Nanoparticelle di chitosano-Proprietà e applicazioni

Di Will SoutterMay 2 2013

Il chitosano è un polimero interessante che è stato ampiamente utilizzato in campo medico. È parzialmente o completamente chitina deacetilata. Poiché la chitina si presenta naturalmente (nelle pareti cellulari fungine e nei gusci di crostacei, ad esempio), il chitosano è completamente biodegradabile e biocompatibile e può essere usato come adesivo e come agente antibatterico e antifungino.

Il chitosano è stato ampiamente studiato come potenziale vettore di farmaci a causa delle sue proprietà biocompatibili. Alcuni studi hanno suggerito di utilizzare il chitosano per rivestire nanoparticelle fatte di altri materiali per ridurre il loro impatto sul corpo e aumentare la loro biodisponibilità.

Il grado di deacetilazione e il peso molecolare del chitosano possono essere modificati per ottenere diverse proprietà fisico-meccaniche. La composizione elementare del polimero chitosano è carbonio (44,11%), idrogeno (6,84%) e azoto (7,97 %). Il peso molecolare medio della viscosità del chitosano è ~ 5.3 x 105 Dalton.

Micrografo elettronico a scansione di nanoparticelle rivestite di chitosano caricate con docetaxel.
Crediti immagine: S Saremi, Università di Scienze Mediche di Teheran via Open-i, US National Library of Medicine.

Formazione di nanoparticelle di chitosano

Il chitosano è stato ampiamente studiato come potenziale vettore di farmaci a causa delle sue proprietà biocompatibili. Alcuni studi hanno suggerito di utilizzare il chitosano per rivestire nanoparticelle fatte di altri materiali per ridurre il loro impatto sul corpo e aumentare la loro biodisponibilità.

Il grado di deacetilazione e il peso molecolare del chitosano possono essere modificati per ottenere diverse proprietà fisico-meccaniche. La composizione elementare del polimero chitosano è carbonio (44,11%), idrogeno (6,84%) e azoto (7,97 %). Il peso molecolare medio della viscosità del chitosano è ~ 5,3 x 105 Dalton.

Proprietà antifungine del Chitosano

Nella sua forma polimerica libera, il chitosano presenta attività antifungina contro Alternaria alternata, Rhizopus oryzae, Aspergillus niger, Phomopsis asparagi e Rhizopus stolonifer. L’attività antifungina del chitosano dipende dalla sua concentrazione, dal peso molecolare, dal grado di sostituzione e dal tipo di gruppi funzionali aggiunti al chitosano, nonché dal tipo di fungo.

Mentre i derivati del polimero possono essere creati per colpire patogeni specifici, il chitosano mostra un’attività antifungina naturale senza la necessità di modifiche chimiche.

Nanoparticelle di chitosano nella somministrazione di farmaci

Diversi gruppi di ricerca hanno studiato le proprietà delle nanoparticelle di chitosano al fine di utilizzarle come agente di somministrazione di farmaci. La biocompatibilità e la non tossicità del materiale lo rendono attraente come agente neutro per la somministrazione di agenti attivi.

La ricerca del 2005 ha confermato che la gelazione ionica può essere utilizzata per produrre nanoparticelle di chitosano-TPP di qualità sufficiente per l’uso in applicazioni cliniche. I ricercatori hanno anche determinato l’effetto di alcuni parametri di produzione sulle proprietà delle particelle, per garantire risultati ripetibili dal processo di produzione.

La ricerca condotta nel 2006 si è poi concentrata sull’interazione in vitro e in vivo di nanoparticelle di chitosano (CSNP), come nuovo vettore di particolato, con cellule epiteliali sulla superficie oculare. La gelificazione ionotropica è stata utilizzata per produrre i CSNPS etichettati con fluoresceina isotiocianato-albumina sierica bovina.

Sono state prese tre diverse concentrazioni di CSNP e le cellule epiteliali congiuntivali umane (IOBA-NHC) sono state esposte ad esse per 15, 30, 60 e 120 minuti. La vitalità e la sopravvivenza cellulare sono state misurate dopo un periodo di recupero di 24 ore nel mezzo di coltura e immediatamente dopo il trattamento.

La microscopia confocale è stata utilizzata per misurare la relazione tra CSNPs e cellule IOBA-NHC. La fluorometria è stata utilizzata per studiare l’impatto della temperatura e dell’inibizione metabolica. La tolleranza acuta e l’assorbimento in vivo della superficie oculare alle CNSP sono state studiate nei conigli.

È stato osservato che l’assorbimento di CSNPS era continuo durante il periodo dell’esperimento e dipendeva dalla temperatura. Non vi è stato alcun impatto sull’assorbimento del CNSP a causa dell’inibizione metabolica da parte del sodio azide.

Non ci sono stati segni di alterazione o infiammazione dopo esposizione a CSNP sulla superficie oculare del coniglio. La microscopia di fluorescenza delle sezioni del coperchio e del bulbo oculare del coniglio ha confermato in vivo l’assorbimento da epiteli corneali e congiuntivali. Queste nanoparticelle sono state ben accettate dai tessuti superficiali oculari.

Per la somministrazione di farmaci tramite non iniezione ai siti della mucosa, una delle sfide chiave è l’assorbimento dei farmaci in questi siti. Il sistema di somministrazione del farmaco dovrebbe avere particelle mucoadesive e rilasciare il farmaco nel tempo.

