Design of nanogels and their application in drug delivery

In the last decades, the need of new therapies and treatments for various pathologies have increased the attention to drug delivery systems due to their multiple advantages. In this context, nanogels, a specific type of nanoparticles, have emerged as potential drug carriers due to their interesting properties in terms of biocompatibility, biodegradability and tunability. In this present thesis work, we have decided to focus on the core formulations of nanogels, realizing various typologies of systems, making comparisons between them. First of all we synthetized PEG-PEI nanogels, which represents the baseline of this family of biomaterials. Then we investigated what happens if one of the two constituent polymers of the framework is substituted with a different polymeric chain. By doing so, we fabricated the Pluronic F-127 – PEI nanogels and the PEG - Jeffamine nanogels. The three different formulations have been characterized both chemically and physically, and their drug loading and release ability has been investigated, showing the potentiality of these devices as drug carriers. Moreover, further properties of these systems have been studied. In fact, in previous works, PEG - PEI nanogels with a surface functionalization of 3-bromopropylamine hydrobromide have shown important biological behaviour in term of selectivity respect to central nervous system cells. We start here to investigate here if Pluronic - PEI nanogels, properly functionalized, is able to replicate the same biological behaviour. Similarly, because from previous works Jeffammine have shown antibacterial properties, we want to verify if PEG-Jeffammine nanogels are able to conjugate drug carriers properties, to antibacterial effects.

Negli ultimi anni la necessità di nuove terapie e trattamenti per svariate patologie ha posto una crescente attenzione sui sistemi di rilasci di farmaci, grazie ai notevoli vantaggi che si possono ottenere da un loro utilizzo. In questo contesto una particolare tipologia di nano particelle, i nanogels, sono stati analizzati con grande interesse grazie alle proprietà, come biocompatibilità, biodegradabilità e possibilità di essere funzionalizzati, che li rendono particolarmente adatti ad applicazioni di rilascio controllato di farmaci. In questo lavoro di tesi abbiamo deciso di focalizzare l’attenzione sulla formulazione della struttura dei nanogels, realizzando diverse tipologie di sistemi e confrontandoli tra loro. Innanzitutto abbiamo sintetizzato i PEG – PEI nanogels, che rappresentano il punto di partenza per questa classe di biomateriali. Abbiamo così posto l’attenzione su cosa accadde se uno dei due polimeri che costituiscono il nanogel è sostituito da un’altra catena polimerica. Di conseguenza abbiamo sintetizzato i Pluronic F-127 – PEI nanogels e i PEG – Jeffammina nanogels. Queste tre formulazioni differenti sono state caratterizzate sia da un punto di vista chimico che fisico e successivamente sono stati condotti i test per verificare la loro capacità di essere usati come veicoli per il trasporto di farmaci che hanno confermato la potenzialità di queste formulazioni. Inoltre, sono state investigate anche altre proprietà di questi sistemi. Infatti, da lavori precedenti, i PEG – PEI nanogels funzionalizzati in superficie con la molecola 3-bromopropilammina idrobromuro hanno mostrato importanti capacità in termini di selettività verso alcune cellule del sistema nervoso centrale. In questo lavoro di tesi abbiamo quindi iniziato a studiare se i Pluronic – PEI nanogels, opportunamente funzionalizzati, sono in grado di replicare lo stesso comportamento biologico. Allo stesso modo, siccome è noto che le Jeffammine possiedano proprietà antibatteriche, abbiamo indagato il potere antibatterico dei PEG – Jeffammine nanogels verificando se questa formulazione sia in grado di unire i vantaggi e le proprietà tipiche dei dispositivi per il trasporto di farmaci a proprietà antibatteriche.