http://hdl.handle.net/1889/658 Wed, 19 Jun 2013 13:40:22 GMT 2013-06-19T13:40:22Z http://hdl.handle.net/1889/1939 Title: Preparazione di dispersioni solide per il miglioramento delle caratteristiche biofarmaceutiche di farmaci mediante l'impiego di fluidi supercritici Authors: Pezzini, Letizia Abstract: La finalità di questo lavoro di ricerca è stato il miglioramento delle caratteristiche biofarmaceutiche di due farmaci modello, diazepam e lorazepam che appartengono alla classe II del Sistema di Classificazione Biofarmaceutica. Sono pertanto farmaci che presentano scarsa solubilità acquosa ma alta permeabilità. Questi due farmaci sedativo-ipnotici sono utilizzati anche in casi di emergenza come possono essere gli attacchi di panico in cui è richiesta un’insorgenza d’azione immediata che non è garantita dalla somministrazione orale. Escludendo la via parenterale le vie di somministrazione che possono essere sfruttate in questo senso sono la via sublinguale e buccale. Si è quindi ricercato un miglioramento delle caratteristiche di dissoluzione attraverso la stabilizzazione cinetica di fasi non cristalline per mezzo della produzione di dispersioni solide con polimeri idrofili, come i polietilenglicoli. In questa tesi in particolare, l’attenzione è stata rivolta al processo di formazione di particelle da una soluzione saturata con gas in condizioni supercritiche (PGSS). Le condizioni operative e le variabili in grado di influenzare la struttura cristallina, la morfologia o la stabilità del prodotto sono state determinate dallo studio dei sistemi a due componenti farmaco-eccipiente, eccipiente- SC-CO2 e a tre componenti farmaco-eccipiente- SC-CO2. Le formulazioni ottenute sono state caratterizzate per quanto riguarda stato solido e velocità di dissoluzione. In particolare, sono state effettuate misure di analisi termica e diffrazioni di raggi x per valutare in che forma i farmaci si disperdevano all’interno dei polietilenglicoli. In seguito, attraverso analisi spettroscopiche è stata valutata la presenza e la natura delle interazioni tra farmaco ed eccipienti. Infine, è stata studiata velocità di dissoluzione delle dispersioni solide preparate in tampone fosfato pH 6.5 per valutare il potenziale miglioramento della dissoluzione del farmaco nell’ottica di un possibile impiego di queste formulazioni per la somministrazione buccale. La PGSS si è dimostrata una tecnica utile per la preparazione di dispersioni solide in cui il farmaco, diazepam o lorazepam, è disperso molecolarmente all’interno di una matrice polimerica cristallina, rappresentata da PEG 4000 o 6000. Queste dispersioni sono però risultate essere fisicamente stabili solo nel caso del diazepam e del lorazepam alla concentrazione minore, ossia il 5% p/p. E’ stata evidenziata la formazione di un’interazione tra il farmaco ed il polimero, più marcata nel caso del lorazepam rispetto al diazepam. Questa differenza è attribuibile alla struttura chimica dei due farmaci. Infine, le dispersioni solide contenenti diazepam e preparate con la PGSS sono risultate essere, in termini di profilo di dissoluzione, nella maggior parte dei casi equivalenti a quelle preparate con la tradizionale tecnica della fusione. L’incremento dei profili di dissoluzione del diazepam formulato con entrambi i polietilenglicoli rispetto al diazepam cristallino o amorfo, insieme all’equivalenza dei profili di dissoluzione delle dispersioni preparate con le diverse tecniche, indica che il fattore determinante è la presenza del polimero piuttosto che una modificazione dello stato solido del farmaco La tecnica PGSS è risultata invece essere particolarmente utile nel caso del lorazepam, per il quale non si possono preparare dispersioni solide con il tradizionale metodo della fusione senza portare ad una degradazione del farmaco stesso. Come per il diazepam la semplice presenza del polimero porta ad un aumento dei profili di dissoluzione delle dispersioni rispetto al lorazepam tal quale ma sembra essere significativa anche la formazione di interazioni tra farmaco e polimero, in questo caso infatti il profilo di dissoluzione risulta essere ulteriormente aumentato rispetto alla miscela fisica.; The aim of the present work was to improve the biopharmaceutical characteristics of lorazepam and diazepam, which are drugs belonging to Class II of the Biopharmaceutical Classification System. Particular attention was paid to disperse the drugs in PEG 4000 and PEG 6000 by means of the Particles from Gas Saturated Solution (PGSS) technology. The phase behaviour of the binary systems polymer/CO2, polymer/drug and of the ternary system polymer/drug/CO2 was investigated. The solid state characteristics and drug dissolution rate of these solid dispersions were studied. In particular, the solid dispersions were characterized by differential scanning calorimetry, hot stage microscopy and powder X-ray diffraction. By means of spectroscopic investigation the nature and presence of interaction between drugs and polymers were also studied. Dissolution studies were conducted using phosphate buffer pH 6.5 at 37 °C as dissolution medium to estimate the possibility to administer these formulations through buccal route. PGSS allowed to obtain solid dispersion in which the drug, lorazepam or diazepam, are molecularly dispersed in the polymeric crystalline carrier. Physical stability was achieved only for solid dispersions with content in drug of 5 % w/w, both with lorazepam and diazepam. An interaction between both drugs and polymers was evidenced. This is greater in solid dispersions of lorazepam and PEGs compared to diazepam ones. Dissolution rate of diazepam solid dispersions was increased for all the solid dispersions prepared with different techniques. This indicates that the key factor is the presence of the polymer rather than solid state modifications of the drug. PGSS resulted very useful for lorazepam because solid dispersions are prepared without drug’s decomposition, contrary to the traditional fusion method. The presence of the polymer leads to an improvement of the dissolution rate of these solid dispersions but in this case also the interaction between drug and polymers bring some important benefits, as it can be seen from the improvement of the dissolution rate of solid dispersions with respect to physical mixtures. