Drug delivery: cos’è e come realizzarlo in modo naturale

Negli ultimi decenni la ricerca si è focalizzata sullo sviluppo delle nanotecnologie da utilizzare soprattutto nel campo del drug delivery.

Si tratta di una grande opportunità, non solo per il futuro, ma anche per il miglioramento di numerosi processi che utilizziamo ogni giorno.

Guardiamo, dunque, cosa si nasconde dietro il drug delivery.

Quali sono le applicazioni del drug delivery?

Per drug delivery si intende la veicolazione di una sostanza, in maniera precisa verso la zona, tessuto o cellula dove il suo conseguente rilascio controllato garantirà la maggiore efficienza.

Un’azione davvero mirata, dunque, che può portare notevoli vantaggi nei settori più disparati.

Drug delivery nei farmaci

L’applicazione in ambito farmacologico permette di veicolare una molecola all’interno del nostro corpo, facendola arrivare in maniera selettiva al tessuto target e rilasciandola in modo controllato.

Questa metodologia consente di diminuire le dosi di farmaco somministrato, riducendo di conseguenza i suoi eventuali effetti collaterali, rendendolo più biodisponibile.

La terapia antitumorale e l’imaging diagnostico sono tra le principali applicazioni dove il drug delivery potrà dare enormi benefici.

Nel primo caso, infatti, si andranno a ridurre gli effetti indesiderati delle chemioterapie, aumentando l’efficacia del trattamento; mentre il delivery specifico dei liquidi di contrasto permetterà una diagnostica più definita e precisa.

Drug delivery e agricoltura

Negli ultimi anni è emersa la necessità di ridurre l’utilizzo di agrofarmaci a causa della loro alta tossicità per l’uomo, che ne può venire a contatto attraverso il consumo di alimenti inquinati da residui.

L’ambiente stesso risente di questo indiscriminato utilizzo di chimica in agricoltura, evidenziato dalla moria degli insetti impollinatori e dall’inquinamento delle falde acquifere.

Nano e microparticelle, prodotte con polimeri biodegradabili, possono incapsulare gli agrofarmaci, rilasciandoli poi in maniera controllata così da poter aumentare l’efficacia del trattamento riducendone le dosi.

I biopolimeri utilizzati nel drug delivery rispondono anche all’esigenza di eliminare le microplastiche presenti negli attuali agrofarmaci commerciali, così da rendere tutto il processo di delivery assolutamente naturale.

Come per l’ambito medico, anche in agricoltura l’incapsulamento prevede l’utilizzo di biopolimeri specifici per lo scopo finale del trattamento.

Così, ad esempio, se la molecola incapsulata dovrà agire sulla superficie fogliare, i polimeri dovranno garantire un’interazione forte e stabile con la cuticola, mentre se la molecola dovrà entrare all’interno della foglia, si dovranno modulare le dimensioni della nanoparticella e la sua interazione con gli stomi.

Come fare drug delivery in modo efficace e sicuro?

Affinché il drug delivery sia efficace, sicuro e biocompatibile ci si è concentrati sullo studio e l’utilizzo di biopolimeri.

Alcuni polimeri naturali possono essere direttamente ricavati e purificati da piante, microrganismi, alghe o funghi, mentre altri possono essere sintetizzati da monomeri bio-derivati.

Le loro caratteristiche chimico-fisiche sono determinanti per ottenere nano e microparticelle in grado di incapsulare svariate tipologie di molecole, come sali inorganici, acidi nucleici, proteine e molecole di sintesi.

Inoltre, la superficie delle particelle deve risultare idonea all’ambiente fisiologico o vegetale, ospitando quei segnali molecolari che porteranno la particella stessa soltanto al tessuto bersaglio.

Solo allora i biopolimeri dovranno disgregarsi rilasciando il loro contenuto con una velocità calibrata.

Quali sono le caratteristiche dei polimeri naturali che li rendono idonei per il drug delivery?