A causa della carica positiva del chitosano, può legarsi con il muco caricato negativamente. Pertanto, il chitosano può fungere da eccellente vettore per i farmaci mucoadesivi. nanoparticelle a base di chitosano sono state utilizzate per fornire farmaci ai polmoni, con il chitosano che aiuta ad attaccarsi alla mucosa polmonare.

Polvere secca l’inalazione di rifampicina, un farmaco anti-tubercolare, formulato con chitosano come vettore polimerico ha mostrato un rilascio prolungato del farmaco per 24 ore. Allo stesso modo, la deposizione polmonare di itraconazolo, un farmaco antifungino, è aumentata quando formulata come microparticelle essiccate a spruzzo di itraconazolo caricate con nanoparticelle di chitosano.

Particelle di oro-chitosano per il rilevamento di metalli pesanti

In un’altra ricerca del 2005, è stata suggerita una strategia innovativa per l’utilizzo di nanoparticelle d’oro ricoperte di chitosano per il rilevamento di ioni di metalli pesanti. Il chitosano è policazionico e può quindi essere attaccato alle superfici delle nanoparticelle d’oro caricate negativamente attraverso interazioni elettrostatiche.

L’uso del chitosano fornisce un ostacolo sterico sufficiente per garantire la stabilità colloidale e le nanoparticelle funzionalizzanti che possono essere utilizzate come sensori. Le proprietà chelanti del chitosano e le proprietà ottiche delle nanoparticelle d’oro sono state utilizzate per rilevare basse concentrazioni di ioni di metalli pesanti nell’acqua.

Particelle di chitosano per il trattamento delle acque

Oltre alle applicazioni mediche, il chitosano è stato utilizzato anche nel trattamento delle acque. La presenza di gruppi funzionali come l’idrossile e l’ammino nel chitosano lo rendono un eccellente adsorbente. Uno studio ha riferito che le membrane nanoparticelle rivestite di chitosano erano in grado di rimuovere i batteri molto meglio delle membrane non rivestite.

Un altro studio nel 2015 ha riportato l’uso di nanoparticelle di ossido di chitosano-zinco per la rimozione di circa il 99% di colore dagli effluenti tessili. Se il chitosano è reso magnetico, esso, insieme ai coloranti adsorbiti, può essere facilmente recuperato utilizzando forze magnetiche, consentendo una buona riusabilità dell’acqua.

Applicazioni di nanoparticelle di chitosano

Le applicazioni di nanoparticelle di chitosano sono elencate di seguito:

• Agenti antibatterici, vettori di consegna genica e vettori per il rilascio di proteine e farmaci.
• Un potenziale adiuvante per vaccini come influenza, epatite B e vaccino paratifo suinetti.
• Un nuovo sistema di somministrazione nasale per i vaccini. Queste nanoparticelle migliorano l’assorbimento dell’antigene da parte dei tessuti linfoidi della mucosa e inducono forti risposte immunitarie contro gli antigeni.
• Il chitosano ha anche dimostrato di prevenire l’infezione nelle ferite e accelerare il processo di guarigione delle ferite migliorando la crescita delle cellule della pelle.
• Le nanoparticelle di chitosano possono essere utilizzate per scopi conservativi durante l’imballaggio degli alimenti e in odontoiatria.
• Può anche essere utilizzato come additivo nei tessuti antimicrobici per la produzione di vestiti per la sanità e altri professionisti.
• Le nanoparticelle di chitosano mostrano un’efficace attività antimicrobica contro Staphylococcus saprophyticus ed Escherichia coli.
• Questi materiali possono anche essere utilizzati come materiale per la guarigione delle ferite per la prevenzione delle infezioni opportunistiche e per consentire la guarigione delle ferite.
• Le nanoparticelle hanno anche dimostrato di mostrare proprietà rigenerative della pelle quando i materiali sono stati testati su fibroblasti e cheratinociti delle cellule della pelle in laboratorio, aprendo la strada a prodotti anti-invecchiamento per la cura della pelle.

Fonti e approfondimenti

• Attività antifungina delle nanoparticelle di chitosano e correlazione con le loro proprietà fisiche-International Journal of Biomaterials
• Nanoparticelle di chitosano fluorescenti ultra-piccole dispersibili in acqua: sintesi, caratterizzazione e targeting specifico – La Royal Society of Chemistry
• Sensori di ioni di metalli pesanti che utilizzano nanoparticelle d’oro con rivestimento di chitosano-IOP Science
• Chitosano per applicazioni biomediche-University of Iowa
• Recenti progressi nella somministrazione di farmaci polmonari nanoparticolati a base di chitosano –Nanoscala
• Rimozione di coloranti tessili da nanocomposito. Journal of Textile Science and Engineering
• Rimozione della tintura e cinetica dell’adsorbimento mediante nanoparticelle di chitosano magnetico. Desalin Water Treat

Questo articolo è stato aggiornato su 2nd September, 2019.

Scritto da

Will Soutter

Will ha un B.Sc. in Chimica presso l’Università di Durham, e un M.Sc. in Chimica verde presso l’Università di York. Naturalmente, Will è il nostro esperto di chimica residente ma, un amore per la scienza e Internet rende Will il tuttofare del team. Nel suo tempo libero a Will piace suonare la batteria, cucinare e preparare il sidro.

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