Innovative Pharmaceutical and Cosmetic Technology and Nanotechnology Group (i-PHARCOTEC)

Pharmaceutical Technologies
- "Advanced Pharmaceutical Nanotechnologies (APN)"
- Innovative Pharmaceutical and Cosmetic Technology and Nanotechnology Group (i-PHARCOTEC)

Componenti

Cavalli Roberta (Coordinatore/Coordinatrice)
Argenziano Monica (Ricercatore/Ricercatrice)
Bastiancich Chiara (Ricercatore/Ricercatrice)
Battaglia Luigi Sebastiano (Docente)
Chirio Daniela (Docente)
Gallarate Marina (Docente)
Peira Elena (Docente)
Sapino Simona (Tecnico/a)
Scomparin Anna (Docente)
Spagnolo Rita (Tecnico/a)
Ugazio Elena (Docente)
Ansari Irfan Aamer (Dottorando/a)
Bozza Annalisa (Dottorando/a)
Chindamo Giulia (Dottorando/a)
Molinar Chiara (Dottorando/a)

Contatti

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Settore ERC

LS7_3 - Nanomedicine

LS7_12 - Health care, including care for the ageing population

PE5_6 - New materials: oxides, alloys, composite, organic-inorganic hybrid, nanoparticles

PE5_10 - Colloid chemistry

Attività

Il gruppo i-PHARCOTEC possiede una consolidata esperienza nella progettazione, preparazione e caratterizzazione di formulazioni farmaceutiche innovative costituite da nano e/o microparticelle a matrice polimerica, lipidica e inorganica. In particolare, vengono sviluppate nanoparticelle polimeriche, nanoparticelle solide lipidiche, liposomi, coniugati polimero-farmaco, nanoparticelle a base di ciclodestrine, nanocristalli, sistemi a base di nanovescicole (nanobolle, nanocapsule), nano e microemulsioni per applicazioni farmaceutiche e/o cosmetiche. Inoltre, parte della ricerca è focalizzata allo sviluppo di sistemi direzionati, sfruttando strategie su più fronti.

Tali approcci formulativi sono tutti guidati dal principio attivo:

vengono sviluppate strategie formulative in funzione delle caratteristiche chimico-fisiche del farmaco/sostanza funzionale da caricare all'interno dei micro/nanosistemi, tra cui idro/lipofilia, peso molecolare, stabilità chimica e termica;
le dimensioni e le proprietà superficiali dei micro/nanosistemi sono ottimizzate al fine di raggiungere il sito bersaglio
la struttura composita del micro/nanosistema è progettata per migliorare la solubilità del farmaco e/o per ottenere il suo rilascio prolungato

Le attività di ricerca in campo farmaceutico sono focalizzate principalmente sui seguenti argomenti:

sviluppo di nanoparticelle lipidiche per il rilascio di farmaci e il direzionamento ai tumori solidi, quali il carcinoma mammario triplo negativo e l'osteosarcoma. Le nanoparticelle sono opportunamente funzionalizzate in base al target selezionato;

sviluppo di microemulsioni olio-in-acqua e acqua-in-olio gelificanti in situ per il rilascio corneale di farmaci, la cui viscosità aumenta dopo la somministrazione, sia per la formazione di una struttura liquido-cristallina, sia per gelificazione indotta dalla temperatura corporea;

sviluppo di sistemi di rilascio nanocompositi oftalmici (microemulsioni olio-in-acqua e nanoparticelle lipidiche), per la somministrazione intravitreale di farmaci, quali antibiotici, agenti antinfiammatori e anti-VEGF. Una cella di flusso oculare a 3 compartimenti in plexiglas, progettata e sviluppata nel laboratorio Pharcotec, consente la simulazione della farmacocinetica oftalmica;

formulazione e caratterizzazione di nanobolle polimeriche per la veicolazione di farmaci, gas e materiale genetico;
sviluppo di polimeri cationici e nanoparticelle per il rilascio intracellulare di siRNA;
preparazione e caratterizzazione di nanosistemi per la somministrazione di farmaci antibiotici o antivirali;
formulazione di complessi di inclusione di ciclodestrine o nanoparticelle a base di ciclodestrine (es. nanospugne) per aumentare la solubilità e la biodisponibilità dei farmaci;
progettazione di nanosistemi polimerici per il rilascio direzionato di farmaci antitumorali nel sito tumorale;
nanovaccini per l'immunoterapia oncologica