Per il drug delivery non tutti i biopolimeri sono ideali. Un polimero naturale, per un utilizzo ottimale in un processo di drug delivery, deve essere:

biodegradabile. Deve poter essere disassemblato nelle sue molecole di base, così da poter essere naturalmente riutilizzato;
non tossico. Non agire a livello chimico sull’organismo umano o animale in maniera tale da provocare intossicazione;
sicuro. Non presentare nessun effetto collaterale pericoloso, nessuna infiammazione né risposta immunitaria;
disponibile. Deve essere reperibile facilmente in tutte le parti del mondo e immediatamente lavorabile;
economico. Deve essere poco costoso e semplice da reperire in grandi quantità.

Drug delivery: quali sono i biopolimeri più adatti?

Nel drug delivery, la scelta del polimero naturale va fatta a seconda dello scopo finale che si vuole raggiungere. Le caratteristiche e le proprietà specifiche di ogni biopolimero lo rendono vantaggioso in alcuni casi e meno efficace in altri.

Vediamo insieme alcuni esempi pratici.

Il chitosano

Si tratta di un polimero derivato dalla deacetilazione della chitina, un biopolimero naturale ricavato dal carapace dei crostacei. Biocompatibile, biodegradabile e non tossico.

La sua struttura è stata utilizzata per molteplici derivatizzazioni chimiche, così da conferirgli caratteristiche ottimali per varie tipologie di incapsulamento.

Il vantaggio di essere mucoadesivo lo rende un ottimo candidato al delivery nella cavità oro faringea, mentre la sua degradabilità da parte della microflora lo rende adatto al delivery in organi come l’intestino.

In ambito medico è utile per incapsulare l’insulina e aumentarne la biodisponibilità e il conseguente assorbimento intestinale.

Nel settore dell’agritech, invece, è utilizzato per rivestire nano-microparticelle che interagiscano con la cuticola, rilasciando la molecola incapsulata sulla superficie fogliare ed evitandone il dilavamento.

Le caratteristiche chimiche del chitosano lo rendono adatto ad incapsulare anche vettori virali per terapie geniche all’avanguardia e studi avanzati di fisiologia vegetale.

L’alginato

L’alginato è un polisaccaride naturale estratto da alghe brune, ma può anche essere purificato da colture batteriche.

La sua sensibilità al pH lo rende un polimero ideale per la protezione della molecola incapsulata in ambienti acidi come lo stomaco e il rilascio in ambienti più basici come il tratto intestinale.

Così tutte le molecole gastro irritanti possono essere incapsulate per un assorbimento più efficace nel tratto intestinale.

La capacità di produrre microparticelle molto stabili lo rende adatto anche per l’incapsulamento di agrofarmaci o microelementi da rilasciare in maniera controllata nel terreno per garantire un effetto prolungato nel tempo.

E non è tutto. Studi per applicazioni più avanzate delle nanotecnologie utilizzano l’alginato, in associazione con proteine, per il delivery sottocutaneo di vaccini.

La PLGA

L’acido poli (lattico-co-glicolico) o PLGA, è un copolimero di sintesi, approvato dalla FDA (Food and Drug Administration).

È utilizzato in particolar modo per la realizzazione di nanoparticelle biocompatibili e biodegradabili in ambito farmacologico.

Il suo grande vantaggio sta nella capacità di incapsulare anche molecole idrofobiche, le quali difficilmente potrebbero circolare, a livello fisiologico, nel nostro organismo, soprattutto in dosi efficaci.

Sulla superficie di queste nanoparticelle si possono legare con facilità molecole segnale per effettuare uno specifico targeting verso tumori presenti in diversi tessuti.

Una volta rilasciate le molecole incapsulate, la PLGA si degrada in innocue molecole d’acqua e di CO₂, che vengono eliminati dal corpo umano in modo naturale.

Tra i vari agenti terapeutici incapsulabili in nanoparticelle di PLGA, possiamo trovare chemioterapici, antibiotici, antinfiammatori, antiossidanti e proteine.

Noi di Nanomnia da sempre utilizziamo polimeri biocompatibili e biodegradabili in tutti gli ambiti d’intervento, dal farmacologico, al cosmetico fino all’agrifood.

L’idea di base è che il drug delivery sia efficace, ma senza lasciare residui.