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POLITesi - Archivio digitale delle tesi di laurea e di dottorato

The application of nanotechnology into medicine represents a promising approach for the development of innovative nanoparticle (NP)-based therapeutics. However, due to the lack of a full understanding of how NPs behave inside the human body, only a few of these therapeutics have reached clinical applications. To address this challenge, the development of multimodal NPs combining the therapeutic action with the possibility of tracking their biodistribution in vivo by bio-imaging has been extensively investigated. Among non-invasive imaging techniques, Fluorine-19 (19F)-Magnetic Resonance Imaging (MRI) is one of the most promising ones. Thanks to the lack of detectable endogenous organic fluorine in tissues, 19F-MRI does not suffer from any background signal and allows to obtain high-resolution hot-spot images that add a second independent information (e.g., biodistribution) besides the anatomical one provided by 1H-MRI. The covalent functionalization of polymers with fluorinated moieties represents a promising strategy for creating multimodal systems that merge therapeutic functions with in vivo traceability through 19F-MRI. Additionally, polymer fluorination imparts unique physicochemical properties to resulting nanocarriers. By employing different fluorinated tags and polymeric scaffolds, it becomes possible to achieve an optimal balance between fluorination for imaging purposes and fine-tuning biodegradability, biocompatibility, and hydrophilicity. Furthermore, the amphiphilic nature of most fluoropolymers facilitates their spontaneous self-assembly in aqueous solutions, allowing for the encapsulation of hydrophobic drugs. Fluorination has also been reported to enhance NP stability in water and phospholipid phases, as well as improve membrane binding and cellular uptake. Additionally, fluorination is commonly used in pharmaceuticals to modify drug properties, as in the case of nucleosides and oligonucleotides that are usually modified with one or more fluorine atoms, to enable hydrolytic and nucleases stability, as well as detectability through 19F-nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The fluorination of oligonucleotides with highly fluorinated moieties represents a promising strategy for driving and fine-tuning their self-assembly, leading to the development of traceable nucleic acid-based therapeutics (NATs). Leveraging the omniphobic/lipophilic nature of fluorine in conjugation with the hydrophilicity of NAs, this approach induces the spontaneous self-assembly of oligonucleotides into supramolecular structures, predominantly micelles. By playing on various fluorinated tags and oligonucleotide chains, it becomes feasible to manipulate the amphiphilicity of the final system, thereby promoting NATs self-assembly into stable aggregates with enhanced properties. When developing fluorinated systems, the use of short and branched fluorinated ligands is preferred over linear chains to optimize biodistribution and reduce bioaccumulation. Additionally, maintaining fluorinated chain mobility to ensure a robust signal image is crucial, necessitating careful consideration of the fluorinated moiety structure. For instance, in polymer fluorination, utilizing fluorinated ligands with fewer branches has been shown to preserve fluorine mobility during self-assembly, mitigating quenching of the NMR signal. This thesis project encompassed the use of fluorination to drive the self-assembly of polymers and oligonucleotides into NPs and micelles, enabling potential detection via 19F-NMR and enhancing cellular uptake. Significant attention was dedicated to elucidating the impact of fluorine on the self-assembly of both polymers and oligonucleotides, as well as on the colloidal properties and interactions of the resulting self-assembled structures within the biological environment. The first part of the thesis, conducted in collaboration with prof. Roberto Papait at IRCCS Humanitas Research Hospital, involved the development of pegylated (PEG) biodegradable poly(ε-caprolactone) (PCL) NPs functionalized with a nonafluoro moiety as a new class of potentially 19F-NMR detectable vectors for delivering novel epigenetic drugs for age-related heart diseases. Developed NPs demonstrated improved therapeutic efficacy on cardiomyocyte cell lines, addressing a critical need in the emerging field of cardiovascular nanomedicine. While cancer therapy has long been a focal point of nanotechnology, the field of