Studio di scheletri di biomateriali fibrosi per applicazioni biomediche

Abstract

La presenza di nanofibre nei sistemi transdermici potrebbe fornire dei vantaggi: infatti il basso diametro delle fibre potrebbe aumentare la percentuale di farmaco che viene rilasciato sulla pelle, promuovendo una distribuzione uniforme del medicinale e un alto profilo di ripetibilità. Durante questa tesi si sono considerate delle formulazioni di materiale gelificato, ottenute utilizzando la tecnica di elettrospinning, sperimentando la loro eventuale potenziale applicazione nei sistemi transdermici. Il primo passo è stato dedicato alla preparazione delle fibre polimeriche tramite la tecnica di elettrospinning e allo studio della loro morfologia grazie al microscopio elettronico a scansione. Si sono utilizzati diversi tipi di polimeri (poliacrilonitrile, polimetilmetacrilato, chitosano e polietilene ossido) a diverse concentrazioni. Inoltre, sono stati analizzati i parametri del processo di elettrospinning come il potenziale elettrico applicato, la velocità della soluzione, la distanza tra la punta dell’ago e il collettore. Successivamente sono state prodotte nuove fibre incorporando i nanotubi di carbonio, in modo da apportare, alle fibre stesse, alcune importanti proprietà meccaniche ed elettriche. Le proprietà elettriche dovrebbero migliorare la penetrazione transdermica del principio attivo tramite l’elettrostimolazione e le proprietà meccaniche potrebbero essere utili per ottimizzare i cicli di essiccamento e rigonfiamento. Per evitare problemi di tossicità, i nanotubi di carbonio sono inseriti in piccole concentrazioni e, secondo quanto riportato dalla letteratura, si considerano intrappolati nel polimero e non rilasciati con il farmaco. Infine, si è posta l’attenzione sulla possibilità di incorporare nel sistema, prima del processo di elettrospinning, una molecola modello (FITC) e verificare se fosse possibile rilasciarla. Per questa fase abbiamo utilizzato un metodo di spettroscopia UV – visibile per monitorare la cinetica di rilascio.

The use of nanofibers in transdermal drug delivery systems has advantages compared to matrix based patches: low diameter of fibres increases the rate of drug diffusion to the surface of the skin, leading to a very uniform distribution of the drug and high repeatability of release profile. The aim of this project was to study the formulation of gelled fibrous scaffolds, obtained using the electrospinning technique, that could be used for TDDS. The first step was dedicated to the preparation of polymeric fibres by the electrospinning technique and the study of their characteristic and morphology by Scanning Electron Microscopy. We used different polymers (polyacrylonitrile, polymethylmethacrylate, chitosan and Poly (ethylene oxide)) with various concentration ratios. Moreover, other parameters were investigated such as the applied electrical potential, the solution – flow rate, the distance between the tip and the collector. After making sure that the fibres could be prepared by electrospinning, carbon nanotubes were incorporated to obtain CNT-loaded fibres in one step by electrospinning to bring some important electrical and mechanical properties. The electrical properties are intended to improve the transdermal penetration of the active ingredient through electrostimulation and the mechanical properties can enhance drying/swelling cycles. To avoid toxicity of nanotubes, they are inserted in the polymers with a very low concentration and they must remain trapped in the polymer and not released with the drug. Moreover, there are some articles in the literature that studied the cytotoxicity of these types of TDDS. Finally, this study investigated the incorporation of a model molecule (FITC) in our system that could occur before the electrospinning process. The objective of this last step was to understand if it is possible to deliver a molecule through the system we created. We used UV-visible spectroscopy to monitor the release kinetics.