Sviluppo di spugne bioerodibili multifunzionali per la promozione di processi riparativi mediante il rilascio controllato di agenti antibiotici e antiossidanti. Utilizzo in chirurgia orale

La salute delle strutture molli e dure del cavo orale è essenziale non solo per preservare le funzioni ad esse direttamente associate, ma anche per promuovere la salute generale dell’organismo. Tra le problematiche di maggiore interesse clinico a carico della cavità orale ritroviamo: i) le complicazioni post-operatorie che possono verificarsi a seguito di comuni avulsioni dentali che, se non trattate tempestivamente, possono sfociare in gravi parodontiti; ii) i fenomeni di osteonecrosi a carico di mascella e mandibola associate a trattamenti farmacologici nonché alla radioterapia; iii) il carcinoma orale a cellule squamose (OSCC) che è tra i più aggressivi tumori del collo e della testa, caratterizzato dal più basso tasso di sopravvivenza a 5 anni. Va inoltre presa in considerazione la posizione anatomica del cavo orale che, essendo facilmente accessibile dall’esterno, è suscettibile ad infezioni batteriche che possono compromettere uno stato di salute già debilitato e/o peggiorare la condizione clinica delle problematiche sopra citate. Nel trattamento delle affezioni del cavo orale è di fondamentale importanza ottenere una rapida remissione della sintomatologia, favorendo la rigenerazione del tessuto leso e prevenendo le complicazioni infettive mediante una terapia mirata, efficace e localizzata. Tuttavia, le strategie terapeutiche attualmente in uso sono spesso invasive e in alcuni casi meramente palliative (es. rimozione chirurgica del tessuto necrotico anche osseo), o spesso la necessità di ricorrere a terapie farmacologiche aggressive non scevre da effetti avversi anche gravi può contribuire ad un peggioramento di una condizione patologica preesistente. Per superare gli inconvenienti dati dai trattamenti convenzionali, recentemente è stato proposto l’utilizzo di sostanze naturali di origine vegetale aventi comprovate proprietà terapeutiche benefiche (es. antiossidanti, antinfiammatorie, antitumorali, antibatteriche), capacità di stimolazione dei processi di rigenerazione tissutale, e soprattutto, effetti collaterali trascurabili. Tra le varie classi di composti naturali che potrebbero rispondere a tali requisiti, i polifenoli sono quella di maggiore interesse scientifico. Si tratta di un gruppo di molecole molto eterogeneo accomunato chimicamente dalla presenza di uno o più gruppi fenolici. Sebbene i polifenoli si trovino in molteplici fonti alimentari e le loro svariate proprietà benefiche siano ben note, il loro utilizzo in ambito clinico è ancora una sfida aperta a causa delle loro caratteristiche chimico-fisiche e farmacocinetiche generalmente sfavorevoli, quali instabilità chimica e fisica, quando soggette ai fenomeni ambientali come le radiazioni ultraviolette, temperatura elevata o pH fortemente acido o alcalino, scarsa solubilità in ambiente acquoso, elevata suscettibilità al metabolismo epatico e, quindi, bassa biodisponibilità a seguito di somministrazione orale. Per superare tali limiti e rendere somministrabili ed efficaci i polifenoli è quindi auspicabile la realizzazione di drug delivery platform o carrier in grado di incorporare efficacemente tali attivi, preservarne l’integrità strutturale e funzionale e modularne il rilascio al sito target. Inoltre, per promuovere la guarigione dagli stati patologici sopra elencati, può risultare utile la co-somministrazione di polifenoli ed antibatterici tra quelli già utilizzati in chirurgia orale. Tenendo in considerazione queste premesse nel presente lavoro di dottorato sono stati realizzati innovativi sistemi di veicolazione capaci di incorporare polifenoli quali Curcumina, Quercetina e Resveratrolo da soli o in co-somministrazione con antibiotici quali il Metronidazolo e la Ciprofloxacina, per il trattamento