Sintesi e caratterizzazione chimico-fisica del sistema ZIF-8@CIP@FAEM per il rilascio controllato di Ciprofloxacina

Antimicrobial resistance is one of the biggest public health threats worldwide: the misuse and overuse of antimicrobial drugs in humans, animals and plants is the main cause of drug-resistant microbial strains development. The first adopted strategy to overcome this problem was the research and development of novel antimicrobial active pharmaceutical ingredients (APIs), but it has proven to be highly unprofitable in terms of costs and time invested. The development of novel strategies to convey already established antimicrobial drugs can be an innovative and valid approach to overcome the risks and costs associated to antimicrobial resistance. This thesis work, has the objective of developing a dual-stimuli responsive (temperature and pH) drug delivery system, thus achieving drug release exclusively in the infected tissue and avoiding the development of resistant microbial strains. The model drug chosen for this thesis was ciprofloxacin, which was encapsulated inside a metalorganic framework comprised of zinc and 2-methylimidazole (ZIF-8). The resulting complex was then encapsulated inside a fatty acid eutectic mixture comprised of lauric acid and stearic acid. The double encapsulation is needed in order to obtain a system responsive to specific temperature (eutectic mixture) and pH (ZIF-8) conditions. The eutectic developed for this thesis has, in fact, a melting temperature slightly above physiological and the metalorganic framework used breaks down at acidic pH, the typical conditions found in the infected tissue enviroment .

La resistenza antimicrobica è una delle più grandi minacce per la salute della popolazione mondiale: l’abuso di farmaci antimicrobici sia da parte dell’uomo che nei confronti di animali e piante contribuisce infatti allo sviluppo di ceppi batterici resistenti. La ricerca e lo sviluppo di nuovi principi attivi antimicrobici è stato il primo approccio atto al superamento di questa problematica, ma si è velocemente rivelato poco proficuo a livello economico e di tempo. Di recente si stanno cercando nuove soluzioni in campo formulativo e preformulativo, così da poter utilizzare principi attivi già noti targettizzandoli ai siti di interesse. Questo progetto di tesi ha come obbiettivo lo sviluppo di un sistema di rilascio responsivo a un doppio stimolo (temperatura e pH), così da ottenere il rilascio del farmaco antimicrobico solo nella zona infetta ed evitare lo sviluppo di ceppi resistenti. Il farmaco scelto come modello è la ciprofloxacina, che è stata incapsulata in un framework metallorganico costituito da zinco e 2-metilimidazolo (ZIF-8). Questo complesso è stato poi incapsulato a sua volta in una miscela eutettica di acidi grassi costituita da acido laurico e acido stearico. I due incapsulamenti permettono di ottenere un sistema responsivo a specifiche condizioni di temperatura (miscela eutettica) e pH (ZIF-8). L’eutettico ottenuto, infatti, ha una temperatura di fusione leggermente superiore alla temperatura corporea fisiologica mentre il framework metallorganico ha la caratteristica di degradare a pH acido, tipiche condizioni dell’ambiente a livello dei tessuti infiammati. Il sistema è stato ottenuto tramite un processo di sintesi ecocompatibile e biocompatibile ed è stato poi caratterizzato a livello chimico-fisico, evidenziando la sua struttura cristallina e una discreta stabilità ad elevate temperature.