"Advanced Pharmaceutical Nanotechnologies (APN)"

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

Componenti

Arpicco Silvia (Docente)
Milla Paola (Ricercatore/Ricercatrice)
Stella Barbara (Docente)
Andreana Ilaria (Assegnista)
Bincoletto Valeria (Dottorando/a)
Limongi Tania (Ricercatore/Ricercatrice)

Contatti

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Settore ERC

LS7_3 - Nanomedicine

Attività

Andreana Ilaria

L’attività del nostro gruppo di ricerca è focalizzata sullo sviluppo di nanovettori e coniugati molecolari per il direzionamento di farmaci e agenti diagnostici. Le applicazioni terapeutiche per le quali questi sistemi sono progettati sono principalmente la terapia antitumorale e il trattamento delle patologie neuromuscolari e polmonari. In particolare, ci occupiamo della preparazione e caratterizzazione di: liposomi, liposomi cationici per la veicolazione di acidi nucleici, nanoparticelle polimeriche e inorganiche, nanoparticelle squaleniche. Tutti i nanosistemi possono essere modificati e implementati attraverso l’associazione con poli(etilenglicole) (PEG) (direzionamento passivo) e/o con ligandi in grado di riconoscere in modo specifico recettori sulla superficie delle cellule bersaglio (direzionamento attivo). Per quanto riguarda i coniugati molecolari, l’attività è incentrata sulla derivatizzazione di farmaci con polimeri, proteine e ligandi.

Nel campo della farmacocinetica clinica il nostro gruppo, in collaborazione con ospedali ed enti di ricerca nazionali, si occupa della messa a punto di protocolli analitici in HPLC utilizzabili per il TDM (Therapeutic Drug Monitoring) degli antibiotici in pazienti con shock settico, e della determinazione dei parametri farmacocinetici di antibiotici in pazienti sottoposti a terapia renale sostitutiva continua o altre procedure di circolazione extra-corporea.

Infine, il gruppo si occupa di analisi farmacoeconomiche dei farmaci ad alto costo (studi di costo-efficacia, costo-utilità, budget-impact analysis), con particolare interesse per i farmaci che rappresentano le principali voci di spesa diretta della farmacia ospedaliera, con l'obiettivo di suggerire linee guida per un razionale impiego delle risorse economiche dell'ospedale.

NANOVETTORI DI FARMACI E AGENTI DIAGNOSTICI: progettazione, formulazione e caratterizzazione chimico-fisica e biologica di liposomi, nanoparticelle polimeriche, lipidiche e inorganiche per il direzionamento di principi attivi e agenti diagnostici per il trattamento di patologie tumorali, neuromuscolari e polmonari. Modifica della superficie e direzionamento attivo verso le cellule bersaglio attraverso il legame con piccole molecole, peptidi, anticorpi o polimeri.

LIPOSOMI

I liposomi vengono utilizzati come sistemi di veicolazione di sostanze attive con differenti caratteristiche chimico fisiche grazie alla loro capacità di incapsulare sostanze, idrofile, idrofobe e anfifiliche.

Per aumentare il tropismo verso le cellule bersaglio i liposomi sono stati decorati in superficie con ligandi specifici.

NANOPARTICELLE

Ci occupiamo della preparazione di diversi tipi di nanoparticelle:

- polimeriche: utilizzando polimeri biodegradabili e biocompatibili (ad es. PLGA), prepariamo nanosfere e nanocapsule per il direzionamento di principi attivi. Possiamo modificarle superficialmente con polimeri i

drofili per aumentarne l’emivita plasmatica o con ligandi specifici (ad es. acido folico) per incrementare la selettività

- squaleniche: attraverso la coniugazione di derivati dello squalene con diversi principi attivi otteniamo nanovettori biocompatibili e con attività più elevata rispetto al farmaco non derivatizzato

- inorganiche (silice mesoporosa e a base di carbonio): vengono sfruttati diversi sistemi di associazione con farmaci attraverso interazioni ioniche e idrofobiche

FARMACOCINETICA CLINICA: collaborazione con istituti medico-clinici per analisi farmacocinetiche di farmaci innovativi e di terapie antibiotiche in pazienti sottoposti a procedure di circolazione extra-corporea.

Messa a punto di protocolli analitici in HPLC utilizzabili per il TDM (Therapeutic Drug Monitoring) degli antibiotici

La disponibilità di tecniche analitiche per la determinazione della concentrazione plasmatica degli antibiotici in pazienti con shock settico permette di ottimizzare la terapia in questa tipologia di pazienti critici.

L’obiettivo di questi studi è la messa a punto di protocolli analitici facilmente utilizzabili nei laboratori ospedalieri per il monitoraggio dei livelli plasmatici di antibiotici nei pazienti. La tecnica dell’HPLC consente di analizzare simultaneamente più molecole a partire da un piccolo volume di campione, in modo rapido, semplice ed accurato.

