ITMI20121728A1 - Nanoparticelle a base di matrici macromolecolari biodegradabili ottenute per combinazione elettrostatica tra poliammidoammine e polisaccaridi - Google Patents
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Description
“NANOPARTICELLE A BASE DI MATRICI MACROMOLECOLARI BIODEGRADABILI OTTENUTE PER COMBINAZIONE ELETTROSTATICA TRA POLIAMMIDOAMMINE E POLISACCARIDIâ€
La presente invenzione riguarda nanosistemi a base di matrici poliammidoamminiche biodegradabili ottenute per formazione di complessi con polisaccaridi di carica netta opposta. Tali sistemi hanno una elevata stabilità in ambiente acquoso ed a pH utili per applicazioni farmaceutiche e biomediche (pH 3.5-8.0). Il mantenimento delle proprietà colloidali al variare del pH le rende utili anche per somministrazioni orali in cui la stabilità a pH acido à ̈ indispensabile per resistere al passaggio dallo stomaco.
Stato della tecnica
Le poli(ammidoammine) (PAA) sono una classe di polimeri di sintesi ottenuti per poliaddizione di tipo Michael di monoammine primarie o diammine secondarie alifatiche con bisacrilammidi (Schema).
R1R1R1R1
H2C CH C N R2N C CH CH H N H CH2CH2C N R2N C CH2CH2N
O O R3O OR3<n>
R1R1R1R1
H2C CH C N R2N C CH CH H N R4NH<CH>2<CH>2<C>N R2N C CH2CH2N R4N O O R3R3O O R3 R3<n>Schema: Sintesi delle PAA
Le PAA sono caratterizzate dalla presenza di gruppi ammidici (a) e amminici terziari (b) disposti regolarmente lungo la catena polimerica secondo le sequenze:
3⁄4a3⁄4a3⁄4b3⁄4
3⁄4a3⁄4a3⁄4b3⁄4b3⁄4
Le PAA presentano proprietà che le rendono interessanti per uso biomedico, quali la flessibilità strutturale con possibilità di introdurre funzioni aggiuntive in modo da creare strutture “su misura†per ogni possibile applicazione, l’idrosolubilità , la biodegradabilità e la biocompatibilità , la non immunogenicità e l’assenza di tossicità dei prodotti di degradazione. Inoltre le caratteristiche acido-base sono modulabili a seconda della struttura delle ammine di partenza e dei sostituenti ionici presenti su uno o ambedue i monomeri, dando luogo a PAA con caratteristiche basiche o amfoteriche. Le PAA sono capaci di formare per interazione ionica complessi con proteine o peptidi di polarità prevalente opposta. Nel caso di PAA amfoteriche à ̈ possibile modulare la forza acida e basica in modo tale che il polimero passi da uno stato prevalentemente anionico ad uno prevalentemente cationico per modeste variazioni di pH, con conseguente variazione di volume e rilascio di eventuali sostanze. Una review delle applicazioni biomediche delle PAA à ̈ riportata in Macromol. Rapid Commun. 2002, 23, 332-355. Le PAA sono state in particolare proposte come veicoli per farmaci, in particolare chemioterapici (WO 95/ 05200).
La tecnologia del “drug delivery†riveste sempre maggior importanza ai fini del miglioramento dell'efficacia dei trattamenti farmacologici. Sono oggi disponibili diverse tecnologie in grado di controllare le caratteristiche farmacocinetiche e di rilascio dei farmaci e migliorarne l'indice terapeutico. Tra queste, una delle più promettenti à ̈ quella dei materiali nano-strutturati a base di polimeri biodegradabili, dendrimeri, nanotubi di carbonio, sistemi micellari o idrogel, sistemi liposomiali, nanoparticelle inorganiche (nanoparticelle di metalli nobili, oro in particolare). La varietà delle strutture chimiche degli agenti farmacologici (molecole organiche, proteine, acidi nucleici, immunoglobuline, complessi metalloorganici, carboidrati, etc.) pone sempre nuovi problemi di tipo formulativo ed à ̈ pertanto particolarmente sentita l'esigenza di nuovi sistemi di “drug delivery†che siano adattabili alle diverse classi di farmaci e che possano essere allo stesso tempo di agevole preparazione a partire da materiali facilmente disponibili, non tossici e poco costosi.
Descrizione dell'invenzione
Si à ̈ ora trovato che complessi di poliammidoammine con polisaccaridi di carica netta opposta formano matrici nanostrutturate che possono essere vantaggiosamente utilizzati per il caricamento e rilascio di agenti con attività biologica.
Un primo oggetto dell’invenzione à ̈ costituito dai nanosistemi a base di detti complessi.
L’invenzione riguarda anche un processo per la preparazione di nanoparticelle a base di poliammidoammine e polisaccaridi comprendente le seguenti fasi:
- Preparazione di una soluzione acquosa di poliammidoammine aventi gruppi funzionali acidi o basici;
- Aggiunta di una soluzione acquosa di un polisaccaride con carica netta opposta a quella della poliammidoammina impiegata;
- Regolazione del pH fino al valore desiderato (nell'intervallo da 3.5 a 8) ed eventuale concentrazione della sospensione per evaporazione controllata o per diafiltrazione.