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1939 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1938 Title: La ionoforesi come tecnica non invasiva per la somministrazione trans-sclerale di composti biotecnologici Authors: Pescina, Silvia Abstract: Le patologie degenerative che colpiscono il segmento posteriore dell’occhio rappresentano un’importante sfida in oftalmologia. Negli ultimi anni sono state sviluppate nuove efficaci strategie farmacologiche che coinvolgono composti biotecnologici, la cui utilità terapeutica è però limitata da problemi legati alla loro somministrazione. Scopo di questa tesi è stato lo studio della ionoforesi trans-sclerale come approccio non invasivo per la somministrazione al segmento posteriore dell’occhio di farmaci biotecnologici. La tecnica è proposta come un’alternativa alle attuali vie di somministrazione, prima fra tutte, l’iniezione intravitreale, scarsamente tollerata e soggetta a severi, se pur rari, effetti collaterali. La caratterizzazione dei tessuti oculari suini ha permesso di evidenziarne l’analogia con i corrispondenti umani ed ha consentito di dimostrare che il bulbo oculare suino costituisce un ottimo modello animale in vitro per la valutazione della somministrazione trans-sclerale di farmaci. Sono stati pertanto sviluppati modelli in vitro utili per la valutazione delle barriere oculari, con particolare attenzione al ruolo della melanina. Poiché numerosi farmaci, impiegati in terapia o in fase di studio, sono macromolecole di origine biotecnologica, sono stati selezionati quali composti modello di riferimento un destrano ad alto peso molecolare, tre oligonucleotidi a singola catena ed un anticorpo monoclonale umanizzato. La valutazione dell’effetto di promozione del trasporto dei composti testati da parte della ionoforesi trans-sclerale è stata preceduta da esperimenti mirati a stabilire la capacità dei composti stessi di permeare la sclera e le altre barriere statiche in condizioni passive. Gli esperimenti sono stati realizzati utilizzando i modelli in vitro basati sull’impiego di tessuti oculari animali e umani, precedentemente sviluppati. La ionoforesi trans-sclerale ha dimostrato la propria capacità di promuovere l’assorbimento trans-sclerale di macromolecole e pertanto può essere considerata una strategia promettente da applicare al trattamento delle patologie del segmento posteriore. Infine sono stati preparati e caratterizzati idrogel quali piattaforme per il drug delivery oculare di macromolecole, controllato dalla ionoforesi. Gli esperimenti di rilascio condotti, seppur preliminari, hanno messo in luce l’abilità della ionoforesi di controllare il rilascio dagli idrogel dell’albumina bovina, utilizzata come modello di macromolecola proteica, e hanno pertanto posto le basi per lo sviluppo di un innovativo e non invasivo device oculare.; The degenerative diseases affecting the posterior segment of the eye represent a major challenge in ophthalmology. In recent years, new effective pharmacological strategies involving biotech compounds have been developed, but due to eye anatomy, they can be administered only by injective routes. The aim of this thesis was to study trans-scleral iontophoresis as a non-invasive approach for the administration of biotech drugs to the back of the eye. The technique is proposed as an alternative to current administration routes, in particular to the intravitreal injection, slightly tolerated and responsible for severe, although rare, side effects. The characterization of porcine ocular tissues demonstrated that pig eyeball is an excellent animal model of human eyeball and is suitable for in vitro evaluation of the trans-scleral delivery of active compounds. In vitro models useful for the evaluation of ocular barriers, with particular attention to the role of melanin, have been developed. Since many drugs used in therapy or under study, are biotech macromolecules, a high molecular weight dextran, three single-stranded oligonucleotides and a humanized monoclonal antibody have been selected as model compounds. Permeation experiments were conducted both in passive and iontophoretic condition. All macromolecules tested demonstrated their ability to passively cross the sclera and the other ocular barriers; iontophoresis has proven its ability to promote the trans-scleral transport and therefore it can be considered a promising strategy to non-invasively deliver biotech compounds for the treatment of the posterior segment eye diseases. Finally, agarose hydrogels have been prepared and characterized as ocular drug devices for delivery of macromolecules, controlled by iontophoresis. The experiments conducted, although preliminary, showed the ability of iontophoresis to control the release of bovine albumin, chosen as protein model, from hydrogel: this positive result is encouraging for the development of an innovative, non-invasive ocular delivery system hydrogel-based. Mon, 30 Apr 