Le nanotecnologie farmaceutiche utilizzano sistemi vettori di dimensioni nanometriche che

veicolano farmaci e/o agenti diagnostici in essi incapsulati, dispersi, adsorbiti o coniugati. Le

dimensioni inferiori al micrometro conferiscono a tali nanosistemi uniche proprietà chimico-

fisiche e farmacocinetiche. In particolare, le nanoparticelle polimeriche con dimensioni

comprese tra 10 e 100 nm sono caratterizzate da un prolungato tempo di circolazione poiché

non sono catturate dal sistema reticolendoteliale del fegato e non vengono escrete a livello

renale. Inoltre, tali nanosistemi sono in grado di accumularsi preferenzialmente in tumori

caratterizzati da endoteli altamente permeabili e da scarso drenaggio linfatico. L’elevata area

di superficie specifica dei nanovettori consente di legare chimicamente diversi gruppi funzionali

come agenti diagnostici, terapeutici e direzionanti. Tale versatilità permette così di creare

sistemi multifunzionali capaci di riconoscere il sito bersaglio dove è in atto la patologia e

contemporaneamente visualizzare, curare e monitorare la risposta del trattamento

farmacologico. In particolare, in campo diagnostico i nanosistemi consentono la combinazione

di diversi traccianti e quindi la simultanea rivelazione con diverse tecniche di imaging, con il

vantaggio di amplificare notevolmente il segnale dell’agente diagnostico. Numerosi sono gli

esempi di nanovettori utili in tale settore. Di recente realizzazione sono coniugati polimerici sui

quali sono stati legati, come agenti direzionanti, dei ligandi altamente selettivi ed affini per la

proteina mitocondriale TSPO, la quale è sovra-espressa in alcune patologie

neurodegenerative e in alcuni tumori. I relativi coniugati polimerici sono stati legati

chimicamente a fluorofori che permettono la visualizzazione di cellule esprimenti alte

concentrazioni di TSPO (es. cellule tumorali di glioma o microglia attivata). I coniugati

direzionati veicolanti traccianti sono stati successivamente formulati al fine di realizzare

nanoparticelle utili nella diagnosi precoce di patologie neurodegenerative e tumorali.

GIORNATA PUGLIESE su FARMACO e PRODOTTI per la SALUTE

II EDIZIONE

“il farmaco per diagnosi precoci e malattie rare”

Bari 25 febbraio 2011

Nunzio Denora

Facoltà di Farmacia

Dipartimento Farmaco Chimico

Diagnosi precoce mediante

l’impiego di sistemi

nanoparticellari

Individuare un singolo agente in

grado di visualizzare, curare e

contemporaneamente monitorare

la risposta del trattamento

farmacologico:

IMMAGINAZIONE O REALTÀ?

Le Nanotecnologie

Farmaceutiche posso essere utili

per raggiungere questo

obbiettivo.

Il concetto di Nanotecnologia è stato introdotto

per la prima volta dal Premio Nobel Richard

Feynman nel 1959 “There’s plenty of room at

the bottom”.

“Pensiamo alla punta di uno spillo, uno spazio

abbastanza ristretto, eppure, entrando nel

mondo delle nanotecnologie, scopriremmo che

anche in un luogo così esiguo, c’è abbastanza

spazio per scrivere nientemeno che tutti i

ventiquattro volumi dell’Enciclopedia Britannica”

Fine ultimo delle Nanotecnologie è quello di fare

artificialmente ciò che la natura fa da sempre, e

cioè combinare tra loro molecole o piccoli

aggregati di molecole per costruire un

dispositivo, un congegno di dimensioni

nonometriche, in grado di eseguire azioni più o

meno complesse.

Curioso esempio di bionanotecnologia è il meccanismo delle zampe del geco: si

attaccano dovunque in quanto sono ricoperte di sottilissime setole (setae)

grandi circa 100 milionesimi di metro, ognuna delle quali termina con una serie

di 1000 cuscinetti (spatulae) il cui diametro è di qualche nanometro.

La zampa del Geco

Il Fiore di Loto

Le foglie hanno la capacità di autopulirsi.

Dotate di elevata idrorepellenza, esse

riescono a mantenersi pulite e asciutte

grazie alla microruvidità.

Strutture di dimensioni nanometriche

(papille) consentono alla goccia di acqua

di scivolar via velocemente sulla foglia,

portando con sé le eventuali particelle

solide depositatesi.

Nanometri

110-1 10 102 103 104 105 106 107 108 109

Nanoscala

Un nanometro è la miliardesima parte del metro

Sistemi Nanoparticellari (1 – 103 nm)

I sistemi nanoparticellari sono vettori delle dimensioni inferiori al m che veicolano

principi attivi e/o agenti diagnostici: incapsulati, dispersi, adsorbiti o coniugati.