L'invenzione ha per ulteriore oggetto l’uso di nanoparticelle a base di complessi polimerici ottenuti per interazioni elettrostatiche (PEC) di macromolecole con caratteristiche funzionali antitetiche sulla scala di PH quali poliammidoammine (basiche) e polisaccaridi (acidi), in ambito biomedico e farmaceutico, in particolare per il caricamento e rilascio di agenti con attività biologica.
Descrizione dettagliata dell'invenzione
Le poliammidoammine impiegabili secondo l'invenzione possono essere sia lineari che ramificate, basiche o acide. Le poliammidoammine, avendo gruppi amminici, presentano ovviamente sempre funzioni basiche. Sono anche note poliammidoammine che presentano anche funzioni acide, in particolare gruppi carbossili, ottenibili ad esempio usando come monomeri acido 2,2-bis(acrilammido) acetico e/o amminoacidi. Si ottengono in tal caso poliammidoammine anfotere la cui carica netta in soluzione varia in dipendenza del pH. Le poliammidoammine anfotere sono generalmente meno tossiche delle poliammidoammine cationiche. Le strutture, le proprietà ed i metodi di preparazione delle poliammidoammine anfotere sono riportate in Macromol. Rapid Commun. 2002, 23, 332-355 e nei riferimenti qui citati.
Esempi specifici di poliammidoammine impiegabili secondo l'invenzione sono le poliammidoammine denominate ISA1, ISA 23 e LED 213. Le strutture di tali poliammido ammine sono riportate di seguito:
ISA1
O O
N N N N N N N N O O
1/2n1/2n H OH OISA23
O COOH O
NH NHN
COOH LED213
HO
O COOHONH COOH COOH
COOH O COOH O
O COOH O H H H
O N N N N N
NH HONH2<N>N N
N N HN H H
H H O O COOH O
COOH COOH HOOC HOOC
La preparazione di ISA1 e ISA23 Ã ̈ riportata ad esempio in J. Drug Targeting 1999, 6, 391-404 mentre LED 213 Ã ̈ descritta in WO 2008074804.
Una poliammidoammina in forma cationica à ̈ fatta reagire con un polisaccaride che presenta una carica anionica: polisaccaridi a carattere anionico sono acido ialuronico, alginato e condroitina solfato a dare un complesso macromolecolare per interazioni elettrostatiche. Viceversa, una poliammidoammina a carica complessiva anionica sarà complessata con un polisaccaride a carica netta cationica quale il chitosano.
La complessazione avviene in acqua a temperatura ambiente: il pH sarà regolato a valori opportuni, generalmente compresi nell’intervallo 3.5-8, per mezzo di basi quali carbonati o idrossidi alcalini, preferibilmente idrossido di sodio. Il processo dell'invenzione risulta versatile ed efficace in termini di resa ed isolamento dei nanosistemi e può essere applicato per produzioni su larga scala.
I rapporti quantitativi tra PAA e polisaccaridi variano in base alle caratteristiche chimiche delle macromolecole, con particolare riferimento al numero dei gruppi funzionali acidi/basici presenti nelle unità ripetenti, alla eventuale presenza di spaziatori tra la catena principale (backbone) ed il gruppo funzionale, ed al peso molecolare. In generale i rapporti ponderali tra polisaccaridi e PAA sono compresi tra 1/2 e 1/20 e preferibilmente tra 1/5 e 1/15. Per quanto riguarda il peso molecolare (PM), le PAA utili per la preparazione di nanosistemi hanno PM compreso tra 10kDa e 50kDa e preferibilmente tra 15 kDa e 30kDa, mentre i polisaccaridi hanno solitamente alto peso molecolare, 70k < PM < 1000k e preferibilmente con PM compreso tra 100 kDa e 700 kDa.
I complessi così preparati sono costituiti da dimensioni di particelle con diametro medio variabile da 80 a 600 nm con indice di polidispersità (PI) compreso tra 0,11 e 0,23.
I complessi dell'invenzione possono essere vantaggiosamente utilizzati per il caricamento e rilascio di agenti con attività biologica, in particolare di chemioterapici, proteine, peptidi, DNA, RNA (J. Berger et al. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2004, 57, 35-52; M. Dash et al., Progress in Polymer Science, 2011, 36, 981-1014. Il caricamento degli agenti attivi può avvenire per interazione elettrostatica, coacervazione o per reidratazione delle nanoparticelle recuperate.
Le poliammidoammine ed i polisaccaridi sono macromolecole generalmente idrofiliche, biodegradabili e biocompatibili, ed i complessi da queste generati hanno proprietà gelificanti, in grado quindi di rigonfiare o contrarsi in base alle variazioni di solvatazione delle macromolecole coinvolte. Inoltre, la natura stessa delle interazioni polielettrolitiche rende il sistema dinamico e soggetto a riarrangiamenti in seguito a variazioni ambientali, utili per controllare il rilascio del farmaco in condizioni fisiologiche. Queste proprietà , unite alla stabilità al variare del pH tra 3.5 e 8.0 dei sistemi oggetto dell’invenzione, li rendono adatti alla somministrazione orale con possibilità di proteggere il principio attivo durante il passaggio nel tratto gastrico, favorendo un assorbimento selettivo a livello intestinale. Questa stabilità a pH variabile permette inoltre ulteriori lavorazioni dei nanosistemi quali ad esempio la loro dispersione in veicoli per applicazioni topiche cutanee o nella produzione in supporti per ingegneria tissutale.
