This thesis is focused on the synthesis of zwitterionic nanoparticles (NPs) with tunable size and degradation time for biomedical applications, in particular for intravenous drug delivery. In fact, biodegradable and biocompatible polymeric NPs have gained much attention in the recent years due to their unique properties to control the release of therapeutic compounds. In this study, self-assembling amphiphilic zwitterionic and polyester-based block copolymers were synthesized via ring opening polymerization (ROP) and two subsequent reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerizations in order to produce a library of nanoparticles with sizes suitable for biomedical applications. The production of NPs was achieved via the self-assembly of the block-copolymers during their nanoprecipitation in an aqueous phase. Exploiting the living character of these polymerization techniques we have been able to synthesize copolymer with a comb-like structure that can be finely tuned by varying the number and the length of hydrophilic and lipophilic units. Furthermore, an in-depth study over the degradation profile of NPs with different lipophilic cores has been performed to demonstrate the possibility to control the time of degradation via the fine tuning of the number and the disposition of the lipophilic units. The cytotoxicity and cellular uptake of these zwitterionic NPs were tested to evaluate their behavior and they have shown promising results. In fact, the highly biocompatible character of these materials and their capacity to be internalized by the cells was assessed. Finally, Diapocynin, an anti-inflammatory drug used for neurodegenerative diseases, was loaded on these NPs and its release from them was evaluated.

Questa tesi si concentra sulla sintesi di nanoparticelle zwitterioniche (NP) con dimensioni e tempi di degradazione controllabili per applicazioni biomediche, in particolare per la somministrazione endovenosa di farmaci. Negli ultimi anni, infatti, le NP polimeriche biodegradabili e biocompatibili, grazie alle loro proprietà uniche di controllo nel rilascio di composti terapeutici, hanno attirato molta attenzione su di loro. In questo studio, al fine di produrre una libreria di nanoparticelle di dimensioni adatte ad applicazioni biomediche, sono stati sintetizzati, attraverso una polimerizzazione per apertura d’anello (ROP) e due successive polimerizzazioni reversibili di trasferimento a catena di addizione-frammentazione (RAFT), dei copolimeri a blocchi anfifilici composti da zwitterioni e poliesteri. La produzione di NP è stata ottenuta attraverso l'auto-assemblaggio dei copolimeri a blocchi durante la loro nanoprecipitazione in fase acquosa. Sfruttando il carattere “vivente” di queste tecniche di polimerizzazione siamo stati in grado di sintetizzare copolimeri con una struttura a pettine che può essere finemente controllata variando il numero e la lunghezza sia delle unità idrofile che lipofile. Inoltre, è stato effettuato uno studio approfondito sul profilo di degradazione di NP con diversa lipofilicità per dimostrare la possibilità di controllare il tempo di degradazione attraverso la precisa modulazione del numero e della disposizione delle unità lipofiliche. Al fine di valutare il comportamento di queste NP zwitterioniche sono state testate la loro citotossicità e il loro assorbimento cellulare con risultati promettenti. Infatti sono stati accertati il carattere altamente biocompatibile di questi materiali e la loro capacità di essere internalizzati da parte delle cellule. Infine, la Diapocinina, un farmaco anti-infiammatorio usato per le malattie neurodegenerative, è stata caricata su queste NP e il suo rilascio è stato studiato.

Zwitterionic biodegradable nanoparticles with tunable properties for drug delivery applications

MANFREDINI, NICOLÒ;MARALDI, MATTEO
2016/2017

Abstract

This thesis is focused on the synthesis of zwitterionic nanoparticles (NPs) with tunable size and degradation time for biomedical applications, in particular for intravenous drug delivery. In fact, biodegradable and biocompatible polymeric NPs have gained much attention in the recent years due to their unique properties to control the release of therapeutic compounds. In this study, self-assembling amphiphilic zwitterionic and polyester-based block copolymers were synthesized via ring opening polymerization (ROP) and two subsequent reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerizations in order to produce a library of nanoparticles with sizes suitable for biomedical applications. The production of NPs was achieved via the self-assembly of the block-copolymers during their nanoprecipitation in an aqueous phase. Exploiting the living character of these polymerization techniques we have been able to synthesize copolymer with a comb-like structure that can be finely tuned by varying the number and the length of hydrophilic and lipophilic units. Furthermore, an in-depth study over the degradation profile of NPs with different lipophilic cores has been performed to demonstrate the possibility to control the time of degradation via the fine tuning of the number and the disposition of the lipophilic units. The cytotoxicity and cellular uptake of these zwitterionic NPs were tested to evaluate their behavior and they have shown promising results. In fact, the highly biocompatible character of these materials and their capacity to be internalized by the cells was assessed. Finally, Diapocynin, an anti-inflammatory drug used for neurodegenerative diseases, was loaded on these NPs and its release from them was evaluated.
CAPASSO PALMIERO, UMBERTO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
21-dic-2017
2016/2017
Questa tesi si concentra sulla sintesi di nanoparticelle zwitterioniche (NP) con dimensioni e tempi di degradazione controllabili per applicazioni biomediche, in particolare per la somministrazione endovenosa di farmaci. Negli ultimi anni, infatti, le NP polimeriche biodegradabili e biocompatibili, grazie alle loro proprietà uniche di controllo nel rilascio di composti terapeutici, hanno attirato molta attenzione su di loro. In questo studio, al fine di produrre una libreria di nanoparticelle di dimensioni adatte ad applicazioni biomediche, sono stati sintetizzati, attraverso una polimerizzazione per apertura d’anello (ROP) e due successive polimerizzazioni reversibili di trasferimento a catena di addizione-frammentazione (RAFT), dei copolimeri a blocchi anfifilici composti da zwitterioni e poliesteri. La produzione di NP è stata ottenuta attraverso l'auto-assemblaggio dei copolimeri a blocchi durante la loro nanoprecipitazione in fase acquosa. Sfruttando il carattere “vivente” di queste tecniche di polimerizzazione siamo stati in grado di sintetizzare copolimeri con una struttura a pettine che può essere finemente controllata variando il numero e la lunghezza sia delle unità idrofile che lipofile. Inoltre, è stato effettuato uno studio approfondito sul profilo di degradazione di NP con diversa lipofilicità per dimostrare la possibilità di controllare il tempo di degradazione attraverso la precisa modulazione del numero e della disposizione delle unità lipofiliche. Al fine di valutare il comportamento di queste NP zwitterioniche sono state testate la loro citotossicità e il loro assorbimento cellulare con risultati promettenti. Infatti sono stati accertati il carattere altamente biocompatibile di questi materiali e la loro capacità di essere internalizzati da parte delle cellule. Infine, la Diapocinina, un farmaco anti-infiammatorio usato per le malattie neurodegenerative, è stata caricata su queste NP e il suo rilascio è stato studiato.
Tesi di laurea Magistrale
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/138846