cardiovascular disease nanomedicine has lagged behind and holds significant untapped potential. Recent research has unveiled the direct link between dysregulated epigenetic modifications and heart aging and disease, shedding light on a promising avenue for cardiovascular disease treatment. Epigenetic drugs targeting these imbalances offer a potential solution, yet their effectiveness is hindered by challenges such as low solubility, systemic toxicity, and rapid enzymatic degradation in vivo. Therefore, the development of delivery systems capable of encapsulating and specifically delivering these drugs to the target site is crucial for enhancing their therapeutic efficacy while minimizing toxicity. Interestingly, although other types of epigenetic drugs have been encapsulated in NPs previously, the promising histone acetyltransferase inhibitor, C646, has yet to be formulated using NP-based carriers. Therefore, to the best of our knowledge, our study represents the first example of C646 loaded NPs applied to age-related cardiac pathologies. In the effort to mimic better and better the biological identity of NPs, crucial for designing safer and more effective delivery systems and therapeutics, part of this thesis work was focused in developing procedures for studying the formation of the protein corona (PC) underflow, mimicking the in vivo conditions. In literature, both micro- and macro-fluidic systems have been developed for studying PC formation under dynamic conditions mimicking physiological ones, such as shear rate and stress. However, comprehensive studies comparing outcomes of different setups for dynamic PC determination are lacking. In this thesis, we aimed to address this gap by examining potential disparities between micro- and macro-fluidic systems in NP PC determination. We investigated different experimental conditions feasible with each setup and their implications for studying NP biological identity under physiological flow conditions. To accomplish this, we collaborated with Prof. Monica Soncini at the DEIB department of Polimi to develop a compact and adaptable macrofluidic system. Additionally, we collaborated with Prof. Roberto Rusconi at IRCCS Humanitas Research Hospital to modify a microfluidic system for NP PC characterization. Lastly, as a side project during my PhD staying abroad at McGill University, Montreal (Canada), in collaboration with prof. Hanadi Sleiman, fluorination was leveraged to develop innovative highly fluorinated oligonucleotide therapeutics functionalized with hyperbranched fluorinated moieties. These therapeutics self-assembled into highly monodispersed micelles, exhibiting enhanced cellular uptake and gene silencing properties. This study represents the first example of oligonucleotide therapeutics bearing hyperbranched fluorinated moieties, opening avenues for the development of more biocompatible and effective nucleic acid-based therapeutics in personalized medicine.

L’applicazione della nanotecnologia in ambito medico rappresenta un approccio promettente per lo sviluppo di terapie innovative basate su nanoparticelle (NP). Tuttavia, a causa della mancanza di una completa comprensione di come le NP si comportino all'interno del corpo umano, solo poche nanomedicine hanno raggiunto applicazioni cliniche. Per affrontare questa sfida, l’attenzione dei ricercatori si è concentrata sullo sviluppo di NP multimodali in grado di combinare l'azione terapeutica con la possibilità di tracciarne la biodistribuzione in vivo tramite tecniche di bio-imaging. In particolare, tra le tecniche di imaging non invasive, la Risonanza Magnetica (MRI) al Fluoro-19 (19F) è considerata una delle più promettenti. Infatti, grazie all’assenza di fluoro organico endogeno nei tessuti umani, la 19F-MRI non soffre di alcun segnale di fondo e consente di ottenere immagini puntuali ad alta risoluzione dei traccianti fluorurati, che si sommano a quelle anatomiche fornite dalla 1H-MRI, permettendone quindi la localizzazione esatta nel corpo. In questo ambito, la funzionalizzazione di polimeri con gruppi fluorurati rappresenta una strategia promettente per creare sistemi multimodali che uniscano funzioni terapeutiche alla tracciabilità in vivo tramite 19F-MRI. Inoltre, le NP basate su polimeri fluorurati possiedono proprietà fisico-chimiche uniche proprio grazie alla presenza degli atomi di fluoro. Utilizzando diverse molecole fluorurate e scaffold polimerici, è infatti possibile raggiungere un equilibrio ottimale tra fluorurazione per scopi di imaging, biodegradabilità, biocompatibilità e idrofilicità. Inoltre, la