Nuove nanoparticelle polimeriche mucoadesive come veicolo per il trasporto di farmaci attraverso la mucosa gastrointestinale

Scopo del lavoro: preparare nanoparticelle polimeriche mucoadesive adatte a veicolare i farmaci in esse incapsulati attraverso la mucosa gastrointestinale. Metodi: Sono stati preparati derivati del chitosano, caratterizzati da piccole catene laterali formate da gruppi ammonici quaternari adiacenti, a partire da chitosano da noi depolimerizzato. E’ stato studiato l’effetto della temperatura di reazione sulla struttura dei derivati e sulla sua riproducibilità. La reazione condotta a 50 o 60°C è risultata riproducibile (sigla dei polimeri, N+-rCh-60 e N+-rCh-50) . Successivamente sono stati introdotti su N+-rCh-60 e N+-rCh-50 gruppi tiolici attraverso la formazione di legami ammidici con acido tioglicolico per ottenere N+-rCh-60-SH e N+-rCh-50-SH. I polimeri sono stati resi fluorescenti per reazione con fluoresceina isotiocianato. Con i derivati N+-rCh-60-SH e N+-rCh-50-SH e gli stessi fluoresceinati sono state preparate nanoparticelle per reticolazione ionotropica con acido ialuronico da noi depolimerizzato. Le nanoparticelle sono state caratterizzate per dimensioni e potenziale zeta. La dispersione nanoparticellare è stata liofilizzata. La stabilità della dispersione nanoparticellare è stata valutata nell’arco di 24 ore, inoltre è stata valutata la stabilità del liofilizzato nell’arco di un mese. Le nanoparticelle fluoresceinate sono state utilizzate per valutare la loro mucoadesività ex vivo su intestino di ratto isolato. E’ stata valutata la vitalità di cellule endoteliali progenitrici (sigla, EPC) messe a contatto con una dispersione nanoparticellare preparata a partire da N+-rCh-60-SH (sigla, NP1) e da N+-rCh-50-SH (sigla, NP2). La vitalità è stata testata con il saggio WST-1, basato sulla riduzione dei Sali di tetrazolio da parte della deidrogenasi mitocondriale presente nelle cellule vive. E’ stato inoltre valutato l’effetto protettivo di NP1 e NP2 sulla vitalità cellulare di EPC sottoposte a stress ossidativo. Per questo le EPC venivano trattate per 3 o 12 ore con ciascuna dispersione nanoparticellare e successivamente per 1 ora con H2O2 1 mM. E’ stata valutata con microscopio a fluorescenza l’internalizzazione di NP1 e NP2 fluoresceinate in EPC. Risultati: le dimensioni medie delle nanoparticelle determinate immediatamente dopo la loro preparazione, 24 ore dopo, e dopo ridispersione dei loro liofilizzati erano sempre comprese tra 270-370 nm. Il potenziale zeta di NP1 e NP2 era +3.7 e +12.5, rispettivamente. Il contenuto di tioli delle nanoparticelle non era significativamente diverso da quello dei rispettivi polimeri costituenti, probabilmente perché durante la preparazione delle nanoparticelle non si aveva ossidazione e non si formavano ponti disolfuro tra le catene polimeriche. Le nanoparticelle sono risultate stabili per 24 ore come tali e dopo un mese dalla loro liofilizzazione e ridispersione. Le nanoparticelle sono risultate mucoadesive grazie alla presenza sulla superficie di cariche positive così come dimostrato dalla misura del potenziale zeta, e dalla presenza di gruppi tiolicici residui che possono formare ponti disolfuro con i residui tiolici presenti sul muco. Dopo 3 ore di incubazione con EPC entrambi i tipi di nanoparticelle venivano parzialmente internalizzate dalle cellule; le NP1 venivano internalizzate maggiormente rispetto alle NP2. Questa differenza può essere correlata alla maggiore carica superficiale positiva delle NP1 rispetto alle NP2. Le immagini acquisite dopo 12 ore di incubazione mostravano il progredire dell’internalizzazione che ancora appariva più avanzata con le NP1 rispetto alle NP2. Gli studi di citotossicità hanno mostrato che l’incubazione delle EPC con entrambi i tipi di nanoparticelle per 3 o 12 ore non comprometteva la vitalità cellulare. In effetti, i risultati indicano che la vitalità delle cellule EPC incubate con NP1 addirittura migliora. Questi risultati sono la conferma dell’efficace internalizzazione delle NP1 da parte delle EPC. Una volta internalizzate dalle EPC, le nanoparticelle proteggevano le cellule dallo stress ossidativo probabilmente a causa dell’attività antiossidante dei loro tioli. Conclusioni: la dispersione nanoparticellare liofilizzata può essere considerata una formulazione maneggevole per applicazione orale, dal momento che può essere inserita in capsule gastro-resistenti e il nanosistema può essere rigenerato quando il liofilizzato entra in contatto con i fluidi fisiologici del tratto gastrointestinale

