SERS of perampanel for therapeutic drug monitoring using substrates produced by PLD

This thesis focused on the analysis of the behaviour of nanostructured substrates produced by pulsed laser deposition (PLD), used as sensors for Therapeutic Drug Monitoring (TDM). Perampanel, an antiepileptic drug, was analysed using such sensors by Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS). This to provide an innovative and totally different approach to TDM, compared to the current used techniques. In the first part of the thesis, I tried to understand how to optimize the SERS signal of Perampanel, starting from results of previous studies that showed how protonation of Perampanel increases its SERS activity. Having done this, I successfully tested the sensor ability to detect the drug at concentrations of medical interest: I observed a good repeatability and reproducibility of the collected drug signals. Finally, I carried out a study on the characterization of the substrates analysing first the dipping time dependence of the Perampanel signal, then the sensitivity of the Au substrates to different Perampanel concentrations. I observed that the drug signal increases with increasing the dipping time up to saturation. As to the sensitivity of the Au substrates, I found that the SERS signal increases with concentration and saturates, exhibiting a higher sensitivity across the drug therapeutic range of concentration. The results obtained allow for further developments moving from laboratory solutions to real samples, i.e clinical samples obtained from patients under drug therapy.

Questa tesi si rivolge all'analisi del comportamento di substrati nanostrutturati prodotti mediante deposizione laser pulsata (PLD), utilizzati come sensori per il monitoraggio terapeutico di farmaci (TDM). Perampanel, un farmaco antiepilettico, è stato analizzato utilizzando tali sensori mediante spettroscopia Raman intensificata per effetti di superficie (SERS). Questo per fornire un approccio innovativo e diverso al TDM, rispetto alle tecniche usate attualmente. Nella prima parte della tesi, ho cercato di capire come ottimizzare il segnale SERS di Perampanel, partendo da risultati di studi precedenti che mostravano come la protonazione di Perampanel aumentasse la sua attività SERS. Fatto ciò, ho testato con successo la capacità del sensore di rilevare il farmaco a concentrazioni di interesse medico: ho osservato una buona ripetibilità e riproducibilità dei segnali del farmaco raccolti. Infine, ho condotto uno studio sulla caratterizzazione dei substrati analizzando prima la dipendenza dal tempo di immersione del segnale di Perampanel, quindi la sensibilità dei substrati di Au a diverse concentrazioni del farmaco. Ho osservato che il segnale del farmaco aumenta con l'aumentare del tempo di immersione fino alla saturazione. Per quanto riguarda la sensibilità dei substrati di Au, ho scoperto che il segnale SERS aumenta con la concentrazione, fino alla saturazione, mostrando una sensibilità più elevata nell'intervallo di concentrazione terapeutico. I risultati ottenuti consentono ulteriori sviluppi passando da soluzioni di laboratorio a campioni reali, cioè campioni clinici ottenuti da pazienti sottoposti a terapia farmacologica.