natura anfifilica della maggior parte dei fluoropolimeri facilita il loro auto-assemblaggio in soluzioni acquose, permettendo l'incapsulazione di farmaci idrofobici. Alcuni studi hanno dimostrato la capacità degli atomi di fluoro di migliorare la stabilità delle NP in acqua e nelle fasi fosfolipidiche, oltre che a migliorarne l’interazione con le membrane cellulari. Inoltre, la fluorurazione è comunemente utilizzata nei prodotti farmaceutici come tecnica per modificare le proprietà dei farmaci, come nel caso dei nucleosidi e degli oligonucleotidi che vengono solitamente modificati con uno o più atomi di fluoro, per consentire la stabilità idrolitica alle nucleasi nonché la rilevabilità tramite spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) al 19F. La fluorurazione degli oligonucleotidi con gruppi fluorurati rappresenta una strategia promettente anche per favorire l’assemblaggio di oligonucleotidi, permettendo lo sviluppo di terapie basate su acidi nucleici (NAT) tracciabili. Sfruttando la natura omnifobica/lipofila del fluoro in congiunzione con l'idrofilicità degli acidi nucleici, questo approccio induce infatti l'auto-assemblaggio spontaneo degli oligonucleotidi in strutture supramolecolari, con specifiche proprietà. Quando si tratta di sviluppare sistemi fluorurati, come fluoropolimeri, per applicazioni in nanomedicina, è preferibile l'utilizzo di ligandi fluorurati corti e ramificati rispetto alle catene lineari, in quanto questi permettono di ridurre la bioaccumulazione. Inoltre, è fondamentale mantenere la mobilità delle catene fluorurate all’interno delle NP per garantirne la tracciabilità tramite NMR e MRI. Questo è possibile regolando il numero di ramificazioni fluorurate. In questo progetto di tesi, la fluorurazione è stata impiegata come metodo per guidare l'auto-assemblaggio di polimeri e oligonucleotidi in nanoparticelle (NP) e micelle, consentendone la potenziale tracciabilità tramite 19F-NMR e migliorandone l'interazione con le cellule. È stato particolarmente approfondito l'impatto del fluoro sull'auto-assemblaggio sia dei polimeri che degli oligonucleotidi, nonché sulle proprietà colloidali e le interazioni delle risultanti strutture auto-assemblate nell'ambiente biologico. Nello specifico, la prima parte della tesi, condotta in collaborazione con il prof. Roberto Papait presso l'IRCCS Humanitas Research Hospital, ha riguardato lo sviluppo di nanoparticelle (NP) biodegradabili di poli(ε-caprolattone) (PCL) pegilate (PEG) funzionalizzate con un gruppo nonafluoro. Queste NP rappresentano una nuova classe di vettori potenzialmente rilevabili tramite 19F-NMR per la somministrazione di nuovi farmaci epigenetici destinati alle malattie cardiache legate all'età. Le NP sviluppate hanno dimostrato una maggiore efficacia terapeutica su linee cellulari di cardiomiociti, affrontando un bisogno critico nel campo emergente della nanomedicina cardiovascolare. Sebbene la terapia contro il cancro sia stata a lungo un punto focale della nanotecnologia, il campo della nanomedicina per le malattie cardiovascolari è rimasto indietro e possiede un potenziale significativo ancora non sfruttato. Ricerche recenti hanno rivelato un legame diretto tra squilibri a livello delle modifiche epigenetiche, invecchiamento e malattie cardiache, indicando una promettente via per il trattamento delle malattie cardiovascolari. I farmaci epigenetici che mirano a questi squilibri offrono una soluzione potenziale, ma la loro efficacia è ostacolata da sfide come bassa solubilità, tossicità sistemica e rapida degradazione enzimatica in vivo. Pertanto, lo sviluppo di NP capaci di incapsulare e trasportare specificamente questi farmaci al sito bersaglio è cruciale per migliorare la loro efficacia terapeutica minimizzandone la tossicità. Sebbene altri tipi di farmaci epigenetici siano stati precedentemente incapsulati all’interno di NP, questo non è mai stato riportato per l’inibitore dell'istone acetiltransferasi p300, chiamato C646. Per questo motivo, lo studio condotto in questa tesi rappresenta il primo esempio di NP caricate con C646 e applicate a patologie cardiache legate all'età. Nell'impegno di imitare sempre meglio l'identità biologica delle nanoparticelle (NP), che rappresenta un punto cruciale per progettare NP e nano-terapie più sicure ed efficaci, parte di questo lavoro di tesi è stata anche focalizzata sullo sviluppo di procedure per studiare la formazione della corona proteica (PC) in condizioni di flusso che ricreassero quelle in vivo. In letteratura sono stati sviluppati sia sistemi micro- che macro-fluidici per studiare la formazione della PC in condizioni dinamiche che imitino quelle fisiologiche, in termini di flusso e sforzi di taglio. Tuttavia, ad oggi mancano ancora studi completi che confrontino i risultati di diversi setup per la determinazione della PC in condizioni dinamiche. In questa tesi, abbiamo quindi cercato di colmare questa lacuna esaminando le potenziali disparità tra sistemi micro- e macro-fluidici nella determinazione della PC delle NP. Abbiamo investigato le diverse condizioni sperimentali fattibili con ciascun setup e le loro implicazioni nello studio dell'identità biologica delle NP in condizioni di flusso fisiologico. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo collaborato con la prof.ssa Monica Soncini del dipartimento DEIB del Politecnico di Milano per sviluppare un sistema macro-fluidico compatto e versatile. Inoltre, abbiamo collaborato con il prof. Roberto Rusconi presso l'IRCCS Humanitas Research Hospital per modificare un sistema micro-fluidico per la caratterizzazione della PC delle NP. Infine, come progetto parallelo durante il mio soggiorno di dottorato all'estero presso la McGill University di Montreal (Canada), in collaborazione con la prof.ssa Hanadi Sleiman, è stata sfruttata la fluorurazione per sviluppare innovativi oligonucleotidi fluoruati terapeutici. I sistemi sviluppati hanno dimostrato di auto-assemblarsi in micelle altamente monodisperse, mostrando migliorate proprietà di assorbimento cellulare e silenziamento genico, dimostrandosi promettenti per future applicazioni in ambito della nanomedicina.

Tailor-made design of fluorinated nanotherapeutics for cardiac disfunctions and personalized medicine applications

BONA, BEATRICE LUCIA
2023/2024

Abstract

The application of nanotechnology into medicine represents a promising approach for the development of innovative nanoparticle (NP)-based therapeutics. However, due to the lack of a full understanding of how NPs behave inside the human body, only a few of these therapeutics have reached clinical applications. To address this challenge, the development of multimodal NPs combining the therapeutic action with the possibility of tracking their biodistribution in vivo by bio-imaging has been extensively investigated. Among non-invasive imaging techniques, Fluorine-19 (19F)-Magnetic Resonance Imaging (MRI) is one of the most promising ones. Thanks to the lack of detectable endogenous organic fluorine in tissues, 19F-MRI does not suffer from any background signal and allows to obtain high-resolution hot-spot images that add a second independent information (e.g., biodistribution) besides the anatomical one provided by 1H-MRI. The covalent functionalization of polymers with fluorinated moieties represents a promising strategy for creating multimodal systems that merge therapeutic functions with in vivo traceability through 19F-MRI. Additionally, polymer fluorination imparts unique physicochemical properties to resulting nanocarriers. By employing different fluorinated tags and polymeric scaffolds, it becomes possible to achieve an optimal balance between fluorination for imaging purposes and fine-tuning biodegradability, biocompatibility, and hydrophilicity. Furthermore, the amphiphilic nature of most fluoropolymers facilitates their spontaneous self-assembly in aqueous solutions, allowing for the encapsulation of hydrophobic drugs. Fluorination has also been reported to enhance NP stability in water and phospholipid phases, as well as improve membrane binding and cellular uptake. Additionally, fluorination is commonly used in pharmaceuticals to modify drug properties, as in the case of nucleosides and oligonucleotides that are usually modified with one or more fluorine atoms, to enable hydrolytic and nucleases stability, as well as detectability through 19F-nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. The fluorination of oligonucleotides with highly fluorinated moieties represents a promising strategy for driving and fine-tuning their self-assembly, leading to the development of traceable nucleic acid-based therapeutics (NATs). Leveraging the omniphobic/lipophilic nature of fluorine in conjugation with the hydrophilicity of NAs, this approach induces the spontaneous self-assembly of oligonucleotides into supramolecular structures, predominantly micelles. By playing on various fluorinated tags and oligonucleotide chains, it becomes feasible to manipulate the amphiphilicity of the final system, thereby promoting NATs self-assembly into stable aggregates with enhanced properties. When developing