localizzato delle suddette patologie associate al cavo orale. Una strategia per la veicolazione dei polifenoli consiste nella loro incapsulazione in sistemi micro e nanoparticellari. A tal fine sono state realizzate microparticelle polimeriche contenenti Resveratrolo con la tecnica dello Spray Drying, ottimizzando accuratamente i parametri operativi al fine di ottenere particelle sferiche, di dimensione omogenea ed uniformi in termini di contenuto in attivo. Tale strategia ha consentito la completa amorfizzazione del Resveratrolo, incrementandone notevolmente la solubilità in ambiente acquoso, e promuoverne la permeabilità attraverso la mucosa sublinguale. I Carrier Lipidici Nanostrutturati (NLC), costituiti da particelle di dimensioni nanometriche, si sono rivelati un altro sistema di veicolazione dei polifenoli particolarmente promettente, proprio grazie alla loro natura lipidica che ben si è adattata alle caratteristiche chimico-fisiche dei polifenoli. Un’attenta selezione dei componenti lipidici e del bilanciamento degli stessi in relazione al tipo ed alla quantità di polifenolo da incapsulare, ha consentito la preparazione di miscele omogenee, aventi temperatura di rammollimento opportuna (stabilità, storage e maneggevolezza) ma soprattutto contenenti il polifenolo nella sua forma amorfa. Sono stati pertanto preparati e caratterizzati diversi sistemi NLC contenenti rispettivamente Curcumina, Quercetina e Resveratrolo. L’ottimizzazione della tecnica di preparazione top-down ad alta energia caratterizzata da omogeneizzazione seguita da sonicazione ad alte frequenze, ha portato alla produzione di nanoparticelle riproducibili ed omogenee (<500 nm, PDI < 0.600), caratterizzate da un’elevata efficienza di incapsulazione (>95%) ed in grado di controllare il rilascio degli attivi secondo cinetiche ben definite. Per consentire la co-somministrazione dei polifenoli (lipofili) con gli antibiotici precedentemente menzionati (idrofili), sono stati ulteriormente realizzati dei sistemi nanocompositi sotto forma di spugne bioerodibili, costituite da una matrice polimerica biocompatibile e bioerodibile (a base di Chitosano o Acido Ialuronico, e PVP K90) all’interno della quale sono state intrappolate le nanoparticelle lipidiche. I nanocompositi, essendo formulazioni polverulente, hanno mostrato diverse caratteristiche favorevoli, tra cui: omogeneità, elevata porosità, capacità di promuovere l’accumulo degli attivi nei tessuti del cavo orale ed elevata stabilità nel tempo, preservando così i polifenoli dalla degradazione. Inoltre, la “trasformazione” delle dispersioni acquose di NLC in un sistema anidro porta all’ottenimento di una polvere secca estremamente semplice da manipolare ed applicare, consentendo di dosare i principi attivi in modo accurato e riproducibile. Studi in vitro, hanno dimostrato, inoltre, la citocompatibilità delle spugne bioerodibili a base di Curcumina, coì come la citocompatibilità delle NLC cariche di Resveratrolo con i fibroblasti murini, mentre le spugne a base di Quercetina e Ciprofloxacina hanno evidenziato proprietà antibatteriche e antibiofilm nei confronti dello Staphilococcus aureus superiori all’antibiotico in forma libera.Parallelamente, è stata impiegata la tecnica della stampa 3D per la realizzazione di scaffold polimerici carichi sia di Curcumina, in cui l’aggiunta di beta-tricalcio fosfato (bioceramica), è stata in grado di influenzare positivamente le caratteristiche dello scaffold, aumentandone la porosità e promuovendo la stabilità della Curcumina in fase di preparazione. In conclusione, il lavoro di ricerca svolto ha portato allo sviluppo tecnologico, da una parte, di valide ed efficienti delivery platform nano- e micrometriche per la veicolazione dei polifenoli e, dall’altra, alla produzione di sistemi di drug delivery macroscopici (nanocompositi e scaffold) potenzialmente utili per il trattamento delle patologie del cavo orale.