Towards porous metal-organic framework nanoparticles as multi-delivery systems

Nanoparticles of metal-organic frameworks MIL-100(Fe) and UiO-66 have been synthesised with novel green processes. The project is aimed at assessing the potential of the two materials as vectors for multi-delivery. Therefore, a functionalisation with a branched formed of PEI has been proposed, since it is a widely studied vector for gene delivery applications. Methotrexate (MTX) has been chosen as drug for future encapsulation experiments. The materials have been fully characterised with XRD, FTIR, BET, DLS, zeta -potential, TEM, TGA, to gather information about crystal structure, surface area, surface charge, dimensions, colloidal stability. Degradation in simulated physiological conditions (PBS) has been quantified with HPLC. Results have shown that the MOFs have been synthesised correctly. MIL-100(Fe) has a poor colloidal stability in PBS, while UiO-66 is relatively stable. The functionalisation process was conceived and tried. Process kinetics has also been investigated for further optimisation. Results clearly show that functionalisation did not cause MOFs to lose their structural properties. The decrease in surface area and a positive zeta -potential at any tested pH lead to conclude that the treatment was successful. Although PEI@MOFs are not yet colloidally stable in PBS, they are stable in water in acidic pH.

Nanoparticelle dei metal-organic framework MIL-100(Fe) e UiO-66 sono state sintetizzate con processi innovativi eco-compatibili, con l’obiettivo di valutarne il potenziale come vettori per multi-delivery attraverso una funzionalizzazione con una forma ramificata di PEI, un polimero ampiamente studiato per applicazioni di gene delivery. Il farmaco metrotexato (MTX) è stato identificato come candidato per successive prove di incapsulazione. I materiali sono stati caratterizzati approfonditamente tramite XRD, FTIR, BET, DLS, misure del potenziale zeta , TEM, TGA, per ottenere informazioni circa la struttura cristallina, la superficie specifica, la carica superficiale, le dimensioni, la stabilità colloidale. La degradazione in condizioni fisiologiche artificiali (PBS) è stata quantificata con HPLC. I risultati hanno confermato una corretta sintesi e hanno evidenziato l’instabilità colloidale di MIL-100(Fe) in PBS, mentre UiO-66 appare relativamente stabile, alle stesse condizioni. Il processo di funzionalizzazione è stato concepito e realizzato. I materiali sono stati caratterizzati dopo la funzionalizzazione per verificare cambiamenti di proprietà. La cinetica di processo è stata analizzata in vista di successive ottimizzazioni. I risultati hanno evidenziato che la funzionalizzazione è stata eseguita senza intaccare le proprietà strutturali del MOF. In particolare, la diminuzione di superficie specifica e il conferimento di carica positiva a tutti i pH testati, fanno ragionevolmente concludere che la funzionalizzazione sia avvenuta con successo. Sebbene i vettori funzionalizzati non siano ancora stabili colloidalmente in PBS, sono stabili in acqua in pH acido.