Sviluppo e caratterizzazione di nanoparticelle PLGA caricate con rifampicina per il trattamento delle infezioni da M. tuberculosis

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.

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.