Due to the growing request for more effective medicines, on-demand and customized illness treatments, and the expiration of drug patents, the development of innovative drug delivery systems is a sector that is receiving increasing attention from the scientific community. Delivery systems are crucial because they provide many benefits over traditional dose forms, including as greater efficacy, reduced toxicity, and active targeting. On-target drug delivery and rate-controlled drug release are major areas of focus in this discipline. With the use of composite materials, or substances that combine the finest qualities of two or more highly unlike systems, this dual goal may be accomplished. This multidisciplinary approach, which is typical of the drug delivery industry, enables the best aspects of numerous technologies to be utilized. Biocompatible hydrogels, which are polymeric networks with the capacity to load a wide range of molecules and absorb huge amounts of water, fall under the category of novel drug delivery methods, making them suited for this use and adaptable to the needs of each patient. Implantation of a polymeric scaffold easy to synthesize can substitute previous therapies scheduling, shortening side effects. Furthermore, it guarantees a prolonged and localized cargo release while avoiding the need for surgical removal and maintaining high medication concentrations. The focus of the project is the characterization of these alginate-based structures, with tests for gel formation, chemical structure, microscopic morphology, degradation in different pH environments, and drug release with fluorescent tracer and active principle. One of the first objectives is the functionalization of alginate polymer with rhodamine B, the fluorescent tracer, a pharmacological mimic, and then with ibuprofen, a real medicine. Three types of gels are generated: two by physical route and the last one is obtained with chemical bond. Spheres and microspheres made by physical interactions and cylinders formed by chemical connections are formed correctly using both pure alginate and modified alginate. Several studies are run on these gels to investigate their features and behavior. Comparison of some aspects with agarose and carbomer-based hydrogels are also conducted. i ii In drug delivery sector, a lot of efforts are dedicated to rate-controlled release of drugs, and on-target delivery of drugs. The thesis intends to examine physical and chemical hydrogel structures containing alginate in the aqueous phase. Specifically, we can study these gels as carriers for controlled drug release applications by altering the pH of the aqueous phase using acid or basic buffer solution. The alginate's releases in different conditions involving various functionalizations have been determined thanks to the high absorbance value of rhodamine. Only degradation tests on all three types of ibuprofen hydrogels have been carried out.

A causa della crescente richiesta di medicinali più efficaci, trattamenti di malattie su richiesta e su misura e della scadenza dei brevetti sui farmaci, lo sviluppo di sistemi innovativi di somministrazione dei farmaci è un settore che sta ricevendo una crescente attenzione da parte della comunità scientifica. I sistemi di somministrazione sono fondamentali perché offrono molti vantaggi rispetto alle forme di dosaggio tradizionali, tra cui una maggiore efficacia, una ridotta tossicità e un targeting attivo. La somministrazione di mirata di farmaci e il rilascio di farmaci a velocità controllata sono le principali aree di interesse di questa disciplina. Con l'uso di materiali compositi, o di sostanze che combinano le migliori qualità di due o più sistemi altamente diversi, questo duplice obiettivo può essere raggiunto. Questo approccio multidisciplinare, tipico dell’industria del drug delivery, consente di utilizzare gli aspetti migliori di numerose tecnologie. Gli hydrogels biocompatibili, reti polimeriche con la capacità di caricare un'ampia gamma di molecole e di assorbire grandi quantità di acqua, rientrano nella categoria dei nuovi metodi di somministrazione dei farmaci, rendendoli adatti sia a questo uso sia alle esigenze di ciascun paziente. L'impianto di scaffold polimerico facilmente sintetizzabile può sostituire le precedenti terapie programmate, riducendo gli effetti collaterali. Inoltre, garantisce un rilascio prolungato e localizzato del carico, evitando la necessità di rimozione chirurgica e mantenendo alte concentrazioni di farmaco. L'obiettivo del progetto è la caratterizzazione di queste strutture a base di alginato, con test per la formazione di gel, la struttura chimica, la morfologia microscopica, la degradazione in diversi ambienti con pH diversi e il rilascio di farmaci con traccianti fluorescenti e principi attivi. Uno dei primi obiettivi è la funzionalizzazione del polimero di alginato con la rodamina B, il tracciante fluorescente, un mimico farmacologico, e poi con l'ibuprofene, un vero e proprio farmaco. Vengono prodotti tre tipi di gels: due per via fisica e l'ultimo è ottenuto attraverso la formazione di un legame chimico. Le sfere e le microsfere costruite tramite interazioni fisiche e i cilindri formati per legame chimico vengono prodotti correttamente sia con alginato puro che con alginato modificato. Diversi studi sono stati condotti su questi gel per indagare le loro iii iv caratteristiche, il loro comportamento. Anche il confronto di alcuni aspetti con gli hydrogel a base di agarosio e carbomer è stato condotto. Nel settore del drug delivery, molti sforzi sono dedicati al rilascio di farmaci a velocità controllata e alla somministrazione o-target (mirata) di farmaci. La tesi intende esaminare strutture di hydrogel fisici e chimici contenenti alginato in fase acquosa. In particolare, possiamo studiare questi gels come vettori per applicazioni a rilascio controllato di farmaci alterando il pH della fase acquosa con soluzioni tampone acide o basiche. Il rilascio dell'alginato in diverse condizioni con varie funzionalizzazioni è stato studiato e grazie grazie all'elevato valore di assorbanza della rodamina B è stato possibile effettuare una quantificazione. Sono stati effettuati solo test di degradazione su tutti e tre i tipi di hydrogels di ibuprofene.