Attività di ricerca in corso in campo cosmetico:

formulazione e caratterizzazione di sistemi colloidali solidi, semisolidi e liquidi destinati all'applicazione cutanea;
veicolazione di molecole interessanti in campo dermatologico e cosmetico: antiossidanti naturali; vitamine; filtri UV organici e inorganici; fotosensibilizzatori; altri farmaci per i disturbi della pelle;
determinazione di metalli pesanti contenuti in prodotti cosmetici e studio della permeazione cutanea;
studio delle alterazioni morfologiche, biochimiche e meccaniche di capelli esposti ad agenti chimici e fisici;
sviluppo di formulazioni tricologiche termo- e fotoprotettive e verifica in vitro dell'efficacia.

Solid lipid nanoparticles

In-situ gelling microemulsions

Ocular 3-compartments flow cell

Principali tecnologie disponibili:

liofilizzazione
analisi termica (calorimetria a scansione differenziale DSC)
determinazione della dimensione e del potenziale Zeta delle particelle mediante Dynamic Light Scattering (DLS)
frazionamento in Campo-Flusso (FFF)
microscopia ottica
misure reologiche
studi di permeazione in vitro (membrane sintetiche/pelle/cornea) con celle di Franz
studi di fotostabilità (simulatori della luce solare)
studi di stabilità di sistemi dispersi
valutazione della conducibilità e della tensione superficiale
determinazione non invasiva dei parametri fisiologici cutanei (mediante corneometro, sebometro, colorimetro, glossimetro, cutometro, pH-metro cutaneo).

simulatori della luce solare

Cutometro

- Azienda Ospedaliero-Universitaria Città della Salute e della Scienza di Torino, Torino

- S.C. Farmacia Ospedaliera A.O. Ordine Mauriziano, Torino

- Istituto di Candiolo - IRCCS, Candiolo

- Società Prodotti Antibiotici S.p.A

- Dipartimento di Scienza della Salute, Università del Piemonte Orientale, Novara

- Dipartimento di Scienze del Farmaco, Università del Piemonte Orientale, Novara

- Centro di Riferimento Oncologico (CRO) di Aviano IRCCS, Aviano

- Neuroengineering and Neuroprosthesis Unit at the Bioengineering Institute. University Miguel Hernández (Spain)

- Department of Pharmaceutical Sciences, School of Health Sciences of Polytechnic Institute of Guarda (Guarda, Portugal)

- Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA) La Plata (Argentina)

- Department of Physiology and Pharmacology, Sackler Faculty of Medicine, Tel Aviv University, Tel Aviv (Israel), Prof. Ronit Satchi-Fainaro

- Research Institute for Medicines, iMed.ULisboa, Faculty of Pharmacy, University of Lisbon, Lisboa (Portugal), Prof. Helena Florindo

- Advanced Drug Delivery and Biomaterials, Louvain Drug Research Institute, UCLouvain (Belgium)

- Gliomagenesis and Microenvironment, Institute of NeuroPhysiopathology, Aix-Marseille University (France)

To develop innovative and smart nanosystems for drug delivery by exploiting drug-driven formulation approaches.

The i-PHARCOTEC group owns a widespread and established expertise in the design, preparation and characterization of innovative drug formulations by means of nano and/or microparticles, based on polymer, lipid and inorganic matrixes. In particular, polymeric nanoparticles, solid lipid nanoparticles, liposomes, polymer-drug conjugates, cyclodextrin-based nanoparticles, nanocrystals, nanovesicle-based systems (i.e. nanobubbles, nanocapsules), nano and microemulsion are developed for pharmaceutical and/or cosmetic applications. Moreover, such research has also been focused on the development of targeted nanosystems, by using multi-pronged strategies.
Such formulative approaches are all drug-driven;that is:

formulation strategies are developed owing to the physico-chemical features of the drug/functional ingredient to be loaded within the micro/nanosystems, including hydro/lipophilicity, molecular weight, chemical and thermal stability;
size and surface properties of micro/nanosystems are optimized, in order to enable them to deliver their cargo to its specific target site;
micro/nanosystem composite structure is designed in order to enhance the drug solubility and/or to achieve its sustained release.