fluorinated systems, the use of short and branched fluorinated ligands is preferred over linear chains to optimize biodistribution and reduce bioaccumulation. Additionally, maintaining fluorinated chain mobility to ensure a robust signal image is crucial, necessitating careful consideration of the fluorinated moiety structure. For instance, in polymer fluorination, utilizing fluorinated ligands with fewer branches has been shown to preserve fluorine mobility during self-assembly, mitigating quenching of the NMR signal. This thesis project encompassed the use of fluorination to drive the self-assembly of polymers and oligonucleotides into NPs and micelles, enabling potential detection via 19F-NMR and enhancing cellular uptake. Significant attention was dedicated to elucidating the impact of fluorine on the self-assembly of both polymers and oligonucleotides, as well as on the colloidal properties and interactions of the resulting self-assembled structures within the biological environment. The first part of the thesis, conducted in collaboration with prof. Roberto Papait at IRCCS Humanitas Research Hospital, involved the development of pegylated (PEG) biodegradable poly(ε-caprolactone) (PCL) NPs functionalized with a nonafluoro moiety as a new class of potentially 19F-NMR detectable vectors for delivering novel epigenetic drugs for age-related heart diseases. Developed NPs demonstrated improved therapeutic efficacy on cardiomyocyte cell lines, addressing a critical need in the emerging field of cardiovascular nanomedicine. While cancer therapy has long been a focal point of nanotechnology, the field of cardiovascular disease nanomedicine has lagged behind and holds significant untapped potential. Recent research has unveiled the direct link between dysregulated epigenetic modifications and heart aging and disease, shedding light on a promising avenue for cardiovascular disease treatment. Epigenetic drugs targeting these imbalances offer a potential solution, yet their effectiveness is hindered by challenges such as low solubility, systemic toxicity, and rapid enzymatic degradation in vivo. Therefore, the development of delivery systems capable of encapsulating and specifically delivering these drugs to the target site is crucial for enhancing their therapeutic efficacy while minimizing toxicity. Interestingly, although other types of epigenetic drugs have been encapsulated in NPs previously, the promising histone acetyltransferase inhibitor, C646, has yet to be formulated using NP-based carriers. Therefore, to the best of our knowledge, our study represents the first example of C646 loaded NPs applied to age-related cardiac pathologies. In the effort to mimic better and better the biological identity of NPs, crucial for designing safer and more effective delivery systems and therapeutics, part of this thesis work was focused in developing procedures for studying the formation of the protein corona (PC) underflow, mimicking the in vivo conditions. In literature, both micro- and macro-fluidic systems have been developed for studying PC formation under dynamic conditions mimicking physiological ones, such as shear rate and stress. However, comprehensive studies comparing outcomes of different setups for dynamic PC determination are lacking. In this thesis, we aimed to address this gap by examining potential disparities between micro- and macro-fluidic systems in NP PC determination. We investigated different experimental conditions feasible with each setup and their implications for studying NP biological identity under physiological flow conditions. To accomplish this, we collaborated with Prof. Monica Soncini at the DEIB department of Polimi to develop a compact and adaptable macrofluidic system. Additionally, we collaborated with Prof. Roberto Rusconi at IRCCS Humanitas Research Hospital to modify a microfluidic system for NP PC characterization. Lastly, as a side project during my PhD staying abroad at McGill University, Montreal (Canada), in collaboration with prof. Hanadi Sleiman, fluorination was leveraged to develop innovative highly fluorinated oligonucleotide therapeutics functionalized with hyperbranched fluorinated moieties. These therapeutics self-assembled into highly monodispersed micelles, exhibiting enhanced cellular uptake and gene silencing properties. This study represents the first example of oligonucleotide therapeutics bearing hyperbranched fluorinated moieties, opening avenues for the development of more biocompatible and effective nucleic acid-based therapeutics in personalized medicine.
