Optimization of the protocol and the system for the evaluation of drug release in dynamic settings

Nowadays, there is a need to explore innovations in the therapy of patients affected by diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL). Current treatments are not yet optimal in terms of therapeutic efficacy and quality of life. A novel therapy involves administering drugs by encapsulation within red blood cells (RBCs). This approach allows controlled release and reduced drug toxicity. The new technology developed at Politecnico di Milano involves using a chip to exploit mechanical forces, inducing temporary pore openings in erythrocytes, and allowing for encapsulation. To study and validate this therapy, it's crucial to create an "in vitro" model that faithfully replicates "in vivo" conditions. For this purpose, at Politecnico di Milano, a bioreactor has been developed that works in dynamic conditions. This enables a better understanding of physiological processes, overcoming the limitations of static well approaches. This study focuses on the optimization of the protocol to study Gemcitabine release from red blood cells. The focus of the study was on two parts: technological and biological. For the technological aspect, improvements have been made to the circuit to simulate physiological conditions better, through modifications to the bioreactor design and the addition of a new element. For the biological aspect, a method has been developed to characterize red blood cells. It's essential to assess changes in RBCs before and after drug encapsulation and how their conditions influence drug release. Dynamic tests with Gemcitabine were performed, alongside static tests, to compare results. Fully optimizing the test protocol would enable further research into this experimental therapy, addressing current drug toxicity issues that hinder patient recovery. Future laboratory studies would be beneficial to confirm the therapy's efficacy and progress to "in vivo" animal studies.

Ad oggi risulta importante cercare innovazioni nella terapia di pazienti affetti da linfoma diffuso a grandi cellule B (DLBCL). Le cure attualmente in uso non risultano ottimali in termini di efficacia terapeutica e qualità di vita. Una terapia innovativa che permetterebbe un rilascio controllato e una riduzione della tossicità dei farmaci, coinvolge la somministrazione mediante incapsulamento nei globuli rossi. La nuova tecnologia sviluppata presso il Politecnico di Milano prevede, attraverso l'uso di un chip, di sfruttare gli sforzi meccanici per indurre aperture temporanee di pori negli eritrociti, permettendo l'incapsulamento del farmaco. Per poter studiare e validare questa terapia è fondamentale creare un modello "in vitro" che replichi fedelmente quello che succede "in vivo": a questo scopo, presso il Politecnico di Milano, è stato sviluppato un bioreattore che lavora in condizioni dinamiche. Il dispositivo consente di comprendere meglio quello che avviene fisiologicamente, superando i limiti degli approcci statici. In questo lavoro si è ottimizzato il protocollo per poter studiare il rilascio di Gemcitabina da parte dei globuli rossi. Il focus dello studio si è concentrato su due parti: una tecnologica e l'altra biologica. Dal punto di vista tecnologico, si è migliorato il circuito, per rendere le condizioni di lavoro più vicine a quelle fisiologiche, tramite modifiche al design del bioreattore e l'aggiunta di un nuovo elemento. Dal punto di vista biologico, è stato sviluppato un metodo per caratterizzare i globuli rossi. È importante valutare quello che accade prima e dopo il caricamento, e come le condizioni degli eritrociti influenzano il rilascio del farmaco. Sono stati eseguiti test dinamici usando Gemcitabina, affiancando prove statiche per confrontare i risultati. Riuscire a ottimizzare del tutto il protocollo di test consentirebbe di proseguire la ricerca sulla terapia sperimentale, per risolvere i problemi attuali di tossicità dei farmaci, che ad oggi non permettono una completa guarigione del paziente. In futuro sarebbero utili ulteriori studi in laboratorio per confermare l’efficacia di questa terapia, e passare a studi "in vivo" su animale.