Nanoformulations in the prevention of the Contrast-Induced Nephropathy

Since the discovery of X-rays in the late of 1890, several medical imaging techniques have been developed. To date, these techniques such as Computed Tomography (CT), Magnetic Resonance Imaging (MRI) and Ultrasound Imaging are daily used for diagnose, monitor, or treat medical conditions. Nevertheless, since some of those techniques may include the use of contrast agents to enhance the contrast images, side effects must be considered. Among these, Contrast-Induced Nephropathy (CIN) is an acute renal failure resulting from the administration of iodinated contrast media (CM). To date, there is no definitive treatment for established CIN and several prevention approaches have been evaluated. However, they are not yet supported by clinical evidence. Nanoparticles (NPs) represent a promising strategy for treatment and prevention of CIN, due to their ability to deliver CM during diagnosis imaging. In this study, iohexol-containing liposomes were produced using film hydration method and microfluidic method; the last with the aim to overcome the limitations of film hydration method in terms of liposome size, CM encapsulation efficiency and release. Several lipids (DSPG, DOPC and POPC) and lipid mixtures with cholesterol at different ratios (1:1, 2:1 and 1:1:1) were investigated by film hydration method, and liposomes stability studies were performed during four weeks by storing the formulations at 5 °C and 37 °C. The most stable formulation was selected for loading iohexol and in vitro release studies at 37 °C for 24 h were performed. Results showed encapsulation efficiency around 50 % and 45 % iohexol release after 2 h in in vitro release test. The same formulation was prepared with microfluidic method and total flow rate (TFR) and flow rate ratio (FRR) were assessed in order to obtain smaller particle size as affected by the microfluidic parameters. Moreover, the best combination of TFR and FRR was used to investigate several phosphocoline lipids (DMPC, DOPC, DPPC and DSPC) with cholesterol (2:1 ratio) and FTIR and in vitro release studies at 37 °C for 24 h were performed. Eventually, stability studies were performed on the best formulation. As expected, the microfluidic method allowed to obtain an encapsulation efficiency hugely higher than the one achieved by film hydration method (more than 70 %), and release profiles were also improved with a leakage of iohexol less than 20 % after 2 h.

Nanoformulazioni per la prevenzione della nefropatia da mezzo di contrasto Dalla scoperta dei raggi X alla fine del 1890, sono state sviluppate varie tecniche di diagnostica per immagini. Ad oggi, alcune di queste come la tomografia computerizzata (CT), la risonanza magnetica (MRI) e l’immagine a ultrasuoni vengono utilizzate ogni giorno per visualizzare o trattare condizioni patologiche. Tuttavia, poiché alcune di queste procedure possono prevedere l’utilizzo di agenti di contrasto per aumentare la risoluzione delle immagini, non sono da trascurare eventuali effetti tossici associati ad essi. Infatti, in seguito alla somministrazione di agenti di contrasto iodati, può verificarsi una condizione patologica chiamata nefropatia da mezzo di contrasto definita come un peggioramento della funzione renale. Attualmente non è presente un trattamento specifico e pertanto sono stati sviluppati soltanto vari approcci di prevenzione a supporto dei quali, tuttavia, non vi sono ancora sufficienti evidenze cliniche. Le nanotecnologie rappresentano una strategia promettente per il trattamento e la prevenzione della nefropatia da mezzo di contrasto, in particolare tramite lo sviluppo di nanoparticelle (NPs), che limitino effetti tossici sistemici e danni diretti ad altri tessuti grazie alla loro la capacità di trasportare l’agente di contrasto durante l’immagine diagnostica. In questo lavoro, sono stati prodotti liposomi contenenti ioexolo utilizzando due procedimenti: un metodo tradizionale (film hydration method) e un metodo più recente e innovativo che si avvale della tecnologia microfluidica per superare i limiti del metodo del film hydration in termini di dimensione particellare, di efficienza di incapsulazione e di rilascio del mezzo di contrasto. Con il metodo del film hydration sono stati studiati vari lipidi (DSPG, DOPC e POPC) anche in combinazione tra loro e in combinazione con colesterolo in diversi rapporti (1:1, 2:1 e 1:1:1); i liposomi prodotti sono stati poi sottoposti a studi di stabilità per quattro settimane a 5 °C e 37 °C. La formulazione più stabile è stata quindi selezionata per caricare ioexolo e sono stati condotti studi di rilascio in vitro a 37 °C per 24 h. L’efficienza di incapsulazione ottenuta è stata circa del 50 % e i profili di rilascio hanno mostrato una perdita di ioexolo di circa il 45 % dopo 2 h. La stessa formulazione è stata quindi preparata con il metodo della microfluidica utilizzando diverse velocità di flusso (TFR) e diversi rapporti di velocità di flusso (FRR) al fine di ottenere la più piccola dimensione particellare che è infatti influenzata da questi parametri. La migliore combinazione di TFR e FRR è stata quindi utilizzata per studiare vari lipidi derivati della fosfocolina (DMPC, DOPC, DPPC e DSPC) in combinazione con colesterolo (in rapporto 2:1) e quindi i liposomi prodotti sono stati sottoposti ad analisi FTIR e sono stati condotti studi di rilascio in vitro a 37 °C per 24 h. Inoltre, la migliore formulazione è stata sottoposta a studi di stabilità. Come atteso, il metodo della microfluidica ha permesso di ottenere una maggiore efficienza di incapsulazione rispetto al metodo del film hydration (più del 70 %) ed anche i profili di rilascio sono stati migliorati con una perdita di ioexolo minore del 20 % dopo 2 h.