gum (GG) are two examples of polysaccharides that have found applications in pharmaceutical and biomedical fields. HA is a linear polysaccharide composed of repeating D-glucuronic acid and N-acetyl-D-glucosamine units and exists in the extracellular matrix with a molecular weight ranging from 10³ to 10⁷ Da. Thanks to its biological properties, HA has found applications for the production of scaffolds to support cell growth or for cellular delivery to damaged tissues or organs. GG is a microbial anionic polysaccharide produced by Sphingomonas elodea. It is composed of tetra-saccharide repeating units (one of α-L-rhamnose, one of β-D-glucuronic acid and two β-D-glucoses). GG is mostly used in the food industry and is approved as a food additive worldwide. Thanks to its biocompatibility and low cytotoxicity, GG has been also investigated for biomedical engineering applications. High temperatures (≈90°C) are needed to dissolve GG, then upon cooling GG undergoes a coil-to-helix transition producing double helix crosslinked hydrogels. The GG gelation is promoted by the ionotropic crosslinking in the presence of divalent cations Ca²⁺ or Mg²⁺ This thermo-dependent gelation process restricts pharmaceutical and biomedical employ of GG. In particular, loading of thermolabile drugs as well as cell entrapment are strongly hindered, making GG less attractive if compared to other ionotropic polysaccharides. In this communication the properties of some HA-alkyl and GG-alkyl derivatives have been described. In particular a HA-alkyl derivative having ionic strength sensitive properties has been synthesized and characterized. The control of the rheological properties of polymer aqueous dispersion by formation of inclusion complexes with hydroxypropyl-β-cyclodextrins (HPCD) has been described. Reversibility of alkyl/HPCD complexation and physical crosslinking has been  detected in media with different ionic strength through oscillation frequency sweep tests.

Nanogels and micrometric fibers have been fabricated through microfluidic procedure. Potential application of HA-alkyl derivative for drug delivery and regenerative medicine has been discussed. GG-alkyl derivatives have been synthesized by a simple and reproducible chemical procedure; the effect of the insertion of hydrophobic tails on gelation mechanism has been detected by a rheological analysis, discriminating between the interference on coil-to-helix crosslinking  and the associative effect mediated by the hydrophobic portions. The influence of the length of pendant chains and degree of functionalization on water solubility, as well as on thermosensitive coil-to-helix transition and on ionotropic crosslinking has been detected. The employ of GG-alkyl derivatives for biomaterial production via microfluidic procedure has been finally demonstrated.

Keywords hyaluronic acid, gellan gum, microfluidics