Azithromycin Salt/Cocrystal with Glycine and Acetamide for Superior Drug Performance: Experimental, Characterization and DFT Study

I medicinali affrontano spesso un ostacolo nascosto prima di poter guarire un paziente: il viaggio da una pillola al flusso sanguigno. Affinché un farmaco funzioni, deve prima sciogliersi nell'ambiente acquoso del corpo. Se un medicinale si scioglie troppo lentamente o non si scioglie affatto, non può raggiungere l'infezione che è destinato a combattere, indipendentamente da quanto la sua formula chimica possa essere potente. Questo è un problema comune per molti antibiotici, incluso uno ampiamente utilizzato chiamato azitromicina. Sebbene sia efficace contro una vasta gamma di infezioni batteriche, questo farmaco fatica a sciogliersi rapidamente in acqua, il che ne limita l'assorbimento da parte dell'organismo. Per risolvere questo problema, gli scienziati si sono rivolti a un campo della chimia che tratta i medicinali solidi non solo come singole sostanze, ma come partner. Accoppiando con cura una molecola di farmaco con un partner innocuo, di grado alimentare, i ricercatori possono costruire nuove strutture solide che si comportano diversamente rispetto al farmaco originale da solo. Queste nuove strutture, note come sali o cocristalli, possono cambiare il modo in cui un medicinale si presenta, la sua stabilità e, cosa più importante, la velocità con cui si dissolve.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di migliorare le prestazioni della azitromicina creando due di queste nuove forme solide. Hanno accoppiato l'antibiotico con due diversi e semplici molecole: la glicina, che è l'elemento base più semplice delle proteine presenti nel corpo umano, e l'acetammide, un composto chimico comune utilizzato in vari processi industriali e farmaceutici. Il team ha mescolato il farmaco e questi partner in quantità uguali utilizzando un metodo semplice di dissoluzione in acqua e metanolo, lasciando poi che il liquido evaporasse lentamente. Mentre il liquido scompariva, le molecole si sono riorganizzate in nuovi cristalli stabili. L'obiettivo era vedere se queste nuove combinazioni si sarebbero sciolte più velocemente e avrebbero funzionato meglio rispetto alla forma standard del farmaco.

Per confermare di aver creato con successo queste nuove strutture e non una semplice miscela dei due ingredienti, gli scienziati hanno utilizzato una serie di strumenti avanzati per esaminare i materiali a livello molecolare. Hanno esaminato i cristalli con tecniche basate sulla luce che misurano come le molecole vibrano e assorbono energia. I risultati hanno mostrato chiari segni del fatto che il farmaco e i suoi partner si erano legati in modi specifici. Nel caso del farmaco accoppiato con la glicina, le prove indicavano la formazione di un sale, in cui una minuscola particella di elettricità, nota come protone, si è spostata dalla glicina al farmaco, creando una forte attrazione elettrica tra di essi. Con il partner acetammide, le molecole si tenevano insieme attraverso una rete di legami a idrogeno, un tipo di connessione leggermente diverso ma altrettanto stabile. I ricercatori hanno anche utilizzato simulazioni al computer per modellare queste interazioni, confermando che le nuove strutture erano energeticamente favorevoli e stabili.

Le proprietà fisiche di questi nuovi materiali erano promettenti tanto quanto la loro composizione chimica. Quando il team ha testato quanto bene le nuove forme si sciogliessero in un liquido, ha riscontrato un miglioramento significativo rispetto al farmaco originale. Le nuove forme salina e cocristallina hanno rilasciato il loro ingrediente attivo molto più velocemente, in particolare in condizioni che simulano il corpo umano. Questa dissoluzione più rapida è cruciale perché significa che il medicinale può entrare nel flusso sanguigno più velocemente ed efficacemente. Inoltre, testate contro batteri comuni come quelli che causano infezioni gastriche e respiratorie, le nuove forme hanno mostrato un'attività antibatterica più forte rispetto al farmaco puro, nonostante contenessero meno antibiotico in peso. Ciò suggerisce che rendendo il farmaco più disponibile per l'organismo, la sua capacità di combattere l'infezione viene potenziata.

Lo studio ha anche esaminato come questi nuovi cristalli si comportano sotto il calore e nel tempo. Una delle nuove forme, il sale con glicina, è stata trovata capace di assorbire l'umidità dall'aria, una caratteristica nota come igroscopicità. L'altra forma, il cocristallo con acetammide, è rimasta asciutta e stabile. Queste differenze sono importanti per i produttori, poiché determinano come il medicinale debba essere conservato e confezionato per rimanere efficace sullo scaffale. Sebbene i ricercatori abbiano sottolineato che sarebbero necessari ulteriori test sugli animali viventi per confermare pienamente questi benefici per i pazienti umani, i risultati di laboratorio forniscono una solida base. Riorganizzando semplicemente la struttura solida di un antibiotico familiare, il team ha dimostrato un modo pratico per superare i limiti della scarsa solubilità, offrendo una via potenziale verso trattamenti più efficaci per le infezioni batteriche.