Micelle, Liposomi Dendrimeri Nanoparticelle Nanocapsule Coniugato Polimerico Nanotubi Fullerene

Vantaggi nell’utilizzo di nanovettori – dimensione

I sistemi nanoparticellari hanno dimensioni inferiori al micrometro (5-200 nm)

che gli conferiscono uniche proprietà chimico-fisiche e farmacocinetiche.

Nanoparticelle con dimensioni comprese tra 10 e 100 nm sono caratterizzate

da un prolungato tempo di circolazione poiché generalmente non sono

catturate dal sistema reticolendoteliale del fegato e non vengono escrete a

livello renale.

Tali nanosistemi sono in grado di accumularsi preferenzialmente in tumori

caratterizzati da endoteli altamente permeabili e da scarso drenaggio

linfatico (Effetto EPR – Enhanced permeability and retention – Targeting

passivo).

Tessuto sano

Tumore

Nanoparticella

Effetto EPR

Endotelio fenestrato

Vantaggi nell’utilizzo di nanovettori – area di superficie

L’elevata area di superficie dei nanovettori consente di legare chimicamente

diversi gruppi funzionali come agenti diagnostici,terapeutici e direzionanti.

Tale versatilità permette di creare nanosistemi multifunzionali capaci di

riconoscere il sito bersaglio dove è in atto la patologia (Targeting Attivo) e

contemporaneamente visualizzare, curare e monitorare la risposta del

trattamento farmacologico.

Farmaco coniugato

Agente diagnostico

Agente direzionate

Cellula bersaglio

Recettore o antigene Nanovettore direzionato

Nanovettori

convenzionali

Nanovettori

direzionati

Nanovettori direzionati

con agenti diagnostici

Farmaco disperso

Farmaco coniugato

Agente diagnosticoAnticorpo specifico

Ligando selettivo

Targeting

Passivo

Targeting

Attivo

Vantaggi nell’utilizzo di nanovettori

I nanosistemi hanno il vantaggio di amplificare notevolmente il segnale

dell’agente diagnostico.

Permettono la realizzazione di agenti teragnostici.

Consentono la combinazione di diversi traccianti e quindi la simultanea

rivelazione con diverse tecniche diagnostiche.

Tracciante

Nanovettore direzionato

veicolante agenti diagnosticiNanovettore teragnostico Nanovettore veicolante

diversi traccianti

Progettazione di Nanovettori utili nella diagnosi

Agente direzionante

Polimero di interesse farmaceutico

spaziatore

Agente diagnostico

Coniugato polimerico

Sintesi

Formulazione

Nanovettore direzionatoveicolante agenti diagnostici

Progettazione di Nanovettori utili nella diagnosi

OO

O

CH3 O

OH

m n

H

OO

HONH2

O

HO O OH

HO

HO

NHHn

OH3C

N

N

N

O

R1

R2

Z

X

Y

OHO OH

O

OSCN

Ligandi del recettore

mitocondriale TSPO

PLGA

Chitosano

FITC

Il TSPO è sovra-espresso a livello

della microglia attivata.

Il TSPO è sovra-espresso in alcuni tumori (es. glioma, cancro al seno) e

il grado di sovra-espressione è correlabile alla malignità dello stesso

tumore.

Pertanto i ligandi di tale proteina sono utili nell’imaging di patologie

neurodegenerative come il Morbo di Parkinson e di Alzheimer e di alcuni

tumori.

N

Cl

Cl

N

N

O

O

O

OH

HN

HN

S

OCO2H

OO

O

CH3 O

O

n n

Cellule di glioma di ratto C6 incubate per 24 h a 37 C in atmosfera al 5% di CO2 in

presenza di A) 7 µM di FITC e B) 7 µM di coniugato polimerico (la concentrazione è

riferita al FITC veicolato).

N

Cl

Cl

N

N

O

O

O

OH

HN

HN

S

OCO2H

OO

O

CH3 O

O

n n

Immagine TEM di un campione di nanoparticelle

Formulazione

Tempo (min)

0 60 90

Variazione dell’intensità della fluorescenza delle Nanoparticelle durante

l’attivazione della microglia.

La co-localizzazione del tracciante mitocndriale con la fluorescenza dei sistemi

nanoparticellari indicano che quest’ultimi sono in grado di legare il mitocondrio.

CONCLUSIONI

Le nanotecnologie farmaceutiche consentono la realizzazione di

nanovettori utili nella diagnosi precoce.

I nonovettori sono estremamente versatili in quanto in grado di veicolare

contemporaneamente agenti diagnostici, terapeutici, direzionanti selettivi e

contestualmente di monitorare la risposta del trattamento farmacologico.

I nanosistemi, mediante targeting passivo, sono in grado di accumularsi

preferenzialmente in alcuni tumori attraverso l’effetto EPR rendendo più

efficace il trattamento terapeutico e migliorando notevolmente la qualità delle

immagini diagnostiche.

I nanosistemi direzionati (targeting attivo) consentono di visualizzare

eventi biologici e processi in organismi viventi.