Novel Schiff Base Hydrogel Based on Crosslinked between Pectin Aldehyde and Amine-Terminated Cyclotriphosphazene for Drug Delivery
Questo studio riporta la sintesi e la caratterizzazione di un nuovo idrogel a base di base di Schiff formato dall'incrocio tra aldeide di pectina e una diammina di ciclotrifosfazene sostituita con paracetamolo, dimostrando una favorevole citocompatibilità, degradazione dipendente dal pH e potenziale di rilascio controllato di farmaci per applicazioni biomediche.
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La medicina affronta spesso un difficile equilibrio: somministrare un farmaco esattamente dove è necessario, mantenendolo lontano dal resto del corpo. Se un medicinale viene rilasciato troppo velocemente o nella posizione errata, può fallire nel trattare la malattia o causare effetti collaterali indesiderati. Per risolvere questo problema, gli scienziati si sono rivolti agli idrogel, una classe di materiali che sono composti principalmente da acqua ma che mantengono la loro forma come una spugna morbida e flessibile. Questi materiali sono costituiti da lunghe catene di molecole che possono intrappolare i farmaci e rilasciarli lentamente nel tempo. Un modo particolarmente promettente per costruire queste spugne è l'utilizzo di una stretta di mano chimica nota come reazione della base di Schiff. Questo processo lega insieme due tipi diversi di molecole — una che possiede un gruppo amminico e un'altra con un gruppo aldeidico — creando una rete forte ma flessibile capace di rispondere ai cambiamenti del suo ambiente, come l'acidità.
In uno studio recente, i ricercatori della Gebze Technical University in Turchia hanno esplorato un nuovo modo per costruire queste spugne per il rilascio di farmaci. Hanno combinato due ingredienti distinti: uno zucchero naturale modificato, la pectina, e una molecola sintetica ad anello basata su fosforo e azoto. La pectina, che si trova nelle pareti cellulari della frutta, è stata chimicamente alterata per trasportare gruppi aldeidici. Il secondo ingrediente era un composto creato su misura derivato da un anello di ciclotrifosfazene, una struttura nota per la sua stabilità e la sua capacità di essere modulata chimicamente. I ricercatori hanno attaccato gruppi amminici a questo anello e poi lo hanno mescolato con la pectina modificata con aldeide. I due componenti si sono legati attraverso la reazione della base di Schiff, formando un nuovo tipo di idrogel che non era mai stato realizzato prima.
Il team ha iniziato creando i mattoni fondamentali di questo nuovo materiale. Hanno sintetizzato una specifica molecola a base di fosforo e ne hanno confermato l'esatta struttura utilizzando la cristallografia a raggi X, una tecnica che mappa la posizione degli atomi in un cristallo solido. Questa analisi ha rivelato che la molecola aveva una forma unica, con un anello centrale e catene laterali che includevano parti di un comune antidolorifico, il paracetamolo. Una volta pronti i componenti base, i ricercatori li hanno mescolati con la pectina modificata con aldeide. La miscela si è trasformata spontaneamente in un gel solido e giallo man mano che i legami chimici si formavano. Per capire l'aspetto di questo nuovo materiale, lo hanno esaminato sotto un potente microscopio. Le immagini hanno mostrato una struttura porosa, piena di piccoli fori distribuiti uniformemente in tutto il gel, proprio come una spugna pronta ad assorbire un liquido.
I ricercatori hanno poi testato come si comportava questo gel in ambienti diversi, guardando specificamente come si gonfiava e come rilasciava i farmaci. Hanno posto il gel essiccato in soluzioni che simulavano il corpo umano: una con un pH neutro simile al sangue e un'altra con un pH altamente acido simile al fluido gastrico. I risultati hanno mostrato che il gel era altamente assorbente, assorbendo acqua fino a diventare molte volte la sua dimensione originale. Tuttavia, si comportava diversamente a seconda dell'acidità. In la soluzione acida, il gel si gonfiava di più e rilasciava il suo contenuto molto più velocemente. Quando hanno caricato il gel con paracetamolo per testare il rilascio del farmaco, il gel ha rilasciato circa sette volte più farmaco nell'ambiente acido rispetto a quello neutro. Ciò suggerisce che il materiale potrebbe essere progettato per rilasciare la medicazione specificamente nello stomaco o in altre parti acide del corpo, trattenendo invece il farmaco nel flusso sanguigno.
La sicurezza è un fattore critico per qualsiasi materiale destinato all'uso medico, quindi il team ha anche testato come il gel interagiva con le cellule viventi. Hanno esposto cellule della pelle umana a estratti del gel e hanno misurato quanto bene le cellule sopravvivessero nel corso di diversi giorni. I risultati hanno indicato che il materiale era generalmente sicuro per le cellule, con alti tassi di sopravvivenza a concentrazioni inferiori. Sebbene le cellule abbiano mostrato un certo stress dopo una settimana a concentrazioni molto elevate, il comportamento complessivo ha suggerito che il gel fosse biocompatibile. Lo studio ha anche esaminato come il gel si degradasse nel tempo. Si è degradato in modo lento e costante, perdendo peso gradualmente piuttosto che sfaldarsi tutto in una volta, un tratto importante per un materiale che deve rimanere intatto abbastanza a lungo da consegnare il proprio carico.
Questo lavoro rappresenta un primo passo verso una nuova direzione per il rilascio di farmaci. Mentre studi precedenti avevano utilizzato molecole a base di fosforo con gruppi aldeidici per legarsi con polimeri naturali, questo studio è il primo ad aver collegato con successo una molecola di fosforo terminata con ammina con un polimero naturale modificato con aldeide. I ricercatori hanno scoperto che questa specifica combinazione ha creato una rete stabile e porosa capace di rispondere alle variazioni di pH. Sebbene il gel non abbia rilasciato ogni singola molecola del farmaco che trasportava, la capacità di controllare la velocità di rilascio in base all'acidità è un risultato significativo. Il materiale appare come un candidato promettente per applicazioni future, offrendo un modo per personalizzare i sistemi di rilascio dei farmaci che siano al contempo efficaci e delicati sul corpo.
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