L’invenzione à ̈ illustrata in maggior dettaglio nei seguenti esempi.
Esempio 1: Preparazione di nanoparticelle a base di ISA1 e acido ialuronico
Una soluzione costituita da 3,5 mg di acido ialuronico in 7 ml di acqua deionizzata a pH 3.5, à ̈ stata gocciolata mediante una siringa munita di ago 22G in una soluzione di 25 mg di ISA1 in 5 ml di acqua deionizzata a pH 3.5, e mantenuta sotto agitazione magnetica a temperatura ambiente. L’analisi dimensionale compiuta mediante spettroscopia di fotocorrelazione sulla sospensione a pH 3.5 e sulla sospensione a pH 6.5 ha evidenziato, in base all’intensità di luce diffratta, nanoparticelle di diametro medio di 272 nm con indice di polidispersità 0,14 (Figura 1A) e corrispondente in termini di distribuzione in volume e numero percentuale, rispettivamente a 182 ± 80 nm (Figura 1B) e 131 ± 38 nm (Figura 1C).
Esempio 2: Preparazione di nanoparticelle a base di ISA23 e acido ialuronico
Una soluzione costituita da 1,5 mg di acido ialuronico in 3 ml di acqua deionizzata a pH 3.5, à ̈ stata gocciolata mediante una siringa munita di ago 22G in una soluzione di 25 mg di ISA23 in 5 ml di acqua deionizzata a pH 3.5, e mantenuta sotto agitazione magnetica a temperatura ambiente. L’analisi dimensionale compiuta mediante spettroscopia di fotocorrelazione sulla sospensione a pH 3.5 ed a pH 6.8 ha evidenziato, in base all’intensità di luce diffratta, nanoparticelle di diametro medio di 278 nm con indice di polidispersità 0,11 (Figura 2A) e corrispondente in termini di distribuzione in volume e numero percentuale, rispettivamente a 189 ± 79 nm (Figura 2B) e 140 ± 39 nm (Figura 2C).
Esempio 3: Preparazione di nanoparticelle a base di LED213 e chitosano
Una soluzione costituita da 3,5 mg di chitosano a basso peso molecolare e grado di deacetilazione del 91,8% in 1 ml di acqua deionizzata a pH 5.1, à ̈ stata gocciolata mediante una siringa munita di ago 22G in una soluzione di 10 mg di LED213 in 2 ml di acqua deionizzata a pH 3.7, e mantenuta sotto agitazione magnetica a temperatura ambiente. Il pH della soluzione à ̈ stato gradualmente innalzato a pH 7.5 prima con una soluzione di sodio idrossido 0.5 N (volume totale aggiunto 20 µl) poi con una soluzione di sodio idrossido 0.25 N (volume totale aggiunto 26 µl). L’analisi dimensionale compiuta mediante spettroscopia di fotocorrelazione sulla sospensione preparata ha evidenziato, in base all’intensità di luce diffratta, nanoparticelle di diametro medio di 610 nm con indice di polidispersità 0,227 (Figura 3A) e corrispondente in termini di distribuzione in volume e numero percentuale, rispettivamente a 337 ± 179 (Figura 3B) nm e 229 ± 70 nm (Figura 3C).
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Complessi di poliammidoammine con polisaccaridi di carica netta opposta (PEC) in forma di nanoparticelle.
- 2. Complessi secondo la rivendicazione 1 in cui le poliammidoammine sono lineari o ramificate, basiche o anfotere.
- 3. Complessi secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui le poliammidoammine sono scelte fra ISA 1, ISA 23 e LED 213.
- 4. Complessi secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui i polisaccaridi anionici sono acido ialuronico, condroitin solfato o acido alginico.
- 5. Complessi secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui il polisaccaride cationico à ̈ chitosano.
- 6. Un processo per la preparazione di nanoparticelle a base di poliammidoammine e polisaccaridi comprendente le seguenti fasi: - Preparazione di una soluzione acquosa di poliammidoammine aventi gruppi funzionali acidi o basici; - Aggiunta di una soluzione acquosa di un polisaccaride con carica netta opposta a quella della poliammidoammina impiegata; - Regolazione del pH fino al valore desiderato (nell'intervallo da 3.5 a 8) ed eventuale concentrazione della sospensione per evaporazione controllata o per diafiltrazione.
- 7. Uso dei complessi delle rivendicazioni 6 per il caricamento e rilascio di agenti con attività biologica.
- 8. Uso secondo la rivendicazione 7 in cui gli agenti biologici sono chemioterapici, proteine, DNA, RNA. Milano, 12 ottobre 2012
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- 2012-10-12 IT IT001728A patent/ITMI20121728A1/it unknown
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