CAVALLOTTI, CARLO ALESSANDRO
MANCA, DAVIDE
13-giu-2024
L’applicazione della nanotecnologia in ambito medico rappresenta un approccio promettente per lo sviluppo di terapie innovative basate su nanoparticelle (NP). Tuttavia, a causa della mancanza di una completa comprensione di come le NP si comportino all'interno del corpo umano, solo poche nanomedicine hanno raggiunto applicazioni cliniche. Per affrontare questa sfida, l’attenzione dei ricercatori si è concentrata sullo sviluppo di NP multimodali in grado di combinare l'azione terapeutica con la possibilità di tracciarne la biodistribuzione in vivo tramite tecniche di bio-imaging. In particolare, tra le tecniche di imaging non invasive, la Risonanza Magnetica (MRI) al Fluoro-19 (19F) è considerata una delle più promettenti. Infatti, grazie all’assenza di fluoro organico endogeno nei tessuti umani, la 19F-MRI non soffre di alcun segnale di fondo e consente di ottenere immagini puntuali ad alta risoluzione dei traccianti fluorurati, che si sommano a quelle anatomiche fornite dalla 1H-MRI, permettendone quindi la localizzazione esatta nel corpo. In questo ambito, la funzionalizzazione di polimeri con gruppi fluorurati rappresenta una strategia promettente per creare sistemi multimodali che uniscano funzioni terapeutiche alla tracciabilità in vivo tramite 19F-MRI. Inoltre, le NP basate su polimeri fluorurati possiedono proprietà fisico-chimiche uniche proprio grazie alla presenza degli atomi di fluoro. Utilizzando diverse molecole fluorurate e scaffold polimerici, è infatti possibile raggiungere un equilibrio ottimale tra fluorurazione per scopi di imaging, biodegradabilità, biocompatibilità e idrofilicità. Inoltre, la natura anfifilica della maggior parte dei fluoropolimeri facilita il loro auto-assemblaggio in soluzioni acquose, permettendo l'incapsulazione di farmaci idrofobici. Alcuni studi hanno dimostrato la capacità degli atomi di fluoro di migliorare la stabilità delle NP in acqua e nelle fasi fosfolipidiche, oltre che a migliorarne l’interazione con le membrane cellulari. Inoltre, la fluorurazione è comunemente utilizzata nei prodotti farmaceutici come tecnica per modificare le proprietà dei farmaci, come nel caso dei nucleosidi e degli oligonucleotidi che vengono solitamente modificati con uno o più atomi di fluoro, per consentire la stabilità idrolitica alle nucleasi nonché la rilevabilità tramite spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) al 19F. La fluorurazione degli oligonucleotidi con gruppi fluorurati rappresenta una strategia promettente anche per favorire l’assemblaggio di oligonucleotidi, permettendo lo sviluppo di terapie basate su acidi nucleici (NAT) tracciabili. Sfruttando la natura omnifobica/lipofila del fluoro in congiunzione con l'idrofilicità degli acidi nucleici, questo approccio induce infatti l'auto-assemblaggio spontaneo degli oligonucleotidi in strutture supramolecolari, con specifiche proprietà. Quando si tratta di sviluppare sistemi fluorurati, come fluoropolimeri, per applicazioni in nanomedicina, è preferibile l'utilizzo di ligandi fluorurati corti e ramificati rispetto alle catene lineari, in quanto questi permettono di ridurre la bioaccumulazione. Inoltre, è fondamentale mantenere la mobilità delle catene fluorurate all’interno delle NP per garantirne la tracciabilità tramite NMR e MRI. Questo è possibile regolando il numero di ramificazioni fluorurate. In questo progetto di tesi, la fluorurazione è stata impiegata come metodo per guidare l'auto-assemblaggio di polimeri e oligonucleotidi in nanoparticelle (NP) e micelle, consentendone la potenziale tracciabilità tramite 19F-NMR e migliorandone l'interazione con le cellule. È stato particolarmente approfondito l'impatto del fluoro sull'auto-assemblaggio sia dei polimeri che degli oligonucleotidi, nonché sulle proprietà colloidali e le interazioni delle risultanti strutture auto-assemblate nell'ambiente biologico. Nello specifico, la prima