Idrogeli semisintetici come matrici per il rilascio controllato di resveratrolo

The present work was dedicated to the modification of the preparation method and of the formulation of hydrogels made using agarose and Carbopol® 974P as main components, starting from the procedure described in a patent by the Politecnico di Milano. The purpose was to improve the characteristics for the release of a particular molecule, resveratrol, which has demonstrated numerous therapeutic effects in vitro, such as anti-oxidant, anti-inflammatory, cardioprotective and neuroprotective activity. Although in vitro studies have pointed to its large therapeutic properties, this molecule is characterized by some disadvantages that limit the bioavailability in vivo, such as low stability, low solubility in water, and consequently in biological fluids, and rapid metabolization, which determines a low concentration in the systemic circulation. The therapeutic potential of resveratrol in vivo can therefore be appreciated only if such limitations are exceeded. One of the solutions currently under study to increase the bioavailability of this molecule is the use of hydrogels as controlled release systems. The starting material for this study is the hydrogel P.Etil, obtained by dispersing carbomer in PBS, subsequently adding triethylamine as a neutralizing agent, glycerol and 1,2-propanediol as OH donors and finally agarose. Some changes to the method of preparation and the initial composition of the hydrogel were made in order to make it more suitable for the application described. The changes concern: the solvent used for the dispersion of the carbomer; the heat treatment necessary for the formation of solid gel, the hydrogel formulation in function of: the effect of pH, the effect of the agent and the effect the percentage of alcohol present in the formulation. Different formulations were then tested in order to identify the role of each component on the characteristics of the final material. For all the dispersions prepared the capacity of gelation in qualitative terms and the value of pH of the hydrogels were evaluated. The rheological characteristics and swelling of the gel were also evaluated and tests of stability and cytocompatibility of hydrogels were made. For the release tests of resveratrol P.NaOH.0 gel, which showed better rheological properties and cytocompatibility than the other materials tested, was used. The hydrogel releases within the first hour more than half of resveratrol loaded. At the end of the test the gel has released about 80% of the drug that was loaded.

Il presente lavoro di tesi è stato dedicato alla modifica del metodo di preparazione e della formulazione di idrogeli realizzati utilizzando agarosio e Carbopol® 974P come componenti principali, partendo dalla procedura descritta in un brevetto dal Politecnico di Milano. Lo scopo è stato quello di ottimizzarne le caratteristiche per il rilascio di una particolare molecola, il resveratrolo, che ha dimostrato numerosi effetti terapeutici in vitro, come attività anti-ossidante, anti-infiammatoria, cardioprotettiva e neuroprotettiva. Nonostante gli studi in vitro abbiano sottolineato le sue ampie proprietà terapeutiche, questa molecola è caratterizzata da alcuni svantaggi che ne limitano la biodisponibilità in vivo, come bassa stabilità, bassa solubilità in acqua, e di conseguenza nei fluidi biologici, e rapida metabolizzazione, che ne determina una bassa concentrazione nella circolazione sistemica. Il potenziale terapeutico del resveratrolo può quindi essere apprezzato in vivo solo se tali limitazioni vengono superate. Una soluzione dall'alto potenziale applicativo per aumentare la biodisponibilità di questa molecola è l’utilizzo di idrogeli come sistemi di rilascio controllato di farmaco. Il materiale di partenza di questo studio è l’idrogelo P.Etil, ottenuto disperdendo il carbomer in PBS, addizionando successivamente la trietilammina come agente neutralizzante, il glicerolo e 1,2-propandiolo come donatori OH e infine l’agarosio. Sono state apportate delle modifiche al metodo di preparazione e alla composizione iniziale dell’idrogelo in modo da renderlo più adeguato all’applicazione descritta. Le modifiche studiate riguardano: il solvente utilizzato per la dispersione del carbomer; il trattamento termico necessario per la formazione del gel solido; la formulazione dell’idrogelo in funzione: dell’effetto del pH, dell’effetto dell’agente neutralizzante e dell’effetto della percentuale di alcoli presenti nella formulazione. Sono state quindi testate diverse formulazioni con l’obiettivo di identificare il ruolo di ogni singolo componente sulle caratteristiche del materiale finale. Per tutte le dispersioni preparate è stata valutata la capacità di gelificazione in termini qualitativi ed il valore di pH degli idrogeli. Sono state anche valutate le caratteristiche reologiche ed il rigonfiamento dei gel e sono state effettuate delle prove di stabilità e di citocompatibilità degli idrogeli. Per le prove di rilascio del resveratrolo è stato utilizzato il gel P.NaOH.0, che ha dimostrato proprietà reologiche e di citocompatibilità migliori rispetto agli altri materiali testati. L’idrogelo rilascia entro la prima ora più della metà del resveratrolo caricato. Al termine della prova il gel ha rilasciato circa l’80% del farmaco che era stato caricato.