Le nanotecnologie mediche sono oggi uno dei terreni più concreti di innovazione per l’industria farmaceutica e cosmetica. Non si tratta di fantascienza, ma di sistemi già utilizzati su scala industriale: dai vaccini a mRNA ai farmaci oncologici, passando per i dispositivi diagnostici. Per chi lavora nello sviluppo di formulazioni, capire come funzionano queste tecnologie è ormai un requisito, non un’opzione.

In questo articolo vediamo cosa sono le nanoparticelle lipidiche, perché sono diventate centrali nei vaccini, e quali altre applicazioni stanno emergendo nel settore medico e cosmetico.

Cos’è la nanomedicina e perché riguarda le aziende farmaceutiche e cosmetiche

La nanomedicina è l’applicazione delle nanotecnologie in ambito clinico. Lavora su una scala dimensionale compresa tra 1 e 100 nanometri, dove i materiali assumono proprietà fisiche, chimiche e biologiche diverse rispetto alla stessa sostanza su scala macroscopica.

Questo cambiamento di proprietà è il motivo per cui le nanoparticelle interessano così tanto chi sviluppa farmaci e cosmetici. Un principio attivo racchiuso in una struttura nanometrica può attraversare barriere biologiche altrimenti impenetrabili, resistere più a lungo alla degradazione, e raggiungere il tessuto bersaglio con maggiore precisione.

Le applicazioni più mature riguardano oggi due ambiti principali: la diagnostica, dove le nanoparticelle fungono da agenti di contrasto o da sonde per identificare cellule malate a livello molecolare, e la terapia, dove permettono un rilascio mirato del farmaco riducendo gli effetti collaterali. Il Regolamento UE 2017/745 disciplina già la classificazione dei dispositivi medici che contengono nanomateriali, in base al rischio legato al loro potenziale rilascio nell’organismo.

Nanoparticelle lipidiche: cosa sono e come sono fatte

Le nanoparticelle lipidiche (LNP, dall’inglese lipid nanoparticles) sono vescicole microscopiche costruite con componenti lipidici, capaci di racchiudere al loro interno una molecola terapeutica e proteggerla fino al momento della somministrazione.

La loro popolarità è esplosa con la pandemia di COVID-19, quando sono diventate il veicolo scelto per trasportare l’mRNA dei vaccini fino alle cellule. Ma le LNP non sono nate con il COVID: sono già alla base di Onpattro, il primo farmaco a base di siRNA approvato dalla FDA, usato per una forma rara di amiloidosi.

I componenti principali di una nanoparticella lipidica

Una LNP tipica non è fatta di un solo lipide, ma di una combinazione di quattro componenti, ciascuno con una funzione precisa:

• Lipide ionizzabile: a pH acido assume carica positiva e si lega alla molecola di RNA o DNA, che ha carica negativa. È il componente che rende possibile l’incapsulamento dell’acido nucleico.
• Lipide helper (o strutturale): contribuisce alla stabilità della membrana della nanoparticella.
• Colesterolo: rinforza la struttura e favorisce la fusione della nanoparticella con la membrana cellulare.
• Lipide PEGilato: una molecola di polietilenglicole (PEG) legata alla superficie, che aumenta la solubilità e allunga il tempo di permanenza della nanoparticella nel sangue prima che venga eliminata.

Questa combinazione permette alle LNP di fare due cose che da sole le molecole di RNA non potrebbero fare: attraversare la membrana cellulare e sopravvivere abbastanza a lungo da raggiungere il bersaglio senza essere degradate dagli enzimi presenti nell’organismo.

Perché le nanoparticelle lipidiche sono al centro dei vaccini a mRNA

Il legame tra nanoparticelle e vaccini nasce da un problema molto concreto: l’mRNA, da solo, è una molecola fragile. Fuori da un involucro protettivo verrebbe degradato in pochi minuti dagli enzimi del sangue, prima ancora di raggiungere le cellule.

