Functionalization of engineered polymeric nanoparticles through Michael-type addition for active targeting

In the last years the use of engineered polymeric nanoparticles (NPs) for a rational delivery of therapeutic agents has been widely investigated in nanomedicine. Functional NPs are designed to achieve active targeting, i.e. they are able to bind precise receptors, cells, tissues, which are related to specific clinical conditions, in order to obtain the required drug response while minimizing side effects The aim of this project was to design and synthesize engineered polymeric NPs and functionalize them through thiol-ene Michael-type addition with a ligand (peptide), in order to achieve active targeting. This thiol-ene ‘click’ reaction was performed in aqueous solution under physiological pH, and without reaction side products. NPs were produced according to Moscatelli et al. [85][168][173] with a hydrophobic core (polyester-based) and hydrophilic shell (PEG chains) fundamental to ensure NPs colloidal stability in physiological fluids. Poly(lactic acid) (PLA) - and poly ε-caprolactone (PCL) - methacrylate were synthesized through Ring Opening Polymerization (ROP) , in order to obtain macromonomers which can polymerise through free radical polymerization (FRP) . PEG chains were functionalized with a methacylate on one side, while leaving a free OH group on the other terminus, in order to obtain PEG-based macromonomer which, after FRP, can be further functionalized with electron-poor olefins (acrylate groups) through esterification reaction. These acrylated polymers were nanoprecipitated in buffer solution (PBS) to obtain size-controlled NPs. Finally, the peptide was linked through Michael addition and NPs were tested on endothelial cells. Cyclic RGD was used as model peptide due to its potential application as ligand for endothelial cells of kidney glomerulus. The work was supported by the Fondazione CEN – Centro Europeo di Nanomedicina, carried out at Politecnico di Milano for what concerned NPs design and functionalization, and in Fondazione IRCCS Ca' Granda Ospedale Maggiore Policlinico di Milano – Laboratorio di Nefrologia for biological tests

Negli ultimi decenni l’utilizzo di nanoparticelle polimeriche ingegnerizzate (NP) per il rilascio controllato di agenti terapeutici è stato ampiamente investigato nell’ambito delle nano medicine. NP funzionalizzate sono state progettate per realizzare active targeting, i.e. sono capaci di legarsi a determinati recettori, cellule, tessuti, in specifiche condizioni cliniche al fine di ottenere la risposta terapeutica richiesta minimizzando effetti secondari. L’obiettivo di questo lavoro era progettare e sintetizzare NP polimeriche ingegnerizzate e funzionalizzarle attraverso una thiol-ene Michael-type addition con un ligante (peptide), al fine di avere active targeting. Questa ‘click’ reaction è stata effettuata in soluzione acquosa a pH fisiologico e senza produzione di prodotti secondari. NP sono state sintetizzate seguendo Moscatelli et al. [85][168][173] con una componente idrofoba (poliestere) e un guscio idrofilo (catene di PEG), fondamentale per assicurare stabilità colloidale delle NP nei fluidi fisiologici. Poli(acido lattico) (PLA) - e poly ε-caprolattone (PCL) – metacrilati, sono stati sintetizzati attraverso Ring Opening Polymerization (ROP), al fine di ottenere macromonomeri che potessero polimerizzare attraverso free radical polymerization (FRP) . Le catene di PEG sono state funzionalizzate con un gruppo metacrilato solo da una parte, lasciando un gruppo OH libero dall’altro lato terminale, al fine di ottenere un polimero PEG-based che, dopo FRP, potesse essere ulteriormente funzionalizzato con olefine (gruppi acrilati) attraverso reazione di esterificazione. Questi polimeri acrilati sono stati successivamente nanoprecipitati in soluzione tampone (PBS) per ottenere NP con dimensioni controllate. Infine il peptide è stato legato alla NP attraverso addizione di Michael e le NP sono state testate sulle cellule endoteliali. RGD ciclico è stato utilizzato come peptide modello grazie alle sue potenziali applicazioni come ligante per le cellule endoteliali del glomerulo renale. Il progetto è stato supportato dalla Fondazione CEN – Centro Europeo di Nanomedicina, svolto presso il Politecnico di Milano per quanto riguardava progettazione e funzionalizzazione delle NP, e presso la Fondazione IRCCS Ca' Granda Ospedale Maggiore Policlinico di Milano – Laboratorio di Nefrologia per i test biologici.