Innovative approches to develop platforms and carriers for drug delivery systems based on chitosan

Frequently, the conventional method of drug administration results in some side effects: low “bioavailability” (the extent and rate at which drug reaches and affects target tissue), reduction of the drug activity, and overdose. Drug Delivery Systems (DDSs) could represent an innovative approach to limit these drawbacks, by delivering the active drugs in a manner that meets the therapeutic need of the patient while reducing unwanted adverse effects. In controlled and target DDSs, an active therapeutic agent is incorporated into a polymeric network allowing for a predefined and controlled drug release. Different approaches are used to design DDSs: matrices, films, hydrogels, micelles, micro/nanoemulsions,and micro/nanoparticles. Both synthetic and natural biomaterials have been used so far. However, natural polysaccharide polymers, as chitosan, alginate, pectin, hyaluronic acid, cellulose and derivatives have emerged in pharmaceutical technology, due to their less toxicity, higher biocompatibility and biodegradability in comparison to synthetic biomaterials. Moreover, it is also possible to modulate mechanical, physical, chemical, and pharmacological properties of the DDSs, by blending together natural and synthetic biopolymer or different inorganic biomaterials. The main goal of this study is to design and develop chitosan-based matrices, as platform for DDSs, and chitosan-based nanoparticles, as carriers to encapsulate a hydrophobic drug.

Il metodo convenzionale di somministrazione dei farmaci può spesso provocare alcuni effetti collaterali: bassa "biodisponibilità" del farmaco (la portata e la velocità con cui il farmaco raggiunge ed agisce sul tessuto bersaglio), riduzione dell'attività farmacologica e sovradosaggio. Un approccio innovativo per limitare questi inconvenienti, può essere rappresentato dai sistemi di rilascio di farmaco in grado di soddisfare la necessità terapeutica del paziente, riducendo gli effetti indesiderati. In questi sistemi infatti, il principio attivo del farmaco viene incorporato in una struttura polimerica permettendone il rilascio in maniera predefinita e controllata. Diversi sono gli approcci impiegati per la progettazione dei sistemi di rilascio: matrici,film, idrogeli, micelle, micro/nanoemulsioni, micro e nanoparticelle. Finora sono stati utilizzati sia biomateriali sintetici che naturali. Tuttavia, i polimeri polisaccaridici naturali, come il chitosano, l’alginato, la pectina, l’acido ialuronico, la cellulosa e i loro derivati, acquisiscono sempre importanza nell’ambito farmacologico per via della loro bassa tossicità, maggior biocompatibilità e biodegradabilità rispetto ai biomateriali sintetici. Inoltre, è possibile anche modulare le proprietà meccaniche, fisiche, chimiche e farmacologiche dei sistemi di rilascio unendo biopolimeri naturali, sintetici o diversi materiali inorganici. Gli obiettivi principali di questa tesi sono stati la progettazione e lo sviluppo sia di matrici a base di chitosano, per la realizzazione di sistemi di rilascio, sia di nanoparticelle a base di chitosano, come vettori per incapsulare un farmaco idrofobico.