Studio e caratterizzazione supportati da analisi multivariata di un’associazione tra emulsioni e nanocristalli

The work focuses on the development and characterization of an innovative system for the dermal delivery of quercetin’s nanocrystals. Nanocrystals are a formulation device of great interest in the pharmaceutical field, as they allow to improve the delivery of poorly soluble drugs otherwise hardly included in a pharmaceutical product. The proposed formulation aims to allow the diffusion of the drug through the epidermis, and to facilitate, with its characteristics, the interaction of the active nanocrystals with skin’s biological structures. The product consists of two main components, a quercetin nanosuspension, stabilized with lutrol F68 (a poloxamer with anionic features when placed in a physiological environment), and an emulsion O/W, whose oil phase is composed of isopropyl myristate and clove oil (weight ratio 9:1), stabilized by chitosan-oleate, which is a biodegradable amphiphilic polymer, prepared using chitosan and oleic acid in molar ratio 1:0.5. The emulsion is composed of functional excipients which should both encourage the penetration of quercetin, and support its activity thanks to the biological effects of the excipients themselves. The preparations of emulsion and nanosuspension have been defined in previous works, according to literature methods. In the current work the appropriateness of the already defined methods for the production of nanosuspension and emulsion was tested, to verify the actual particle size distribution obtained for the current formulations. The work also focused on defining the best process to perform the association of the two systems. The combination of the two components should guarantee the stability of the association and allow the interaction of nanocrystals (stabilized with anionic polymer) with emulsion’s droplets (stabilized with cationic polymer). Such interaction should, in theory, favour the dermal delivery of nanocrystals for various reasons. Firstly, part of the quercetin could solubilise within the oily phase, and be delivered partly by diffusion from the aqueous phase and partly by diffusion from the oil. In addition, the fine distribution of the oily phase should favour the placement of the active molecules nearby the skin, enhancing its concentration at the absorption site. Moreover, emulsion’s components have absorption enhancing activities, for this reason, in correspondence of the oily phase, quercetin skin barrier penetration should be facilitated. The work was also aimed at characterizing the three systems (nanosuspension, emulsion and association) from the chemical-physical point of view, defining the morphology and stability of the same by means of dimensional, rheological, spectroscopic and confocal microscopy analyses. The evaluation of the stability of emulsions and associations has gone through accelerated studies, supported by methods of multivariate analysis of the results, which have allowed to highlight differences between the samples and between association methods. The study highlighted the relative stability of formulations and the best method of association of the two systems to favour interaction. Long-term stability of the interaction will have to be better defined with following studies.

Il lavoro si concentra sullo sviluppo e la caratterizzazione di un sistema innovativo per la veicolazione dermica di nanocristalli di quercetina. I nanocristalli sono un espediente formulativo di grande interesse in campo farmaceutico, poiché permettono di migliorare la veicolazione di farmaci altrimenti difficilmente incorporabili in un prodotto farmaceutico. La formulazione proposta si pone gli obiettivi di permettere la diffusione del farmaco attraverso l’epidermide, e di facilitare, con le sue caratteristiche, l’interazione delle particelle di attivo con le strutture biologiche della pelle. Il prodotto consta di due componenti principali, una nanosospensione di quercetina, stabilizzata con lutrol F68 (un polossamero con caratteristiche anioniche in ambiente fisiologico), ed un’emulsione O/A, la cui fase olio risulta composta da isopropil miristato e clove oil (rapporto in peso 9:1), e stabilizzata da chitosano-oleato, un polimero anfifilico biodegradabile, preparato utilizzando chitosano ed acido oleico in rapporto molare 1:0.5. L’emulsione è composta da eccipienti funzionali che dovrebbero sia favorire la penetrazione della quercetina, che sostenere la sua attività grazie ad effetti biologici degli eccipienti stessi. Le preparazioni di emulsione e nanosospensione sono state definite in lavori precedenti, secondo metodi di letteratura. Nel corrente lavoro sono stati valutati (1) l’appropriatezza dei metodi già definiti per la produzione di nanosospensione ed emulsione con dimensioni ottimali per la formulazione, (2) il processo migliore per eseguire l’associazione dei due sistemi. La combinazione delle due componenti dovrebbe essere in grado di garantire la stabilità dell’associazione e di permettere l’interazione dei nanocristalli (stabilizzati con polimero anionico) con le gocce di emulsione (stabilizzate con polimero cationico). Tale interazione, in linea teorica, dovrebbe favorire la veicolazione dermica dei nanocristalli per diversi motivi. In primo luogo, parte della quercetina potrebbe solubilizzarsi all’interno della fase oleosa, ed essere quindi veicolata in parte per diffusione dalla fase acquosa ed in parte per diffusione dall’olio. Inoltre, la suddivisione della fase dispersa dovrebbe favorire la distribuzione sulla superficie della pelle, concentrando in questo modo l’attivo in prossimità del sito di assorbimento. In aggiunta, i componenti dell’emulsione hanno attività di promozione dell’assorbimento, per questo in corrispondenza di essa la penetrazione della barriera cutanea dovrebbe essere facilitata. Il lavoro si è proposto anche di caratterizzare i tre sistemi (nanosospensione, emulsione ed associazione) dal punto di vista chimico-fisico, definendo la morfologia e la stabilità degli stessi a mezzo di analisi dimensionali, reologiche, spettroscopiche e di microscopia confocale. La valutazione della stabilità di emulsioni ed associazioni è passata attraverso studi accelerati, sostenuti da metodi di analisi multivariata dei risultati, che hanno permesso di mettere in luce differenze tra i campioni e tra i metodi di associazione dei componenti. Il lavoro ha permesso di valutare la stabilità relativa delle formulazioni ed il miglior metodo di associazione dei due sistemi, allo scopo di favorire l’interazione. La stabilità a lungo termine dell’interazione, dovrà essere meglio definita con studi successivi.