2012 22:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1938 2012-04-30T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1937 Title: La terapia combinata con la tecnologia Dome Matrix®: nuovi moduli ad elevato grado di flessibilità Authors: Mercuri, Salvatore Abstract: La tecnologia Dome Matrix® si basa sull’assemblaggio di moduli utilizzati come elementi di controllo del rilascio. Questa tecnologia è particolarmente adatta per la somministrazione di farmaci che agiscono a livello gastrico o di farmaci che sono prevalentemente assorbiti nello stomaco o nella prima parte dell’intestino. Lo scopo di questo progetto di dottorato è stato quello di realizzare nuove forme per i moduli di rilascio Dome Matrix® in modo da poter ottenere una maggiore versatilità negli assemblati in particolare nella terapia combinata con più farmaci. I singoli moduli Dome Matrix® vengono riuniti in un sistema monolitico caratterizzato da diverse configurazioni. La configurazione denominata “a camera vuota” è ottenuta unendo la faccia concava di un modulo con la faccia concava di un altro modulo creando così una cavità interna. Questa consente il galleggiamento nel fluido gastrico riducendo la densità apparente dell’assemblato e quindi garantendo una più lunga permanenza della forma farmaceutica nello stomaco. La configurazione “a camera vuota”, pertanto, risulta essere ottimale per la somministrazione di tutti quei farmaci che agiscono nello stomaco o per i quali si rende necessaria una maggiore permanenza nel tratto gastrico. Questo tipo di assemblato, inoltre, può migliorare la biodisponibilità di quei principi attivi che hanno una finestra di assorbimento nel primo tratto intestinale. La prolungata permanenza a livello gastrico favorisce la solubilizzazione completa del farmaco che, in questo modo, giunge al sito di assorbimento già in forma di dispersione molecolare, condizione ideale per essere assorbito. La configurazione “impilata” è ottenuta infilando la faccia convessa di un modulo nella faccia concava del modulo soprastante e può essere utilizzata per somministrare contemporaneamente più principi attivi, anche se chimicamente incompatibili tra loro. Questo può agevolare pratiche come la politerapia e quindi ridurre il numero di somministrazioni, migliorando la “compliance” del paziente. Le due tipologie di assemblati, inoltre, possono essere combinate associando all’assemblato “a camera vuota”, uno o più moduli impilati. In questo modo oltre alla co-somministrazione di più farmaci, è possibile realizzare in un’unica forma farmaceutica diverse cinetiche di rilascio dello stesso farmaco o di farmaci diversi. In questo lavoro di tesi sono stati realizzati due prodotti di combinazione utilizzando questa tecnologia: uno per il rilascio di Levodopa/Carbidopa e l’altro per il rilascio di Gabapentina/Flurbiprofene. I prodotti di combinazione realizzati erano formati da tre porzioni o strati, ognuno con cinetiche di rilascio differenti. I sistemi realizzati sono stati confrontati con la tecnologia compresse multistrato. Questo lavoro dimostra che gli assemblati Dome Matrix® sono una valida alternativa alle compresse tristrato. La tecnologia Dome Matrix®, infatti, risulta essere più versatile delle compresse multistrato in quanto permette facilmente la modifica delle dosi e delle cinetiche di rilascio mediante l’aggiunta o la rimozione di moduli. Nell’ultima parte di questo lavoro è stata studiata la compressione dei moduli Dome Matrix®. In particolare, è stato investigato il consolidamento delle varie porzioni del modulo maschio che a volte si traduce nella rottura della protrusione anulare. Questo consolidamento disomogeneo è da attribuire a una distribuzione non uniforme dello spessore fra le differenti porzioni del modulo maschio. Partendo da questo presupposto sono state quindi proposte delle nuove forme di moduli Dome Matrix®. I nuovi disegni tengono conto di una distribuzione più omogenea dello spessore tra le varie porzioni, mantenendo inalterata la capacità d’incastro/assemblaggio dei moduli. Questi moduli oltre a consentire la realizzazione degli assemblati impilati ed a “camera vuota”, consentono anche di avere uno dei moduli “incluso” all’interno dell’assemblato a “camera vuota”. Quest’ultima configurazione, quindi, si presta alla realizzazione di un “innovativo dry-coating” che può trovare applicazione nella costruzione di sistemi reservoir per il rilascio di farmaco. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1937 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1936 Title: Inhalable drug particles formulated as DPI and MDI devices for the treatment of COPD Authors: Marin, Laura Abstract: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD), is a severe disease characterised by chronic bronchitis, emphysema, fibrosis and mucous overproduction. In this lung disease, epithelial cells are induced to produce mucous which, together with other inflammation contributions, lead to airway obstruction and breathing problems. More and more research is focusing on COPD, due to its increase among the general population and its mortality. There are increasing evidences that statins are able to reduce the mortality in patients with COPD. The hypothesis put forward in this research is the possibility of using simvastatin for pulmonary administration. The aim of this project was to develop a new inhalation product (Dry Powder Inhaler – DPI or Metered Dose Inhaler - MDI) containing simvastatin useful for the treatment of COPD and to investigate its advantages in improving pathological conditions of patients without systemic effects in comparison with an oral administration. The aim of the work was to demonstrate the rationale of local inhalation of simvastatin, its ability to penetrate into epithelial Calu-3, and simvastatin therapeutic effect in reducing mucus production. Moreover the aim of the work was also to find a new inhalation product (Dry Powder Inhaler or Metered Dose Inhaler) containing statins useful for the treatment of COPD. The local treatment should be novel to improve the pathological conditions of patients, without systemic effects due to oral administration. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1936 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1912 Title: Application of comparative modelling to the design and discovery of novel GPCR ligands Authors: Pala, Daniele Abstract: This Ph.D. project was mainly focused on the building and validation of the three-dimensional structures of G protein-coupled receptors and on the assessment of their reliability and usefulness in the drug design process. Different GPCRs have been extensively investigated, for which X-ray crystal structures were either available or not: the MT1 and MT2 melatonin receptors, the 5-HT2C serotonin receptor, the H3 histamine receptor, the beta2 adrenergic receptor and the A2A adenosine receptor. A number of different computational techniques were applied to build and refine the receptor 3D coordinates, to characterize the ligand recognition process at a molecular level and to evaluate the main receptor rearrangements occurring upon ligand binding. This study threw light on the role of GPCR crystal structures and homology models in the current medicinal chemistry landscape, highlighting their usefulness for the characterization of the ligand recognition mechanism at a molecular level.; Il progetto di dottorato si è concentrato sulla costruzione e validazione di strutture tridimensionali di recettori accoppiati a proteine G (GPCR) e sulla valutazione della loro affidabilità nella progettazione di molecole ad attività biologica. In questo studio sono state valutate differenti strutture recettoriali, sia sperimentali (ottenute mediante raggi X) che costruite mediante tecniche di comparative modeling. Differenti tecniche computazionali sono state successivamente utilizzate per indagare i processi di interazione ligando-recettore e per valutare le principali modifiche conformazionali che avvengono a livello della strutture proteica a seguito del legame con un ligando. L'indagine del ruolo attuale che i modelli tridimensionali di GPCR ricoprono nel processo di progettazione di composti biologicamente attivi ha messo in luce l'importanza di suddetti modelli recettoriali nella determinazione e caratterizzazione dei processi di interazione ligando-recettore a livello molecolare. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1912 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1911 Title: Structure-based drug design of molecules influencing fatty acid derivatives signal pathways Authors: Capoferri, Luigi Abstract: For two decades anandamide (AEA) has been known to be an endogenous agonist for the cannabinoids receptors CB1 and CB2. It is synthesized on demand from the membrane lipid precursor, N-arachidonoyl phosphatidylethanolamine (NAPE) by a phospholipase D and it diffuses to its targets, mediating a variety of biological effects. Fatty acid amide hydrolase (FAAH) terminates the signal brought by the AEA, catalyzing its hydrolysis to arachidonic acid and ethanolamine. FAAH is also involved in the degradation of other fatty acid ethanolamides (FAEs), including the anti-inflammatory agent palmitoylethanolamide (PEA) and the satiety factor oleylethanolamide (OEA). Recent investigations on FAAH have indicated that this enzyme is a potential target for the treatment of chronic pain, inflammation, immunological diseases, psychiatric conditions, metabolic and cardiovascular diseases. Furthermore, it has been demonstrated that the inhibition of FAAH leads to an augmentation of FAE endogenous levels in animal model. Notably, the corresponding increment of FAE-dependent neurosignals induces therapeutic effects avoiding the typical signs of cannabinoid intoxication e.g. hypothermia, and hypomotility. FAAH is an integral-membrane serine hydrolase belonging to the amidase signature (AS) family. The mechanism of hydrolysis catalyzed by FAAH is widely accepted, with Lys142 serving as key acid and base in distinct steps of the catalytic cycle. As a base, Lys142 activates the Ser241 nucleophile for attack on the substrate amide carbonyl; as an acid, Lys142 protonates the substrate leaving group leading to its expulsion. The effect of Lys142 on Ser241 is mediated indirectly by Ser217, which acts as proton shuttle. Cyclohexyl carbamic acid biphenyl-3yl esters were developed at Universities of Parma, Urbino and Irvine and represent the first class of covalent FAAH inhibitors effective in animal models. This class of compounds, exemplified by URB597, inhibits FAAH by carbamoylating the nucleophile Ser241. FAAH inhibition by URB597 induces anxiolityc and antidepressant-like effects as well as reduction of inflammation in animal models. In an effort to discover drug candidates with limited toxicity, pharmaceutical companies have predominantly developed compounds that act through non-covalent interactions with their biological targets. Alternatively, there are instances where controlled, target-specific covalent modifications have proven useful: a variety of examples of drugs that act covalently can be found (i.e. Aspirin, penicillins, proton pump inhibitors). In general, the potency of a covalent