Innovative pharmaceutical systems based on chitosan and its derivatives

Various chemical modifications of chitosan have been studied in order to improve its solubility and applications. Attempts to introduce positive charge on the polymer chain appeared to be rational. Moreover, the introduction of thiol groups on the unsubstituted primary amino groups of chitosan-ammonium quaternary conjugates, led to water-soluble thiomers. The thiol groups are supposed to give exchange reactions with disulfide bonds within the mucus or oxidation reactions with cysteine-rich subdomains of mucus, both resulting in the formation of disulfide bonds, which improve the polymer mucoadhesivity. Nanoparticles prepared from this type of chitosan derivatives were supposed to be themselves mucoadhesive and apt to make nanocarriers for drug delivery. In the light of the above information, in this thesis, different pharmaceutical applications of chitosan and its derivatives, and nanoparticles based on these polymers have been evaluated

Role of nanostructured aggregation of chitosan derivatives on [5-methionine]enkephalin affinity

Affinities of quaternary ammonium-chitosan conjugates, their thiolated derivatives and corresponding nanostructured aggregates towards the hydrophilic drug [5-methionine]enkephalin were compared by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopic methods based on proton selective relaxation rate measurements. Nanoaggregates showed enhanced drug affinity in comparison with corresponding polymers, especially in the case of thiolated systems

Green bean biofortification for Si through soilless cultivation: Plant response and Si bioaccessibility in pods

Food plants biofortification for micronutrients is a tool for the nutritional value improvement of food. Soilless cultivation systems, with the optimal control of plant nutrition, represent a potential effective technique to increase the beneficial element content in plant tissues. Silicon (Si), which proper intake is recently recommended for its beneficial effects on bone health, presents good absorption in intestinal tract from green bean, a high-value vegetable crop. In this study we aimed to obtain Si biofortified green bean pods by using a Si-enriched nutrient solution in soilless system conditions, and to assess the influence of boiling and steaming cooking methods on Si content, color parameters and Si bioaccessibility (by using an in vitro digestion process) of pods. The Si concentration of pods was almost tripled as a result of the biofortification process, while the overall crop performance was not negatively influenced. The Si content of biofortified pods was higher than unbiofortified also after cooking, despite the cooking method used. Silicon bioaccessibility in cooked pods was more than tripled as a result of biofortification, while the process did not affect the visual quality of the product. Our results demonstrated that soilless cultivation can be successfully used for green bean Si biofortification

Chitosan-Based Nanoparticles Containing Cherry Extract from Prunus avium L. to Improve the Resistance of Endothelial Cells to Oxidative Stress

Cherries are known for their nutraceutical properties, in particular for their antioxidant ability due to their polyphenol content, which causes a reduction of cardiovascular disease (CVD) risk factors. However, once ingested these molecules are degraded in the Gastrointestinal (GI) tract before reaching the blood, which is the action site. The object of the present work is to evaluate the ability of cherry extract (CE), encapsulated in nanoparticles (NPs) based on different chitosan (Ch) derivatives, to promote a protective effect of human umbilical vein endothelial cells (HUVECs) involved in vascular dysfunction against oxidative stress. CE-loaded NPs based on quaternary ammonium chitosan (NP1) and an S-protected thiolated derivative thereof (NP2) were prepared. The mean particle size (NP1 344.9 ± 17.8, NP2 339.9 ± 68.2 nm), the polydispersity index, the encapsulation efficiency (NP1 78.4 ± 4.5, NP2 79.8 ± 0.6%), and the zeta potential (NP1 14.8 ± 0.3, NP2 15.8 ± 0.5 mV) did not appear to be significantly different. Both NP types improved the CE apparent permeation parameters with respect to the control. Conversely, CE-loaded NP2 protected HUVECs from oxidative stress and reduced reactive oxygen species (ROS) production more than CE-loaded NP1 and free CE. In addition to promoting HUVEC resistance, NP2 could be a useful tool to overcome the problem of cherry seasonality