Design of functionalized nanogels as controlled drug delivery systems

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 the attention on several strategies for the nanogel functionalization, realizing various typologies of coatings and testing their characteristics. First of all, we synthetized rhodamine-labelled PEG-PEI nanogels, which represents the baseline for every functionalized nanoparticle. Then, three different molecules have been selected as coating material: 3-Bromopropylamine hydrobromide, 4-(Bromomethyl)pyridine hydrobromide and benzyl bromide. So that, we fabricated Ammine coated, Pyridine coated and Benzyl coated nanogels. The three different formulations have been characterized both chemically and physically, and their stability, drug loading and release ability have been investigated, showing the potentiality of these devices as drug carriers. Moreover, further coating molecules have been produced and studied. In fact, in previous works, nanogels coated with TEMPO molecules have shown important antioxidant properties given by this radical. We start here to investigate their properties as drug delivery system in terms of biocompatibility and selectivity in the selective treatment of cells for biological applications.

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 su diverse strategie per la funzionalizzazione dei nanogel, realizzando varie tipologie di rivestimenti e testandone le caratteristiche. Prima di tutto, abbiamo sintetizzato nanogel PEG-PEI marcati con rodamina, che rappresenta la base di partenza per ogni nanoparticella funzionalizzata. Poi, tre diverse molecole sono state selezionate come materiale di rivestimento: 3-Bromopropilammina idrobromide, 4-(Bromometil)piridina idrobromide e benzil bromuro. Quindi, abbiamo fabbricato nanogel rivestiti di Ammina, Piridina e Benzile. Le tre diverse formulazioni sono state caratterizzate sia chimicamente che fisicamente, e la loro stabilità, l’affinità con il farmaco e la capacità di rilascio sono stati studiati, mostrando la potenzialità di questi dispositivi come vettori farmaceutici. Inoltre, sono state prodotte e studiate ulteriori molecole di rivestimento. Infatti, in lavori precedenti, i nanogel rivestiti con molecole derivate dal TEMPO hanno mostrato importanti proprietà antiossidanti date da questo radicale. Iniziamo qui a studiare le loro proprietà come sistema di rilascio di farmaci in termini di biocompatibilità e selettività nel trattamento selettivo delle cellule per applicazioni biologiche.