Studio della cinetica di rimozione degli antibiotici durante le procedure di circolazione extra-corporea

Nei pazienti sottoposti a procedure di circolazione extra-corporea (ad esempio bypass cardiopolmonare, ossigenazione extracorporea a membrana, terapia renale sostitutiva continua) la farmacocinetica degli antibiotici subisce profonde alterazioni che rendono difficile prevedere la posologia più adeguata da utilizzare, anche a causa della scarsità di dati in letteratura.

In collaborazione con ospedali ed enti di ricerca nazionali, sono in corso studi clinici e su modelli in vitro allo scopo di studiare la farmacocinetica, durante i trattamenti di circolazione extra-corporea, di alcuni degli antibiotici più frequentemente utilizzati nei reparti di terapia intensiva.

Parole chiave:

liposomi, lipidi cationici, nanoparticelle, polimeri, squalene, coniugati molecolari, farmaci antitumorali, drug repurposing, patologie tumorali, malattie neuromuscolari, malattie polmonari, agenti diagnostici, direzionamento passivo, direzionamento attivo, acido ialuronico, farmacocinetica clinica, farmacoeconomia, antibiotici, HPLC, Therapeutic Drug Monitoring

Nei nostri laboratori sono disponibili strumenti e attrezzature per la preparazione e la caratterizzazione di nanosistemi e coniugati molecolari; in particolare, disponiamo di o abbiamo accesso a:

- laboratori di sintesi organica, con strumenti per la caratterizzazione dei prodotti sintetizzati, tra cui spettrometro NMR, spettrometro di massa, HPLC-MS, HPLC-DAD, HPLC-FL e spettrofotometro UV-visibile

- sonicatore, Dynamic Light Scattering (DLS), microscopia a fluorescenza, TEM, SEM

- laboratori di coltura cellulare e caratterizzazione biologica per esperimenti ex-vivo, in vitro e in vivo

Elias FATTAL - Institut Galien Paris-Saclay, UMR CNRS 8612, Université Paris-Saclay, Saclay, France

Giorgia URBINATI - UMR CNRS 9018, Team: “Metabolic plasticity in health and disease”, Université Paris-Saclay, Gustave Roussy, Villejuif, France

Giovanna LOLLO - CNRS UMR 5007, Laboratoire d'Automatique, de Génie des Procédés et de Génie Pharmaceutique, Université Claude Bernard Lyon 1, Villeurbanne, France

Silvia GIORDANI - School of Chemical Sciences, Dublin City University, Glasnevin, Dublin, Ireland

Federica MELONI - Research Laboratory of Lung Diseases, Section of Cell Biology, IRCCS Policlinico San Matteo Foundation, Pavia, Italy

Manuela MALATESTA - Department of Neurosciences, Biomedicine and Movement Sciences, Anatomy and Histology Section, Università di Verona, Verona, Italy

Zaccaria RICCI - Department of Health Sciences, Section of Anesthesiology and Intensive Care, Università di Firenze, Firenze, Italy

Claudio RONCO - International Renal Research Institute of Vicenza, Vicenza, Italy

Valeria CHIONO - Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Politecnico di Torino, Torino, Italy

Antonello BARRESI - Department of Applied Science and Technology, Politecnico di Torino, Torino, Italy

Paolo GONTERO - Division of Urology, Molinette Hospital, School of Medicine, Università di Torino, Torino, Italy

Chiara RIGANTI - Dipartimento di Oncologia, Università di Torino, Torino, Italy

Claudia BOCCA - Department of Clinical and Biological Sciences, Università di Torino, Torino, Italy

Alessandro BARGE - Department of Drug Science and Technology, Università di Torino, Torino, Italy

Maela MANZOLI - Dipartimento di Scienza e Tecnologia del Farmaco, Università di Torino, Torino, Italy

Proof of concept study on the efficacy of inhalatory targeted imatinib nanoformulations in pulmonary hypertensions and post-inflammatory fibrosis (PROMPTLY) - PNRR M6C2 - 2.1 Valorizzazione e potenziamento della ricerca biomedica del SSN - Proof of Concept (POC)
Progettazione di nanoparticelle polimeriche per il direzionamento di principi attivi (POLY-NP)
Nanoparticelle squaleniche come vettori biocompatibili per il direzionamento di farmaci e agenti diagnostici (SQ-NP)
Cinetica di rimozione della Vancomicina, Piperacillina, Tazobactam e Meropenem nel trattamento extracorporeo con il sistema CA.R.PE.DI.E.M
Determinazione dei livelli di Cefoxitina e Vancomicina durante chirurgia cardiaca con utilizzo di bypass cardiopolmonare in neonati, infanti e bambini
Studio pilota randomizzato di valutazione clinica dell'emodialisi continua con membrana ad alto flusso (EMiC)

Andreana Ilaria

Our group is involved in the development of nanocarriers and molecular conjugates for the delivery of drugs and diagnostic agents. The therapeutic domains in which we are interested are mainly the treatments against cancer, neuromuscular and pulmonary diseases. The main nanosystems developed by our group are: liposomes, cationic liposomes for the delivery of nucleic acids, polymer and inorganic nanoparticles, squalene-based nanoparticles. All these systems can be implemented through the association to poly(ethylene glycol) (PEG) (passive targeting) and/or the covalent conjugation to ligands able to specifically recognize receptors on target cells (active targeting). Among the soluble systems, the group is focused on the design of conjugates of drugs with polymers, proteins and specific ligands.