Research activities in pharmaceutical field are mainly focused on the following topics:

Formulation and characterization of lipid nanoparticles (solid lipid nanoparticles or nanostructured lipid carriers) for drug delivery and targeting to solid tumor, such as triple negative breast cancer and osteosarcoma. Nanoparticles are suitably decorated on their surface according to the selected target.
Formulation and characterization of in-situ gelling microemulsion systems for corneal delivery of drugs.
Oil-in-water and water-in-oil microemulsions are developed, whose viscosity increases after administration, either by the formation of a liquid-crystalline structure, or by body-temperature-induced jellification. Consequently, the precorneal residence time increases, reducing the frequency of administration of ophthalmic systems.
Development of ophthalmic nanocomposite delivery systems (i.e. O/W microemulsion and lipid nanoparticles), for intravitreal administration of drugs, such as antibiotics, anti-inflammatory and anti-VEGF agents. For characterization of these systems an ocular flow cell, is used. The Plexiglas 3-compartment eye flow cell, designed and developed in the Pharcotec lab allows the simulation of ophthalmic pharmacokinetics. It is formed by an anterior and a posterior cavity, mimicking the anterior and the posterior sections of the eye; in addition, the posterior cavity is composed of a central unit, acting as the vitreous cavity, in which it formulations for intravitreal administration can be injected, and of a posterior one, separated by a support for retinal cell cultures.

Formulation and characterization of polymeric nanobubbles for the delivery of drugs, gases and genetic material.
Development of cationic polymers and nanoparticles for the intracellular delivery of siRNA
Preparation and characterization of nanosystems for antibiotic or antiviral drug delivery
Formulation of cyclodextrin inclusion complexes or cyclodextrin-based nanoparticles (i.e. nanosponges) to increase the solubility and bioavailability of drugs
Design of polymeric nanosystems for the targeted delivery of anticancer drugs to the tumor site
Nanovaccines for cancer immunotherapy

Research activities in progress in cosmetic field:

formulation and characterization of solid, semi-solid and liquid colloidal systems intended for skin application;
delivery of interesting molecules in the dermatological and cosmetic fields: natural antioxidants; vitamins; organic and inorganic UV filters; photosensitizers; other medications for skin disorders;
determination of heavy metals contained in cosmetic products and skin permeation study;
study of the morphological, biochemical and mechanical changes of hair exposed to chemical and physical agents;
development of thermo- and photoprotective hair care formulations and in vitro efficacy evaluation.

Solid lipid nanoparticles

In-situ gelling microemulsions

Ocular 3-compartments flow cell

Main available technologies:

Freeze drying
Thermal analysis (DSC)
Particle size and Zeta potential determination (Dynamic Light Scattering DLS)
Multi Flow FFF Separation
Optical microscopy
Rheology measurements
In vitro permeation studies (synthetic membranes/skin slice/corneas) with Franz cells
Photostability studies (sunlight simulators)
Stability studies of disperse systems
Conductivity and surface tension evaluation
Non-invasive determination of physiological skin parameters (corneometer, sebumeter, colorimeter, glossmeter, cutometer, skin pH-meter).

Sunlight simulator

Cutometer

- University Hospital Città della Salute e della Scienza di Torino, Torino

- S.C. Farmacia Ospedaliera A.O. Ordine Mauriziano, Torino

- Candiolo Cancer Institute, FPO—IRCCS, Candiolo

- Società Prodotti Antibiotici S.p.A

- Department of Health Sciences, Università del Piemonte Orientale, Novara

- Department of Pharmaceutical Sciences, Università del Piemonte Orientale, Novara