Development and characterization of PLGA nanoparticles loaded with rifampicin for the treatment of M. tuberculosis infections
La tubercolosi (TB), causata da Mycobacterium tuberculosis,
rappresenta ancora oggi una delle principali emergenze sanitarie a livello
globale. Le terapie convenzionali risultano spesso limitate da regimi
terapeutici prolungati, insorgenza di ceppi resistenti e scarsa biodisponibilità
dei farmaci. La rifampicina (RIF), antibiotico cardine della terapia di prima
linea, è caratterizzata da una bassa solubilità in ambiente acquoso e da effetti
collaterali sistemici, fattori che ne compromettono l’efficacia clinica. In
questo contesto, il presente lavoro ha indagato lo sviluppo e la
caratterizzazione di nanoparticelle a base di poli(acido lattico-co-glicolico)
(PLGA) come sistema nanocarrier per la somministrazione controllata di
rifampicina, con l’obiettivo di migliorarne l’indice terapeutico e l’aderenza
alla terapia.
Le RIF-NPs sono state ottenute mediante tecnica di nanoprecipitazione
e ottimizzate modulando il rapporto polimero/farmaco, la tipologia e la
concentrazione di tensioattivo, nonché la composizione del sistema solvente.
Le analisi fisico-chimiche hanno evidenziato che la formulazione ottimale
presenta un diametro medio intorno ai 200 nm, un indice di polidispersione
contenuto e un’efficienza di incapsulamento pari al 35,6%. La microscopia
elettronica a scansione (SEM) ha confermato una morfologia sferica e una
superficie liscia delle particelle. Gli studi di rilascio in vitro condotti in
condizioni sink hanno mostrato un profilo di rilascio prolungato,
riconducibile a una diffusione di tipo fickiano secondo il modello matematico
di Korsmeyer–Peppas.
La valutazione della biocompatibilità è stata condotta impiegando due
modelli in vitro: Saccharomyces cerevisiae e il modello CAM
(Chorioallantoic Membrane), i quali hanno confermato l’assenza di
citotossicità acuta e di reazioni irritative associate alle nanoparticelle vuote.
Parallelamente, l’attività antimicrobica è stata indagata mediante saggi di
concentrazione minima inibente (MIC) verso diversi ceppi batterici.
La rifampicina libera ha mostrato un’attività battericida pronunciata, mentre
la formulazione nanoparticellare ha evidenziato un’attività più contenuta e
ritardata, attribuibile al rilascio graduale del principio attivo e alla sua
diffusione limitata nel tempo di analisi.
Nonostante tale limitazione, i risultati ottenuti rappresentano una
valida prova sull’impiego delle nanoparticelle di PLGA come veicolo sicuro
e potenzialmente più efficace per la somministrazione di rifampicina. Il
sistema proposto segue la strada a nuove strategie terapeutiche mirate per il
trattamento della tubercolosi. Studi futuri orientati alla valutazione del
comportamento intracellulare e a modelli in vivo saranno fondamentali per
consolidare il potenziale clinico di questa tecnologia.
Tuberculosis, caused by Mycobacterium tuberculosis, remains a
leading global health threat. Current treatments are limited due to prolonged
regimens, drug resistance, and poor drug bioavailability. Rifampicin (RIF), a
cornerstone first-line antibiotic, suffers from low aqueous solubility and
systemic side effects, prompting the need for improved delivery systems. This
thesis explores developing and evaluating poly(lactic-co-glycolic acid)
(PLGA) nanoparticles as a nanocarrier for rifampicin, aiming to enhance its
therapeutic performance while minimizing toxicity.
RIF-NPs were synthesized via the nanoprecipitation method and
optimized for polymer-to-drug ratio, surfactant type and concentration, and
solvent system. Physicochemical characterization revealed that the optimal
formulation exhibited a particle size around 200(nm, low polydispersity
index, and acceptable encapsulation efficiency (~35.6%). Scanning electron
microscopy confirmed a spherical morphology with smooth surfaces. In vitro
drug release studies under sink conditions demonstrated a sustained release
profile governed by Fickian diffusion, as modeled by the Korsmeyer–Peppas
equation.
Safety assessments were conducted using Saccharomyces cerevisiae
and the chorioallantoic membrane (CAM) model, confirming the
biocompatibility of PLGA NPs and the absence of acute irritation.
Antimicrobial efficacy was evaluated using minimum inhibitory
concentration (MIC) assays against several bacterial strains. While free
rifampicin displayed expected bactericidal activity, the RIF-NPs exhibited
delayed and reduced antibacterial effects, likely due to sustained drug release
and limited diffusion within the assay timeframe.
Despite this limitation, the work presents a promising proof-of
concept for PLGA-based rifampicin delivery. It highlights its potential to
transform TB therapy by enabling more targeted, safer, and patient-friendly
treatment approaches. Future studies focusing on intracellular infection
models and in vivo validation will be crucial to unlock this nanocarrier
system's clinical potential fully.