In the field of clinical pharmacokinetics, our group, in collaboration with national hospitals and research institutions, work on the development of HPLC analytical protocols suitable for TDM (Therapeutic Drug Monitoring) of antibiotics in patients with septic shock, and with the determination of pharmacokinetic parameters of antibiotics in patients undergoing continuous renal replacement therapy or other extracorporeal circulation procedures.

Finally, the group is involved in pharmacoeconomic analysis of high-cost drugs (studies of cost-effectiveness, cost-utility, budget-impact analysis), with a special interest in the drugs that represent the higher burden on the hospital pharmacy direct expense, with the aim to suggest guidelines for a rational employment of the hospital economic resources.

NANOCARRIERS FOR THE DELIVERY OF DRUGS AND DIAGNOSTIC AGENTS: design, formulation, physico-chemical and biological characterization of liposomes, polymeric, lipid and inorganic nanoparticles for the delivery of active molecules and diagnostic agents for the treatment of tumoral, neuromuscular and pulmonary pathologies. Surface modification and active targeting to target cells through binding to small molecules, peptides, antibodies or polymers.

LIPOSOMES

Liposomes are used for the delivery of drugs with different chemico-physical characteristics thanks to their ability to encapsulate hydrophilic, hydrophobic and amphiphilic compounds.

In order to obtain an active targeting towards pathological sites liposomes have been decorated with specific and selective targeting ligands.

NANOPARTICLES

We are focused on the preparation of different types of nanoparticles:

- polymeric: using biodegradable and biocompatible polymers (e.g. PLGA), we prepare nanospheres and nanocapsules for the delivery of active agents. We can modify them superficially with hydrophilic polymers to increase their plasma half-life or with specific ligands (e.g. folic acid) to increase selectivity

- squalene-based: through the conjugation of squalene derivatives with various active molecules we obtain biocompatible nanocarriers with higher activity than the non-derivatized drug

- inorganic (mesoporous silica and carbon-based): different strategies of association with drugs are exploited through ionic and hydrophobic interactions

CLINICAL PHARMACOKINETICS: collaboration with hospitals and research institutions for pharmacokinetic analysis of innovative drugs and antibiotic therapies in patients undergoing extracorporeal circulation procedures.

Development of HPLC analytical protocols suitable for TDM (Therapeutic Drug Monitoring) of antibiotics

The availability of analytical protocols for determining the plasma concentration of antibiotics in patients with septic shock makes it possible to optimize therapy in this type of critically ill patient.

The objective of these studies is the development of analytical protocols that can be easily used in hospital laboratories for monitoring the plasma levels of antibiotics in patients. The HPLC method allows for the simultaneous analysis of several molecules starting from a small volume of sample, in a rapid, simple and accurate way.

Study of the kinetics of antibiotic removal during extracorporeal circulation procedures

In patients undergoing extracorporeal circulation procedures (for example cardiopulmonary bypass, extracorporeal membrane oxygenation, continuous renal replacement therapy) the pharmacokinetics of antibiotics undergoes profound alterations which make it difficult to predict the most appropriate dosage to use, also due to the lack of data in the literature.

In collaboration with national hospitals and research institutions, clinical studies and in vitro models are underway in order to study the pharmacokinetics, during extracorporeal circulation treatments, of some of the antibiotics most frequently used in intensive care units.

Keywords:
Liposomes, Nanoparticles, Albumin conjugates and nanoparticles, Antibody-drug conjugates, Immunotoxins, Protein-drug conjugates, Anticancer prodrugs, Squalene, Paclitaxel, Doxorubicin, Gemcitabine, Cytarabine, Acyclovir, Cationic lipids, Diagnostic Conjugates, Active targeting, Clinical pharmacokinetics, Anticancer drugs, Antifungal drugs, Antiviral drugs, Pharmacoeconomics

In our laboratories many facilities are available for the preparation and characterization of nanocarriers and molecular conjugates; in particular, we have or have access to:

- laboratories for organic synthesis, with instruments for product characterization, including NMR spectrometer, mass spectrometer, HPLC-MS, HPLC-DAD, HPLC-FL and UV-visible spectrophotometer

- probe sonicator, Dynamic Light Scattering (DLS), fluorescent microscopy, TEM, SEM

- laboratories for cell culture and biological characterization for ex-vivo, in vitro and in vivo experiments