11.2.2 Nanogel a base di destrano e destrine
Il destrano, risultato di molte molecole di glucosio e catene di varia lunghezza, e le destrine, carboidrati a basso peso molecolare prodotti dall’idrolisi dell’amido o del glicogeno, sono entrambi adatti alla preparazione di nanogel grazie alla loro struttura (Fig. 11.3).
Figura 11.3. Struttura del destrano (A) e delle destrine (B).
L’interesse per materiali con proprietà di rilascio del siRNA facilmente sintonizzabili e un effetto di silenziamento genico del siRNA ottimizzato in termini di grandezza e durata è stato un precedente oggetto di indagine (Raemdonck et al., 2008). In questo contesto, sono stati sintetizzati microgel di destrano biodegradabili cationici, dove il siRNA è stato caricato posteriormente alla formazione del gel della rete attraverso interazioni elettrostatiche. Il rilascio controllato nel tempo del siRNA è stato ottenuto variando la densità iniziale della rete dei microgel. Al fine di ottenere un rilascio di siRNA controllato nel tempo in un ambiente intracellulare, lo stesso gruppo di ricercatori ha riportato microgel cationici carichi di siRNA basati su strutture di destrano idrossietil metacrilato cationico (dex-HEMA), e ha sintetizzato nanogel di destrano biodegradabili cationici, valutando la capacità di complessare e successivamente rilasciare il siRNA intrappolato (Raemdonck et al, 2009).
I macrogeli sono stati preparati da dex-HEMA copolimerizzato con monomeri di metacrilato cationico, dove HEMA è stato accoppiato alla spina dorsale di destrano attraverso un estere carbonato, permettendo alla rete di idrogel cationico di biodegradarsi attraverso l’idrolisi in condizioni fisiologiche. I nanogel di destrano caricati positivamente sono stati sintetizzati attraverso un metodo di foto-polimerizzazione in miniemulsione applicato a destrano metacrilato o dex-HEMA in presenza di una quantità nota di metacrilato monomero cationico e del fotoiniziatore Irgacure. La fase di destrano è stata emulsionata in olio minerale sonicato e reticolata per irradiazione UV. I nanogel sintetizzati hanno presentato una cinetica di degradazione che può essere facilmente adattata ed erano in grado di intrappolare il siRNA con un’alta capacità di carico basata su interazioni elettrostatiche. Grandi quantità di nanogel caricati con siRNA sono stati internalizzati dalle cellule di epatoma umano HuH-7 senza citotossicità significativa.
Anche se i nanogel dex-HEMA sono stati segnalati come vettori adatti per la consegna di siRNA in vitro e idealmente dimensionati per la consegna intravenosa ai tumori, si è concluso che essi possiedono tempi di circolazione sanguigna insufficienti per consentire un’adeguata extravasazione e accumulo nel tessuto tumorale. Così, è stato proposto un processo di PEGilazione di questi nanogel per migliorare il loro tempo di circolazione e ridurre al minimo la loro aggregazione su iniezione endovenosa. Di conseguenza, i ricercatori hanno proposto un nuovo tipo di nanogel e diversi metodi di PEGilazione dei nanogel di destrano (Naeye et al., 2010).
È stato dimostrato che la PEGilazione covalente dei nanogel caricati con siRNA usando il polietilenglicole N-idrossisuccinimidile (PEG) era superiore all’aggiunta sia di PEG che di acido poli-l-glutammico grafted PEG. L’indagine in vitro ha rivelato che i nanogel PEGilati agiscono efficacemente sulle cellule di epatoma umano HuH-7 e sulle cellule di carcinoma epiteliale umano A431.
Dopo queste indagini riguardanti i nanogel di destrano usati come sistemi nanocarrier per consegnare siRNA in vitro, in un altro studio che utilizza diversi metodi avanzati, è stato valutato che i nanogel di destrano carichi di siRNA sono emocompatibili (Naeye et al., 2011).
Quindi, sono stati utilizzati metodi di aggregometria e citometria a flusso per evidenziare le interazioni tra nanogel e cellule del sangue, in condizioni molto simili alla situazione in vivo. Si è concluso che la PEGilazione dei nanogel di destrano caricati con siRNA è probabilmente la formulazione più sicura per la consegna di siRNA in vivo; non hanno influenzato significativamente le loro interazioni con le cellule, ma è necessario prevenire la loro aggregazione nel plasma umano.