inhibitor is influenced by three main properties: i) the "non covalent" affinity for the target; ii) the intrinsic reactivity of the compound; iii) the stability of the covalent adduct (i.e. the reversibility of the covalent interaction). Through a careful modulation of these properties is possible to obtain compounds not only potent in vivo, but also endowed with a limited ability to interact with off-targets. For the class of cyclohexylcarbamic acid biphenyl-3-yl esters, a recent structure-activity relationship (SAR) investigation has demonstrated that is possible to modulate the reactivity of the inhibitor preserving the binding affinity for the target. In particular, this study has shown that conjugated electron-donor groups on the biphenyl scaffold (which increase electron density around the carbamate carbon) reduce the interaction with plasma and liver carboxylesterases without affecting FAAH inhibitor potency in vitro. The overall effect of this chemical modification is thus an enhanced in vivo potency and a reduced inhibition of off-targets. The time-dependency is another tunable aspect of the enzyme-inhibition, that controls in vivo potency, efficacy, and pharmacokinetic properties. While the reference inhibitor URB597, inhibits FAAH through an irreversible modification of Ser241, FAAH inhibitors belonging to the piperazinyl urea class, i.e. JNJ1661010, carbamoylate Ser241 in reversible-manner. With this in mind, the first aim of this thesis is to study the mechanism of inhibition of FAAH by cyclohexyl carbamic acid biphenyl-3yl esters to discover the chemical features that determine the biological properties of this class of compound. The obtained knowledge could be exploited to design more potent compounds characterized by improved pharmacokinetic and safety profiles. Secondarily, a validated QM/MM approach will be applied to model the carbamoylation reaction of FAAH in presence of the reference inhibitor URB524 and by its p-OH and p-NH2 derivatives to rationalized why this modification does not affect the potency on FAAH in vitro. Furthermore, the decarbamoylation reaction of FAAH in presence of i) the irreversible carbamate inhibitor (URB597), ii) the prototypical reversible urea (JNJ1661010) and iii) the oleoylamide substrate will be modeled by applying the same QM/MM approach to identify the chemical determinant responsible for the irreversibility/reversibility of the inhibition. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1911 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1910 Title: MD Simulations and Conformational Sampling of Monomeric and Dimeric GPCRs Authors: Bruno, Agostino Abstract: G protein-coupled receptors (GPCRs) constitute the largest family of membrane-bound receptors with more than 800 members encoded by 351 genes in humans. It has been estimated that more than the 50% of clinically available drugs act on GPCRs, with an amount of about 400, 50 and 25 druggable proteins for the class A, B and C, respectively. Furthermore, Class A GPCRs, with approximately 25% of marketed small drugs, represents the most attractive pharmaceutical class so far identified. The recent availability of high-resolution 3-dimensional structures of some GPCRs supports the notion that GPCRs are dynamically versatile, and their functions can be modulated by several factors. In this scenario, molecular dynamics (MD) simulations techniques appear to be crucial when studying GPCR flexibility associated to functioning and ligand recognition. In this project we have focused on two aspects of GPCR functioning, which are gaining a considerable interest, namely dimerization and membrane composition. In particular, we have studied the effect of different dimer interfaces, and the effect of cholesterol concentration on the flexibility of two pharmaceutically relevant GPCRs, the 5-HT2A and the mGluR2 receptors. Herein I report several methodological tools useful in the study of the effects of the aforementioned issues on GPCRs flexibility, and we propose that the chosen MD simulation conditions strongly impact the results carried out by the MD toolbox. This has to be taken into account when using these models for further computational studies, such as in silico screening or docking purposes. Sat, 31 Dec 2011 23:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1910 2011-12-31T23:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1622 Title: Miglioramento delle caratteristiche farmacocinetiche e della tollerabilità digestiva della diacereina attraverso modificazione dello stato solido Authors: Menabeni, Roberta Abstract: Lo scopo di questa tesi è stato principalmente quello di studiare l’interazione tra la reina e il sucralfato. Questo obiettivo è stato perseguito attraverso diversi studi di caratterizzazione al fine di valutare la fattibilità di un approccio formulativo che preveda il sequestro della reina da parte del sucralfato a livello del colon. Il sucralfato è stato scelto come farmaco modello per il miglioramento della tollerabilità della diacereina. Le sue caratteristiche lo rendono molto promettente per contrastare l’effetto indesiderato della diacereina, sia per quanto riguarda la sua capacità di proteggere la mucosa gastrointestinale che per la sua tendenza a formare composti di interazione con diversi tipi di molecole. Nella prima parte del lavoro sono state eseguite analisi sulle sostanze pure ed è stato allestito un metodo per studiare l’interazione tra reina e sucralfato. Gli studi in soluzione hanno prodotto campioni i quali sono stati esaminati mediante spettrofotometria UV-vis. In seguito sono state condotte analisi