Vantaggi nell'utilizzo di nanovettori – dimensione - Farmacia

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 chimicofisiche
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.

La zampa del Geco
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.

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.

Nanoscala
Un nanometro è la miliardesima parte del metro
10 1 -1 10 102 103 104 105 106 107 108 109 Sistemi Nanoparticellari (1 – 10 3 nm)
Nanometri
Micelle, Liposomi Dendrimeri Nanoparticelle Nanocapsule Coniugato Polimerico Nanotubi Fullerene
I sistemi nanoparticellari sono vettori delle dimensioni inferiori al m che veicolano
principi attivi e/o agenti diagnostici: incapsulati, dispersi, adsorbiti o coniugati.

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).
Tumore
Endotelio fenestrato
Nanoparticella
Tessuto sano
Effetto EPR

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 direzionate
Agente diagnostico
Recettore o antigene Nanovettore direzionato
Cellula bersaglio

Nanovettori
convenzionali
Targeting
Passivo
Farmaco disperso
Farmaco coniugato
Nanovettori
direzionati
Anticorpo specifico
Ligando selettivo
Targeting
Attivo
Nanovettori direzionati
con agenti diagnostici
Agente diagnostico

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 diagnostici
Nanovettore teragnostico
Nanovettore veicolante
diversi traccianti

Polimero di interesse
farmaceutico
spaziatore
Agente direzionante
Agente diagnostico
Progettazione di Nanovettori utili nella diagnosi
Sintesi
Coniugato polimerico
Formulazione
Nanovettore direzionato
veicolante agenti diagnostici

X
Y
O
N
R 2
Progettazione di Nanovettori utili nella diagnosi
N
N
R 1
Ligandi del recettore
mitocondriale TSPO
Z
H
H
O
O
O
O
CH 3
O
HO NH 2
PLGA
O
m O n
O H
HO
HO O OH
NH
HO
H3C O
Chitosano
n
SCN
O
O
HO O OH
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.

Cl
Cl
O
N
N
N
O
O
O
CH 3
O
O
n n
Cellule di glioma di ratto C6 incubate per 24 h a 37 C in atmosfera al 5% di CO 2 in
presenza di A) 7 µM di FITC e B) 7 µM di coniugato polimerico (la concentrazione è
riferita al FITC veicolato).
O
H
N
S
H
N
CO 2H
O
O
OH

Cl
Cl
O
N
N
N
O
O
O
CH 3
O
O
O
n n
H
N
S
H
N
CO 2H
Immagine TEM di un campione di nanoparticelle
O
O
OH
Formulazione

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.
0 60 90
Tempo (min)

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.