La preoccupazione per i nanogel polimerici è stata estesa soprattutto a causa delle loro applicazioni nella consegna di farmaci o nella diagnostica biomedica. Mentre i nanogel reticolati chimicamente in modo covalente e quelli reticolati fisicamente in modo non covalente sono considerati i metodi di preparazione più comuni, la reticolazione supramolecolare fornisce una convenienza e una flessibilità uniche. I ricercatori hanno designato un nuovo nanogel supramolecolare con un comportamento reattivo al pH acido basato su benzimidazolo innestato su destrano (Dex-g-BM) e reticolato a tiolo-b-ciclodestrina (b-CD-SH) attraverso un gruppo idrosolfuro ossidativo (Chen et al, 2014).
I nuovi nanogel supramolecolari hanno una particolare sensibilità al pH in condizioni acide (pH<6, nell’intervallo degli endosomi cellulari maligni) e una ridotta sensibilità in risposta a stimoli biologicamente rilevanti, proprietà di grande interesse nel campo della chemioterapia del cancro in quanto questo nuovo nanogel supramolecolare potrebbe essere utilizzato come sistema intracellulare di drug-delivery.
Un nuovo composto con NPs biodegradabili a base di curcumina (CCM) preparato attraverso l’autoassemblaggio di destrano anfifilico con coniugati CCM è stato realizzato mediante dispersione diretta di polimeri in acqua (Nagahama et al, 2015). Le nuove NPs coniugate destrano-CCM presentano un alto contenuto di carico CCM e un’elevata solubilità in acqua. Dal punto di vista della loro applicabilità, è stato possibile consegnare le NP di destrano-CCM in cellule HeLa e hanno esibito una forte fluorescenza disponibile attraverso il live-cell imaging, anche se le NP non sono state consegnate in cellule normali.
Nuovi nanogel di ovalbumina-destrano fabbricati attraverso la reazione di Maillard seguita da un processo di gelificazione a caldo, hanno anche presentato il potenziale per migliorare la biodisponibilità della curcumina, che è stata ulteriormente studiata in un tratto gastrointestinale in vitro (Feng et al., 2016).
I nanogel ovalbumina-destrano sono stati preparati mediante l’attaccamento covalente del destrano all’ovalbumina mediante la reazione di Maillard, e i coniugati sono stati poi riscaldati al punto isoelettrico dell’ovalbumina per dare nanogel stabili con una struttura sferica. La curcumina è stata ulteriormente caricata nei nanogel con un metodo guidato dal pH, incorporazione che ha influenzato la morfologia marginale dei nanogel.
La destrina, che è stata ossidata con periodato di sodio e ulteriormente reticolata con diidrazide dell’acido adipico, è stata utilizzata per la preparazione di idrogeli completamente riassorbibili senza utilizzare iniziatori chimici (Molinos et al., 2012).
Gli idrogeli hanno presentato buone proprietà meccaniche e biocompatibilità, dimostrate dalla proliferazione di fibroblasti embrionali di topo 3T3 coltivati sopra il gel. Gli idrogeli ossidati con destrina sono stati utilizzati anche per l’incorporazione di nanogel di destrina, caricati con interleuchina-10 (IL-10) e insulina. I nuovi sistemi biodegradabili con rete 3-D e struttura porosa continua hanno presentato un sistema sofisticato di rilascio controllato delle proteine. Le proprietà dei composti li raccomandano anche come portatori iniettabili di molecole bioattive.
Sono state fatte ricerche sulla preparazione di nanogel a base di destrina reticolata con gliossale (Manchun et al., 2014). I nanogel, preparati in emulsione mediante reticolazione della destrina con gliossale per creare un legame acido-labile, hanno mostrato una carica superficiale leggermente negativa e un comportamento reattivo al pH. Questi nanogel pH-responsivi (DNGs) erano anche capaci di innescare un lento rilascio intracellulare di DOX a pH 7.4, che aumentava con la diminuzione del pH (pH 5>6.8). La citotossicità ha rivelato effetti collaterali ridotti alle cellule non tumorali, come cardiomiociti e cellule staminali.
Ulteriori indagini degli stessi autori avevano in vista il miglioramento del processo di reticolazione della destrina utilizzando la formaldeide (Manchun et al., 2015).
Questi nuovi nanogel pH-responsive erano efficienti come matrici per DOX (classe antracicline) e ulteriori applicazioni nel trattamento del cancro colorettale. Il rilascio del farmaco era lento a pH neutro, ma aumentava significativamente in mezzo acido. Inoltre, la citotossicità dei nanogel che utilizzano il cross-linker formaldeide (FDNGs) era inferiore a quelli con gliossale o anche al solo farmaco. Questi FDNGs hanno anche presentato un efficace rilascio di DOX nei nuclei, una maggiore efficacia antitumorale inibendo in modo più efficiente la proliferazione e inducendo l’apoptosi. Di conseguenza, gli FDNG sono stati considerati un promettente veicolo di rilascio del farmaco per la terapia del cancro colorettale.