L'attività specifica svolta dal Laboratorio di Polimeri Biocompatibili del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Biologiche Chimiche e Farmaceutiche (STEBICEF) dell’Università degli Studi di Palermo, si è incentrata sullo sviluppo di nuove strategie terapeutiche per il carcinoma epatocellulare, ponendosi come obiettivi cardine il miglioramento della biodisponibilità e dell’indice terapeutico dei principi attivi antitumorali, nonché il loro rilascio controllato e mirato che consentirebbe un’efficacia selettiva accompagnata da una riduzione degli effetti collaterali più invalidanti.
A tal fine sono stati sviluppati tre approcci:
1. Produzione e caratterizzazione di targeted drug delivery systems (TDDSs) di dimensioni nanometriche con lo scopo di veicolare efficientemente ed in maniera selettiva i farmaci antitumorali più utilizzati e/o più promettenti per il trattamento dell’epatocarcinoma, quali il Sorafenib e il Lenvatinib. Per la produzione dei suddetti nanosistemi, è stato utilizzato come materiale di partenza un polimero oggetto di brevetto (Pitarresi G, Cervello M, Azzolina A, Puleio R, Loria GR, Puleo S, Giammona G. Nanoparticles for controlled release of sorafenib and sorafenib derivatives, WO 2018/150302 A1) e di pubblicazione (Cervello M, Pitarresi G, Volpe AB, Porsio B, Balasus D, Emma MR, Azzolina A, Puleio R, Loria GR, Puleo S, Giammona G., Nanoparticles of a polyaspartamide-based brush copolymer for modified release of sorafenib: In vitro and in vivo evaluation, J. Control. Release 266 (2017) 47-56) che si è già rilevato molto vantaggioso per la preparazione di nanoparticelle per il rilascio modificato di Sorafenib nel trattamento dell’epatocarcinoma.
Tale polimero, siglato PBB viene ottenuto partendo da una poliaspartammide biocompatibile e utilizzando una procedura sintetica a basso costo e altamente riproducibile. Con l’intento di incrementare le possibilità di accumulo selettivo nel distretto tumorale, il PBB è stato funzionalizzato legandovi delle unità di appropriati agenti direzionanti (D) che vengono risconosciute da recettori sovraespressi dalle cellule dell’epatocarcinoma.
Il PBBD è stato impiegato per la formulazione di nanosistemi dando luogo a particelle di dimensioni nanometriche (NPBBD), con un buon indice di polidispersità e potenziale di superficie negativo. I sistemi NPBBD ottenuti sono stati ulteriormente caratterizzati valutando il quantitativo di agente direzionante sulla superficie dei nanoaggregati, disponibile per un eventuale riconoscimento da parte delle cellule bersaglio.I valori ottenuti sono risultati adeguati all’ottenimento di un direzionamento attivo, suggerendo che il nanosistema NPBBD potrebbe essere in grado di raggiungere il sito target sia per mezzo del direzionamento passivo, dovuto alle dimensioni nanometriche, sia del direzionamento attivo, mediante riconoscimento tra l’agente direzionante e il sito bersaglio.
Alla luce di questi incoraggianti risultati, successivamente sono state messe a punto le condizioni sperimentali per ottenere nanoparticelle a base di PBB e PBBD contenenti adeguate quantità di Sorafenib o Lenvatinib. Studi di rilascio in vitro in condizioni fisiologiche simulate hanno evidenziato la capacità di tali nanosistemi di rilasciare in maniera controllata i farmaci selezionati.
2. Produzione e caratterizzazione di nanoparticelle polimeriche funzionalizzate con agente direzionante e contenenti nanorods d’oro al fine di rilasciare in maniera selettiva un farmaco antitumorale (Sorafenib o Lenvatinib) e generare calore (effetto ipertermico) in maniera controllata. In particolare, sono state combinate in un unico nanosistema l’eccellente capacità di conversione fototermica del vicino infrarosso (NIR) dei nanorods di oro (AuRNs) con la capacità del polimero PBB derivatizzato con galattosio (GAL), agente direzionante per le cellule dell’epatocarcinoma che sovraesprimono recettori per le asialoglicoproteine.
Pertanto sono state messe a punto le condizioni sperimentali per derivatizzare in maniera adeguata il PBB con il galattosio e per incorporare all’interno delle nanoparticelle di PBB-GAL, AuNRs a loro volta rivestiti con un acido grasso tiolato che consente un’adeguata internalizzazione nel core delle nanoparticelle.
Queste ultime sono state preparate mediante un processo di nanoprecipitazione che ha consentito l’ottenimento di nanosistemi ibridi con un diametro di circa 200 nm ed una efficiente quantità di farmaco incorporato (9% di Sorafenib e 5.4% di Lenvatinib).
Grazie alla presenza dei AuNRs, tali nanosistemi hanno mostrato la capacità di convertire la radiazione NIR in calore e rilasciare i farmaci incorporati in maniera remote-controlled.
Sono stati valutati in vitro sia la biocompatibilità che gli effetti sinergici della combinazione tra chemioterapia e fototerapia, così pure è stata valutata in vitro, utilizzando linee cellulari modello, l’internalizzazione dei nanosistemi mediata da recettori. I risultati ottenuti suggeriscono che le nanoparticlle composite prodotte (PBB-GAL plus AuNRs) possono essere considerate ottimali candidati per un’efficiente e selettiva dual-mode therapy dell’epatocarcinoma.
3. Produzione e caratterizzazione di nanogeli per la teranostica in cui oltre alla componente polimerica sono presenti elementi che consentono sia l’imaging diagnostico che l’ipertermia ed il rilascio localizzato di Sorafenib e Lenvatinib. In particolare, partendo da un opportuno polimero biocompatibile funzionalizzato con un agente direzionante, sono stati preparati e caratterizzati dei nanogeli contenenti oltre ai farmaci antitumorali selezionati, anche nanocarbon dots e grafene ossido.
La presenza di nanocarbon dots consente di ottenere informazioni sulla massa tumorale tramite imaging a fluorescenza mentre il grafene ossido consente di ottenere una terapia fototermica NIR-indotta grazie alla generazione di calore in seguito a breve irraggiamento con radiazione a bassa potenza (laser fisioterapico; λ=810 nm) che si combina con l’effetto citotossico nei confronti delle cellule tumorali dovuto al rilascio del farmaco antitumorale dal nanogel.