al fine di ottenere informazioni sulle attrazioni intermolecolari del complesso. Questo tipo di studi hanno riguardato dapprima una parte sperimentale in cui le soluzioni di interazione sono state analizzate mediante spettrofotometria UV, HPLC ed NMR in soluzione. Inoltre, sono stati condotti esperimenti d’interazione tra reina e alluminio idrossido per valutare il ruolo di quest’ultimo nell’interazione con la reina. Infine, l’ultima parte del lavoro ha previsto la caratterizzazione dello stato solido del composto d’interazione tra le due sostanze attraverso microscopia ottica, calorimetria differenziale a scansione (DSC), diffrazione di raggi X su polvere (PXRD).; The improvement of biopharmaceutical characteristics of drugs is one of the leading purpose of pharmaceutical research. Some active principles, though provided with significant therapeutical efficiency cannot be employed for their negative chemical, physical and biological features. Frequently, the most troublesome elements are the molecule solubility, permeability and dissolution rate but also its potential adverse effects. According to present technologies, it is possible to improve drugs solubility with methods more efficient than simple mechanical or chemical processes. Solid state chemistry (co-crystal production, polymorph research) and lipid or polymer–based formulations are the most promising approaches exploited to obtain an increase in solubility but also in dissolution rate of active pharmaceutical ingredients. Solubility and permeability improvement of a drug means the opportunity to reduce its daily administration dose. This feature grants a proportional decrement of adverse effects that can moreover be removed with particular technological operations. Some specific compounds can therefore protect from adverse effects when administered in association with another drug (for example non-steroideal anti-inflammatory drugs with gastro-protective molecules) or when administered by an alternative route that by-passes the area subjected to the side effects (injection of drugs or in-situ release). Side effects can also be avoided in a more specific way, by avoiding contact with the area where it performs its negative activity. This purpose is easily attained by taking advantage of the sequestrating ability of some compounds that bind active principles avoiding their undesired activity. Diacerein is classified as a slow-acting anti-arthritic drug. It is administered by oral route and it is metabolised in rhein by enterocytes and hepatocytes before reaching the systemic circulation. Diacerein is a safe drug with a different mechanism of action with respect to non-steroideal anti-inflammatory drugs but it is not frequently used in therapy for two principal reasons: its low solubility in water and the laxative effect carried out by its metabolite, rhein, at colon level. The improvement of biopharmaceutical characteristics and digestive tolerability of diacerein are fundamental for its safe use in therapy. A promising technique to avoid a drug adverse effects could be carried out mimicking the procedures used in detoxifying practice, namely by identifying a molecule-specific method that could remove rhein side effect at colon level. The in situ formation of an interaction product between rhein and a binding agent would create an insoluble and/or not absorbable compound that could prevent the active ingredient side effect. Sucralfate is a drug mainly used in therapy to treat and prevent gastric ulcer and also to protect gastro-intestinal membrane. Sucralfate has often demonstrated a good tendency to sequestrate drugs with formation of complexes. For these reasons sucralfate may be selected as candidate compound for the diacerein tolerability improvement. In this thesis the interaction between rhein and sucralfate has been studied. This purpose has been pursued through characterization studies in order to evaluate the opportunity to produce a pharmaceutical formulation that allows the sequestration of rhein by sucralfate at colon level. Sucralfate characteristics make it a promising drug to counteract diacerein side effect at colon level where it would also exploits its mucosa-protecting action. Analyses on raw materials have been carried out at first, then a process for rhein and sucralfate interaction study has been set up. Molecular interactions between the two drugs have been studied in solution by means of Uv-vis spectroscopy, HPLC and 1H-NMR. Experiments between rhein and aluminium hydroxide have also been conducted to evaluate the role of this moiety in the interaction process between sucralfate and rhein. Solid-state characterization has moreover been carried out to investigate the solid compound obtained from rhein and sucralfate interaction. Optical microscopy, differential scanning calorimetry and powder X-ray diffraction contributed to define the profile of the interaction product. The results collected in this thesis describe a complex pattern for rhein and sucralfate interaction. Data indicate that the two drugs interact in solution giving rise to a complex. In particular, Uv-vis spectra and solution 1H-NMR analysis provides clear evidences of the formation of said complex. The solubility of the interaction compound remains an issue that the present experimentation has not completely addressed. As a matter of fact, most studies underline the formation of an insoluble complex. Nevertheless there are some experimental evidences that support the opposed hypothesis, namely the formation of a soluble compound that subtract rhein from the detection of the analytical