Le nanoparticelle lipidiche risolvono questo problema incapsulando l’mRNA e proteggendolo durante il trasporto. Una volta raggiunta la cellula bersaglio, la LNP si fonde con la membrana cellulare e rilascia il proprio contenuto all’interno, dove l’mRNA può essere tradotto in proteina e innescare la risposta immunitaria.

Nei vaccini a mRNA contro il COVID-19 sono stati impiegati lipidi PEGilati specifici, come l’ALC-0159, insieme a lipidi ionizzabili come l’SM-102, sviluppati appositamente per questo tipo di somministrazione. La stessa logica di incapsulamento è oggi allo studio per altre applicazioni, dalla terapia genica all’editing genomico con CRISPR, dove le LNP vengono usate per veicolare gli strumenti molecolari di editing direttamente nelle cellule bersaglio, comprese le cellule staminali del sangue.

Altre applicazioni delle nanotecnologie mediche

Oltre ai vaccini, le nanotecnologie mediche coprono un ventaglio di applicazioni già in uso o in fase avanzata di sviluppo:

• Oncologia: nanoparticelle e liposomi veicolano chemioterapici direttamente al tessuto tumorale, riducendo la tossicità sistemica.
• Diagnostica per immagini: i quantum dots, nanocristalli semiconduttori fluorescenti, vengono usati come agenti di contrasto per visualizzare cellule e tessuti a livello molecolare.
• Dispositivi medici antimicrobici: nanoparticelle d’argento vengono integrate in cateteri e altri dispositivi per la loro resistenza alla formazione di biofilm batterici.
• Somministrazione topica: formulazioni nanostrutturate migliorano la penetrazione di principi attivi attraverso la pelle o le mucose, un principio che si applica sia in ambito farmaceutico sia cosmetico.

Il filo conduttore di tutte queste applicazioni è lo stesso: una nanoparticella ben progettata protegge il principio attivo, lo indirizza verso il bersaglio giusto, e ne controlla il rilascio nel tempo.

Dalla ricerca alla produzione: le sfide di formulazione e scale-up

Progettare una nanoparticella che funzioni in laboratorio è solo metà del lavoro. La parte più complessa, per chi sviluppa farmaci o cosmetici a base di nanotecnologie, è portare quella formulazione a un livello riproducibile su scala industriale, mantenendo stabilità, sicurezza e dosaggio costanti lotto dopo lotto.

È esattamente il tipo di lavoro su cui si concentra Nanomnia: partendo dal principio attivo scelto dall’azienda cliente, il team valuta insieme gli obiettivi da raggiungere (maggiore biodisponibilità, resistenza a raggi UV o temperatura, stabilità nel tempo) e sviluppa una formulazione incapsulata testata prima in vitro e poi, se richiesto, in condizioni reali. Il vantaggio di lavorare con un partner specializzato in incapsulamento è poter contare su strumentazione dedicata, come spray dryer, microfluidizzatori e sistemi di emulsione, oltre che su un percorso di validazione già collaudato su principi attivi molto diversi tra loro.

Biocompatibilità e sostenibilità: la prossima frontiera delle nanotecnologie mediche

Un tema che sta guadagnando peso nel settore è la biocompatibilità dei materiali usati per costruire le nanoparticelle. Non tutte le nanotecnologie mediche nascono uguali: alcune formulazioni si basano su polimeri sintetici persistenti, altre su materiali completamente biocompatibili e biodegradabili.

Questa distinzione conta doppiamente per le aziende cosmetiche e farmaceutiche che devono adattarsi alla normativa europea sulle microplastiche, che dal 2028 vieterà l’uso di questi materiali in una vasta gamma di prodotti. Nanomnia lavora da anni proprio su questo fronte, sviluppando sistemi di incapsulamento a base di materiali biocompatibili e biodegradabili, come polisaccaridi, lipidi, proteine e resine naturali, capaci di offrire le stesse prestazioni di rilascio controllato e protezione del principio attivo senza lasciare residui microplastici nell’ambiente.

Domande frequenti sulle nanotecnologie mediche