Development of drug delivery systems for hydrophobic drugs : the FM19G11 case of study

Over the last few decades, advances in the pharmaceutical industry led to the development of many new potential drugs. However, unfortunately most of them consist of poorly water-soluble molecules, thus resulting in an unsatisfactory bioavailability in vivo. Hence, new methods to enhance their solubility are required to improve their pharmacokinetics and clinical outcome. In this project, drug delivery systems for the delivery of hydrophobic drugs were developed. As a proof of concept, FM19G11, a novel epigenetic drug promising for the treatment of Amyotrophic Lateral Sclerosis, was used. Two different strategies were attempted: 1) using biocompatible PLGA nanoparticles (NPs) as carriers; 2) developing inclusion host:guest complexes with cyclodextrins. PLGA NPs stabilized by PVA exhibited good colloidal stability in the biological environment and high encapsulation yield. Then, to increase their biocompatibility, attempts were made to substitute PVA with an amphiphilic and non-immunogenic protein, Hydrophobin II (HFBII) from T.reesei. The protein showed low affinity for PLGA, and it was not able to form a proper shell on NPs surface, resulting in a low FM19G11 entrapment efficiency. Nevertheless, it still managed to have a stabilizing effect with respect to surfactant-free PLGA NPs. All the NPs were obtained by nanoprecipitation and were characterized through DLS for their morphology and z-potential. Their stability was checked both in water and in biological fluids, and their ability to encapsulate the drug was investigated through an HPLC analysis. Finally, their interactions with serum proteins were studied through an SDS-PAGE run. Then, another strategy has been also attempted based on a more minimalist approach, exploiting the formation of a supramolecular inclusion complex between FM19G11 and 𝛽-cyclodextrin (𝛽-CD). Here, a co-precipitation method was previously optimized using 2,4-Dinitroaniline and 4-Methylbenzophenone as models to mimic the functional groups and moieties of the drug, and then used to obtain the inclusion complex with FM19G11. The complexes were characterized through DSC, FT-IR, XRD and UV-vis spectroscopy, and all data suggest the presence of an host:guest interaction.

Nel corso degli ultimi anni, i passi avanti dell’industria farmaceutica hanno portato allo sviluppo di molti nuovi potenziali farmaci. Tuttavia, la maggior parte di essi consiste in molecole scarsamente solubili in acqua, risultando quindi in una bassa biodisponibilità in vivo. Di conseguenza, è necessario trovare nuovi metodi per aumentare la loro solubilità, in modo da migliorarne farmacocinetica ed esito clinico. In questo progetto sono stati sviluppati sistemi per il drug delivery di farmaci idrofobici. Come modello è stato scelto l’FM19G11, un nuovo farmaco epigenetico che sembra essere promettente per il trattamento della Sclerosi Laterale Amiotrofica. Sono state testate due diverse strategie: 1) l’uso di nanoparticelle (NP) biocompatibili di PLGA come carriers; 2) lo sviluppo di complessi d’inclusione host:guest con le ciclodestrine. NP di PLGA stabilizzate da PVA hanno mostrato una buona stabilità colloidale in ambiente biologico e un buon livello di incapsulamento. Dopodiché, per aumentarne la biocompatibilità, sono stati fatti dei tentativi per sostituire il PVA con una proteina anfifilica e non-immunogenica, l’idrofobina II (HFBII) ottenuta da T.reesei. La proteina ha mostrato una bassa affinità per il PLGA, non formando un vero e proprio strato sulla superficie delle NP e dando un basso incapsulamento del farmaco. Tuttavia, ha comunque dimostrato di avere un effetto stabilizzante rispetto alle NP di PLGA senza surfattante. Tutte le NP sono state ottenute tramite nanoprecipitazione e caratterizzate attraverso DLS per la loro morfologia e potenziale Z. La loro stabilità è stata monitorata sia in acqua che in fluidi biologici, e la loro capacità di intrappolare il farmaco è stata quantificata con l’HPLC. Infine, le loro interazioni con le proteine del siero sono state studiate attraverso SDS-PAGE. Dopodiché, è stato sperimentato anche un approccio più minimalista di tipo supramolecolare, con la formazione di complessi d’inclusione tra FM19G11 e ciclodestrina 𝛽 (𝛽-CD). Per far ciò, un metodo di co-precipitazione è stato prima ottimizzato usando la 2,4-Dinitroanilnia e il 4-Metilbenzofenone come molecole modello per mimare i gruppi funzionali del farmaco, e poi utilizzato per ottenere il complesso d’inclusione con l’FM19G11. I complessi sono stati caratterizzati attraverso DSC, FT-IR, XRD e spettroscopia UV-vis, e tutti i dati sembrano suggerire la presenza di interazioni di tipo host:guest.