instrumentation. In this case the product obtained reveals a stoichiometry of one mole of rhein for two moles of sucralfate in concentrated solutions. Sucralfate content increase for more diluted solutions. Another hypothesis can be considered, that is the formation of a solid solution between sucralfate and the interaction compound. The solid phase isolated from the two ingredients interaction reveals an amorphous and glassy structure. The initial hypothesis to exploit in therapy the interaction between rhein and sucralfate, remains in any case valid to reduce the heavy side effects of rhein. The preparation of an oral pharmaceutical formulation with appropriate delivery kinetics would permit a safe use of diacerein in therapy with the complete removal of its major and more problematic side effect. This approach has however to be confirmed with an in vivo study. Wed, 13 Apr 2011 22:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1622 2011-04-13T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1621 Title: Sistemi gastroretentivi ottenuti mediante assemblaggio di moduli di rilascio di farmaco per il trattamento di patologie acido-correlate Authors: Conti, Chiara Abstract: Lo scopo di questa ricerca di dottorato è stato quello di applicare la tecnologia Dome Matrix® per lo sviluppo di un unico sistema di rilascio per somministrare i farmaci in combinazione necessari nella cura dell’Helicobacter Pylori. Come già descritto precedentemente nell'introduzione, i principali limiti della terapia attualmente utilizzata consistono in una sempre più elevata resistenza del batterio agli antibiotici in uso e in una scarsa compliance del paziente a causa dell’elevato numero di prodotti da assumere più volte al giorno. Le dimenticanze dei pazienti, unite ad un uso a volte sconsiderato degli antibiotici, comportano un incremento sempre maggiore della resistenza batterica e la necessità di somministrare dosi sempre maggiori di antibiotico e/o di associare un numero sempre maggiore di farmaci. La configurazione denominata “a camera vuota” della tecnologia Dome Matrix®, ottenuta unendo la faccia concava di un modulo con la faccia concava di un altro modulo creando così una cavità interna, è in grado di galleggiare nel fluido gastrico. Si è perciò pensato di applicare questo vantaggio della tecnologia Dome Matrix per la somministrazione dei due antibiotici (claritromicina e amoxicillina) che devono agire a livello dello stomaco. Un rilascio dei farmaci a diretto contatto con l’agente patogeno (che risiede nello stomaco) potrebbe aumentarne l’efficacia, riducendo la dose somministrata e il rischio di comparsa di ceppi resistenti. Il diretto contatto tra farmaco e batterio potrebbe consentire di raggiungere la MIC con dosi di farmaco molto più basse. Questo potrebbe rappresentare un vantaggio non solo perché consentirebbe di Scopo della Ricerca 37 ridurre la quantità di antibiotico somministrato, ma soprattutto perché riducendo le dosi necessarie permetterebbe di co-somministrare i due farmaci in un’unica forma farmaceutica. Infatti sarebbe possibile sfruttare una altro vantaggio della tecnologia Dome Matrix, che permette di somministrare contemporaneamente più moduli incastrati tra loro, contenenti principi attivi diversi liberati con cinetiche di rilascio differenti. Inoltre proprio quest’ultimo aspetto della politerapia, potrebbe essere sfruttato per inserire sul sistema anche un modulo contenente il terzo farmaco della terapia, l’omeprazolo. In questo modo si potrebbe ottenere in un’unica forma farmaceutica somministrata, la politerapia necessaria all’eradicazione dell’Helicobacter Pylori. Si avrebbe così una maggiore compliance del paziente, che dovrebbe assumere una sola forma farmaceutica, e una riduzione delle dosi di antibiotico, riuscendo così a superare i limiti critici che attualmente presenta la terapia utilizzata per l'eradicazione dell’Helicobacter Pylori. La strategia formulativa si è così sviluppata: • Produzione di assemblati contenenti le dosi consigliate per la terapia (500 mg di claritromicina e 1000 mg di amoxicillina). Possono essere utilizzati sia sistemi void di diametro 7,4 mm sui quali dovevano essere impilati più moduli, sia sistemi di dimensioni maggiori (11 mm) che consentono di caricare più farmaco. Scopo della Ricerca 38 • Possibilità di ridurre le dosi e quindi il numero dei moduli dei singoli antibiotici, sfruttando la capacità degli assemblati di galleggiare nello stomaco e di rilasciare la dose a diretto contatto con l’agente patogeno • Associazione dei due farmaci e unione di un ulteriore modulo di omeprazolo per ottenere un’unica forma farmaceutica da somministrare ai pazienti. Wed, 13 Apr 2011 22:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1621 2011-04-13T22:00:00Z http://hdl.handle.net/1889/1620 Title: Veicolazione di farmaci antitumorali in sistemi a rilascio controllato per terapie innovative dei tumori Authors: Barbieri, Stefano Abstract: Studi precedenti svolti nel nostro laboratorio hanno mostrato che l’interazione tra lecitina e chitosano nella proporzione 20:1 portava alla formazione di nanoparticelle (NCL). Questi nanosistemi lecitina/chitosano possiedono caratteristiche di dimensione e carica superficiale che potrebbero essere particolarmente adatte alla veicolazione transmucosale dei farmaci. Lo scopo di questo progetto è stato quello di studiare nanoparticelle (NCL) caricate con tamoxifene (TAM), con l’obiettivo di produrre una formulazione adatta alla somministrazione orale. L’idea è stata quella di veicolare le nanoparticelle in microparticelle costituenti una polvere che al contatto con fluidi biologici