parte della tesi, condotta in collaborazione con il prof. Roberto Papait presso l'IRCCS Humanitas Research Hospital, ha riguardato lo sviluppo di nanoparticelle (NP) biodegradabili di poli(ε-caprolattone) (PCL) pegilate (PEG) funzionalizzate con un gruppo nonafluoro. Queste NP rappresentano una nuova classe di vettori potenzialmente rilevabili tramite 19F-NMR per la somministrazione di nuovi farmaci epigenetici destinati alle malattie cardiache legate all'età. Le NP sviluppate hanno dimostrato una maggiore efficacia terapeutica su linee cellulari di cardiomiociti, affrontando un bisogno critico nel campo emergente della nanomedicina cardiovascolare. Sebbene la terapia contro il cancro sia stata a lungo un punto focale della nanotecnologia, il campo della nanomedicina per le malattie cardiovascolari è rimasto indietro e possiede un potenziale significativo ancora non sfruttato. Ricerche recenti hanno rivelato un legame diretto tra squilibri a livello delle modifiche epigenetiche, invecchiamento e malattie cardiache, indicando una promettente via per il trattamento delle malattie cardiovascolari. I farmaci epigenetici che mirano a questi squilibri offrono una soluzione potenziale, ma la loro efficacia è ostacolata da sfide come bassa solubilità, tossicità sistemica e rapida degradazione enzimatica in vivo. Pertanto, lo sviluppo di NP capaci di incapsulare e trasportare specificamente questi farmaci al sito bersaglio è cruciale per migliorare la loro efficacia terapeutica minimizzandone la tossicità. Sebbene altri tipi di farmaci epigenetici siano stati precedentemente incapsulati all’interno di NP, questo non è mai stato riportato per l’inibitore dell'istone acetiltransferasi p300, chiamato C646. Per questo motivo, lo studio condotto in questa tesi rappresenta il primo esempio di NP caricate con C646 e applicate a patologie cardiache legate all'età. Nell'impegno di imitare sempre meglio l'identità biologica delle nanoparticelle (NP), che rappresenta un punto cruciale per progettare NP e nano-terapie più sicure ed efficaci, parte di questo lavoro di tesi è stata anche focalizzata sullo sviluppo di procedure per studiare la formazione della corona proteica (PC) in condizioni di flusso che ricreassero quelle in vivo. In letteratura sono stati sviluppati sia sistemi micro- che macro-fluidici per studiare la formazione della PC in condizioni dinamiche che imitino quelle fisiologiche, in termini di flusso e sforzi di taglio. Tuttavia, ad oggi mancano ancora studi completi che confrontino i risultati di diversi setup per la determinazione della PC in condizioni dinamiche. In questa tesi, abbiamo quindi cercato di colmare questa lacuna esaminando le potenziali disparità tra sistemi micro- e macro-fluidici nella determinazione della PC delle NP. Abbiamo investigato le diverse condizioni sperimentali fattibili con ciascun setup e le loro implicazioni nello studio dell'identità biologica delle NP in condizioni di flusso fisiologico. Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo collaborato con la prof.ssa Monica Soncini del dipartimento DEIB del Politecnico di Milano per sviluppare un sistema macro-fluidico compatto e versatile. Inoltre, abbiamo collaborato con il prof. Roberto Rusconi presso l'IRCCS Humanitas Research Hospital per modificare un sistema micro-fluidico per la caratterizzazione della PC delle NP. Infine, come progetto parallelo durante il mio soggiorno di dottorato all'estero presso la McGill University di Montreal (Canada), in collaborazione con la prof.ssa Hanadi Sleiman, è stata sfruttata la fluorurazione per sviluppare innovativi oligonucleotidi fluoruati terapeutici. I sistemi sviluppati hanno dimostrato di auto-assemblarsi in micelle altamente monodisperse, mostrando migliorate proprietà di assorbimento cellulare e silenziamento genico, dimostrandosi promettenti per future applicazioni in ambito della nanomedicina.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/221652