The area of interest of this work is the production of polymeric nanoparticles for biomedical applications, in particular for intravenous drug delivery. Specifically, it is focused on the control of the characteristics of polymers used to produce such nanoparticles. In fact, the most important parameters for their application in the biomedical field, i.e. the dimension and the time of degradation, are controlled primarily by the type of material and the molecular weight of the polymer they are constituted. In this study self-assembling amphiphilic PEGylated polyester-based block copolymers were synthesized through ring opening (ROP) and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization to produce nanoparticles for biomedical applications. Exploiting the living character of these two polymerization techniques we have been able to control the structure of the copolymer varying the number of hydrophilic and lipophilic units and their chain length. The effect of the variation of these parameters and of the amount of copolymer used have been analyzed in terms of dimension of the NPs formed. Moreover, a new method of production of nanoparticles has been developed, which consists in the use of a syringe and a low amount of DMSO. Through this technique a ready-to-use formulation of the drug is obtained and no intermediate steps such as dialysis, lyophilization and drug concentration are required. Finally, loading and release of trabectedin (ET), a hydrophobic anticancer, using one of the block copolymers synthesized has been performed and its effectiveness has been evaluated.

L’ ambito in cui si colloca il presente elaborato è quello della produzione di nanoparticelle polimeriche utilizzabili per applicazioni biomediche, in particolare per il drug delivery intravenoso. Nello specifico ci si è concentrati sul controllo delle caratteristiche dei polimeri utilizzati per produrre tali nanoparticelle. Infatti, i parametri più importanti per l'applicazione di queste in ambito biomedico, ovvero le dimensioni e i tempi di degrado, sono principalmente controllati dal tipo di materiale e dal peso molecolare del polimero di cui sono costituite. In questo lavoro la reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT) e la ring opening polymerization (ROP), due processi di polimerizzazione living, ovvero che permettono il controllo del peso molecolare del polimero finale, sono stati utilizzati per sintetizzare copolimeri a blocchi anfifilici a base di poliesteri, quali policaprolattone (PCL) e acido polilattico (PLA), e poli-etilenglocole (PEG) per produrre nanoparticelle per applicazioni biomedicali. Si è dunque analizzato l’effetto sulle dimensioni delle nanoparticelle variando le proporzioni di parte idrofila e lipofila, e la quantità di copolimero utilizzata. Inoltre è stato sviluppato un nuovo metodo di produzione delle nanoparticelle, che consiste nell’uso di una siringa e di una bassa quantità di DMSO. Attraverso questa tecnica si ottiene una formulazione del farmaco pronta all’uso e non sono necessari step intermedi come dialisi, liofilizzazione, concentrazione. Infine, è stato condotto un test di carico e rilascio di Trabectidina (ET), un antitumorale idrofobico, utilizzando uno dei copolimeri a blocchi sintetizzato e ne è stata valutata l’efficacia.

A library of poly-ester based nanoparticles for drug delivery applications

ANNICHINI, ALICE
2015/2016

Abstract

The area of interest of this work is the production of polymeric nanoparticles for biomedical applications, in particular for intravenous drug delivery. Specifically, it is focused on the control of the characteristics of polymers used to produce such nanoparticles. In fact, the most important parameters for their application in the biomedical field, i.e. the dimension and the time of degradation, are controlled primarily by the type of material and the molecular weight of the polymer they are constituted. In this study self-assembling amphiphilic PEGylated polyester-based block copolymers were synthesized through ring opening (ROP) and reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization to produce nanoparticles for biomedical applications. Exploiting the living character of these two polymerization techniques we have been able to control the structure of the copolymer varying the number of hydrophilic and lipophilic units and their chain length. The effect of the variation of these parameters and of the amount of copolymer used have been analyzed in terms of dimension of the NPs formed. Moreover, a new method of production of nanoparticles has been developed, which consists in the use of a syringe and a low amount of DMSO. Through this technique a ready-to-use formulation of the drug is obtained and no intermediate steps such as dialysis, lyophilization and drug concentration are required. Finally, loading and release of trabectedin (ET), a hydrophobic anticancer, using one of the block copolymers synthesized has been performed and its effectiveness has been evaluated.
CAPASSO PALMIERO, UMBERTO
SPONCHIONI, MATTIA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
21-dic-2016
2015/2016
L’ ambito in cui si colloca il presente elaborato è quello della produzione di nanoparticelle polimeriche utilizzabili per applicazioni biomediche, in particolare per il drug delivery intravenoso. Nello specifico ci si è concentrati sul controllo delle caratteristiche dei polimeri utilizzati per produrre tali nanoparticelle. Infatti, i parametri più importanti per l'applicazione di queste in ambito biomedico, ovvero le dimensioni e i tempi di degrado, sono principalmente controllati dal tipo di materiale e dal peso molecolare del polimero di cui sono costituite. In questo lavoro la reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization (RAFT) e la ring opening polymerization (ROP), due processi di polimerizzazione living, ovvero che permettono il controllo del peso molecolare del polimero finale, sono stati utilizzati per sintetizzare copolimeri a blocchi anfifilici a base di poliesteri, quali policaprolattone (PCL) e acido polilattico (PLA), e poli-etilenglocole (PEG) per produrre nanoparticelle per applicazioni biomedicali. Si è dunque analizzato l’effetto sulle dimensioni delle nanoparticelle variando le proporzioni di parte idrofila e lipofila, e la quantità di copolimero utilizzata. Inoltre è stato sviluppato un nuovo metodo di produzione delle nanoparticelle, che consiste nell’uso di una siringa e di una bassa quantità di DMSO. Attraverso questa tecnica si ottiene una formulazione del farmaco pronta all’uso e non sono necessari step intermedi come dialisi, liofilizzazione, concentrazione. Infine, è stato condotto un test di carico e rilascio di Trabectidina (ET), un antitumorale idrofobico, utilizzando uno dei copolimeri a blocchi sintetizzato e ne è stata valutata l’efficacia.
Tesi di laurea Magistrale
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