restituissero il sistema colloidale di partenza. La presenza di nanoparticelle potrebbe consentire al farmaco di migliorare la propria biodisponibilità e ridurre la variabilità interpaziente, aumentandone cosi l’efficacia terapeutica e diminuendone gli effetti tossici. Innanzitutto è stato studiato il comportamento di rilascio del farmaco dal sistema NCL-TAM in differenti condizioni: fluido gastrico simulato, fluido intestinale simulato con e senza enzimi. Come enzimi sono stati scelti lipasi e lisozima, capaci di degradare in modo selettivo i componenti delle nanoparticelle. Il sistema colloidale prodotto caricato con l’antitumorale è stato anche studiato dal punto di vista della citotossicità su cellule di carcinoma mammario sensibili al tamoxifene (MCF7). L’uptake cellulare da parte di cellule di carcinoma del colon usate come modello dell’epitelio intestinale (CaCo-2) è stato altresì detrminato. Inoltre è stato condotto uno studio ex vivo su intestino di ratto per studiare la capacità del farmaco di passare attraverso la membrana intestinale quando somministrato sotto forma di nanoparticelle. In questi esperimenti è stata anche valutata l’incidenza della bioadesione del sistema nanoparticellare alla mucosa intestinale, sul passaggio del farmaco. Infine, è stata realizzata una polvere atta alla somministrazione orale costituita da microparticelle cariche di nanoparticelle. Dapprima è stato studiato il comportamento del sistema NCL-TAM con alcuni eccipienti idrofili, come α–ciclodestrina, β–ciclodestrina, maltodestrina e trealosio; in seguito si è passati alla produzione di polveri, mediante una tecnica di essicamento spray. Queste polveri sono costituite da microparticelle idrofile caricate con nanoparticelle veicolanti tamoxifene. Infine le microparticelle ottenute sono state caratterizzate per quanto riguarda le dimensioni, morfologia e comportamento in fluidi biologici simulati.; In Italy 7 women on 100 develop mammary cancer in the course of life. The grow of cancer is influenced by the concentration of hormones, and it has been demonstrated that the modulation of hormones levels is able to hold back the progress of the disease. Tamoxifen, an antiestrogen drug, is a first line drug used for mammary cancer, and it is also approved for cancer prevention. One of the major limits of the actual oral tablet therapy is the difference of inter- patient drug effects, probably due to the variability in metabolization capacity of patients. The formulation of tamoxifen with nanoparticles is expected to decrease this inconvenience by increasing the intestinal absorption and decreasing the metabolism of TAM. Previous studies made in our lab showed that the interaction between chitosan and lecithin in aqueous solution leads to the autoassembling of nanostructures composed by layers of both excipents. The aim of this project was to produce and study nanoparticles (NCL) loaded with tamoxifen (TAM) and to include nanoparticles in a formulation for oral delivery. The idea was to deliver nanoparticles by encapsulation in dry microparticles, i.e. in form of powder, that in contact with biological fluids give back the original colloidal system. In this work various properties of tamoxifen-loaded nanoparticles have been investigated like drug release, cytotoxicity and permeation through excised rat intestine. In this last experiment were evaluated the influence of nanoparticles on the passage of tamoxifen through the rat intestine tissue and the bioadhesive behaviour of nanoparticles. At the end some spray drying experiments were devoted to the production of a powder suitable for the oral administration made of microparticles containing tamoxifen-loaded nanoparticles. The results obtained in this work allowed to acquire new knowledge on the behaviour of chitosan-lecithin nanoparticles formulation. The release experiment showed that only the presence of specific enzymes trigger the release of tamoxifen from nanoparticle by demolition of structure on nanosystem. Indeed without enzyme like lipase or lysozyme the drug rests inside the nanoparticle until 24 hours. In viov it expected that tamoxifen will be available only when some enzyme like pancreatin are presents in intestinal lumen, while tamoxifen will be protected from gastric ambient. The possibility of improvement of drug intestinal permeation was evidenced by ex vivo intestinal experiment (Ussing chamber). With this experiment was possible demonstrate that the bioadhesion of the colloidal system on the mucous, close intestinal tissue, is crucial for the enhancement of drug permeation. Ex vivo experiments showed also that when we used nanoparticles, not only was obtained an increase of drug permeability, but the ratio between tamoxifen and its metabolites was completely changed. Indeed the experiment showed that in the receptor chamber, there was much more tamoxifen than 4-OH tamoxifen (metabolite) if compared to experiments in which only a tamoxifen suspension was used in the donor. This could help to decrease the variability of therapeutic effects observed in patients.It was possible to include tamoxifen-loaded nanoparticles in microparticles obtained by spray drying of water soluble excipients. The powder obtained could be used for the preparation of oral dosage forms, such as capsules, granules, tablets. The next step in the development of an oral formulation containing nanoparticles should take in account in vivo experiment to assess the effect on drug pharmacokinetics and to study the effect on model cancer in animals. Wed, 13 Apr 2011 22:00:00 GMT http://hdl.handle.net/1889/1620 2011-04-13T22:00:00Z