pH triggers the release of drugs from sodium alginate hydrogels

Moretti, Anna
2022/2023

Abstract

Due to the growing request for more effective medicines, on-demand and customized illness treatments, and the expiration of drug patents, the development of innovative drug delivery systems is a sector that is receiving increasing attention from the scientific community. Delivery systems are crucial because they provide many benefits over traditional dose forms, including as greater efficacy, reduced toxicity, and active targeting. On-target drug delivery and rate-controlled drug release are major areas of focus in this discipline. With the use of composite materials, or substances that combine the finest qualities of two or more highly unlike systems, this dual goal may be accomplished. This multidisciplinary approach, which is typical of the drug delivery industry, enables the best aspects of numerous technologies to be utilized. Biocompatible hydrogels, which are polymeric networks with the capacity to load a wide range of molecules and absorb huge amounts of water, fall under the category of novel drug delivery methods, making them suited for this use and adaptable to the needs of each patient. Implantation of a polymeric scaffold easy to synthesize can substitute previous therapies scheduling, shortening side effects. Furthermore, it guarantees a prolonged and localized cargo release while avoiding the need for surgical removal and maintaining high medication concentrations. The focus of the project is the characterization of these alginate-based structures, with tests for gel formation, chemical structure, microscopic morphology, degradation in different pH environments, and drug release with fluorescent tracer and active principle. One of the first objectives is the functionalization of alginate polymer with rhodamine B, the fluorescent tracer, a pharmacological mimic, and then with ibuprofen, a real medicine. Three types of gels are generated: two by physical route and the last one is obtained with chemical bond. Spheres and microspheres made by physical interactions and cylinders formed by chemical connections are formed correctly using both pure alginate and modified alginate. Several studies are run on these gels to investigate their features and behavior. Comparison of some aspects with agarose and carbomer-based hydrogels are also conducted. i ii In drug delivery sector, a lot of efforts are dedicated to rate-controlled release of drugs, and on-target delivery of drugs. The thesis intends to examine physical and chemical hydrogel structures containing alginate in the aqueous phase. Specifically, we can study these gels as carriers for controlled drug release applications by altering the pH of the aqueous phase using acid or basic buffer solution. The alginate's releases in different conditions involving various functionalizations have been determined thanks to the high absorbance value of rhodamine. Only degradation tests on all three types of ibuprofen hydrogels have been carried out.
PIZZETTI, FABIO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
5-ott-2023
2022/2023
A causa della crescente richiesta di medicinali più efficaci, trattamenti di malattie su richiesta e su misura e della scadenza dei brevetti sui farmaci, lo sviluppo di sistemi innovativi di somministrazione dei farmaci è un settore che sta ricevendo una crescente attenzione da parte della comunità scientifica. I sistemi di somministrazione sono fondamentali perché offrono molti vantaggi rispetto alle forme di dosaggio tradizionali, tra cui una maggiore efficacia, una ridotta tossicità e un targeting attivo. La somministrazione di mirata di farmaci e il rilascio di farmaci a velocità controllata sono le principali aree di interesse di questa disciplina. Con l'uso di materiali compositi, o di sostanze che combinano le migliori qualità di due o più sistemi altamente diversi, questo duplice obiettivo può essere raggiunto. Questo approccio multidisciplinare, tipico dell’industria del drug delivery, consente di utilizzare gli aspetti migliori di numerose tecnologie. Gli hydrogels biocompatibili, reti polimeriche con la capacità di caricare un'ampia gamma di molecole e di assorbire grandi quantità di acqua, rientrano nella categoria dei nuovi metodi di somministrazione dei farmaci, rendendoli adatti sia a questo uso sia alle esigenze di ciascun paziente. L'impianto di scaffold polimerico facilmente sintetizzabile può sostituire le precedenti terapie programmate, riducendo gli effetti collaterali. Inoltre, garantisce un rilascio prolungato e localizzato del carico, evitando la necessità di rimozione chirurgica e mantenendo alte concentrazioni di farmaco. L'obiettivo del progetto è la caratterizzazione di queste strutture a base di alginato, con test per la formazione di gel, la struttura chimica, la morfologia microscopica, la degradazione in diversi ambienti con pH diversi e il rilascio di farmaci con traccianti fluorescenti e principi attivi. Uno dei primi obiettivi è la funzionalizzazione del polimero di alginato con la rodamina B, il tracciante fluorescente, un mimico farmacologico, e poi con l'ibuprofene, un vero e proprio farmaco. Vengono prodotti tre tipi di gels: due per via fisica e l'ultimo è ottenuto attraverso la formazione di un legame chimico. Le sfere e le microsfere costruite tramite interazioni fisiche e i cilindri formati per legame chimico vengono prodotti correttamente sia con alginato puro che con alginato modificato. Diversi studi sono stati condotti su questi gel per indagare le loro iii iv caratteristiche, il loro comportamento. Anche il confronto di alcuni aspetti con gli hydrogel a base di agarosio e carbomer è stato condotto. Nel settore del drug delivery, molti sforzi sono dedicati al rilascio di farmaci a velocità controllata e alla somministrazione o-target (mirata) di farmaci. La tesi intende esaminare strutture di hydrogel fisici e chimici contenenti alginato in fase acquosa. In particolare, possiamo studiare questi gels come vettori per applicazioni a rilascio controllato di farmaci alterando il pH della fase acquosa con soluzioni tampone acide o basiche. Il rilascio dell'alginato in diverse condizioni con varie funzionalizzazioni è stato studiato e grazie grazie all'elevato valore di assorbanza della rodamina B è stato possibile effettuare una quantificazione. Sono stati effettuati solo test di degradazione su tutti e tre i tipi di hydrogels di ibuprofene.
File allegati
File Dimensione Formato  
Executive_Summary_Anna_Moretti.pdf

accessibile in internet solo dagli utenti autorizzati

Descrizione: Executive summary
Dimensione 842.91 kB
Formato Adobe PDF
842.91 kB Adobe PDF   Visualizza/Apri
Tesi-Anna-Moretti.pdf

accessibile in internet solo dagli utenti autorizzati

Descrizione: Tesi
Dimensione 15.86 MB
Formato Adobe PDF
15.86 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/210126