Nanoparticelle di silice mesoporosa progettate organicamente in superficie controllano il rilascio di quercetina mediante stimoli di pH

Aug 06, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20661 (2022) Citare questo articolo

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Controllare il rilascio prematuro di farmaci idrofobici come la quercetina in condizioni fisiologiche rimane una sfida che motiva lo sviluppo di trasportatori di farmaci intelligenti e reattivi negli ultimi anni. Questo presente lavoro ha riportato una modifica superficiale delle nanoparticelle di silice mesoporosa (MSN) da parte di un composto funzionale avente sia ammine (come gruppo caricato positivamente) che carbossilico (gruppo caricato negativamente), vale a dire 4-((2-amminoetil)ammino)-4- acido ossobut-2-enoico (AmEA) preparato tramite un semplice approccio meccanochimico. L'impatto della modificazione della superficie MSN sulle caratteristiche fisiche, strutturali e morfologiche è stato valutato mediante TGA, adsorbimento-desorbimento di N2, PSA-zeta, SEM e TEM. L'area superficiale BET dell'MSN modificato con AmEA (MSN-AmEA) è risultata essere 858,41 m2 g−1 con una dimensione dei pori di 2,69 nm che potrebbe ospitare un'alta concentrazione di quercetina superiore del 118% rispetto a MSN. Inoltre, la stabilità colloidale di MSN-AmEA è stata notevolmente migliorata, come indicato dall'elevato potenziale zeta, soprattutto a pH 4, rispetto a MSN. A differenza di MSN, MSN-AmEA è migliore nel controllare il rilascio di quercetina innescato dal pH, grazie alla presenza dei gruppi funzionali che hanno un'interazione sensibile alla posa, quindi può controllare completamente il rilascio di quercetina, come elaborato dallo studio DFT. Pertanto, il rilascio controllato di quercetina su MSN-AmEA ha verificato la sua capacità di agire come un sistema di somministrazione intelligente dei farmaci.

La quercetina (Que), 3,3′,4′,5,7-pentaidrossiflavone (C15H10O7), è uno dei potenziali composti dietetici esistenti come flavonoide polifenolico naturale che può essere trovato in varie verdure, frutta, alimenti di origine vegetale, e bevande1,2. Questo composto ha un ampio spettro di attività biologiche, in particolare attività antitumorale verso vari tumori ad alto rischio come quello al seno, al colon, al pancreas, al fegato, al polmone, alla prostata, alla vescica, allo stomaco, alle ossa, al sangue, al cervello, alla cervice, agli occhi e così via3 ,4. A causa del suo effetto dose-dipendente, questo composto svolge attività antiossidante a basse concentrazioni ma si trasforma in effetti chemioterapeutici ad alte concentrazioni grazie alle sue funzioni pro-ossidanti5. Ad una certa concentrazione, la quercetina potrebbe ridurre la proliferazione, indurre l'apoptosi e inibire il processo mitotico attraverso diversi percorsi come PI3K/Akt, MAPK o anche attraverso il legame in PDK36,7. Sfortunatamente, questo composto ha una bassa solubilità in acqua, riducendo quindi la sua biodisponibilità. Pertanto, studi precedenti hanno sviluppato polisaccaridi intelligenti basati su trasportatori di farmaci8,9,10, carichi liposomiali11,12, particelle a base di carbonio13 e nanoparticelle inorganiche14,15,16, per affrontare il problema. Il ruolo del trasportatore del farmaco è garantire che la quercetina raggiunga le cellule bersaglio, migliorando così l'efficacia del trattamento. Inoltre, il carico dovrebbe essere in grado di immagazzinare elevate concentrazioni di molecole di quercetina che successivamente ne potenziano l’effetto chemioterapico. Tra i trasportatori di farmaci citati, le nanoparticelle di silice mesoporosa sono adatte a intrappolare elevate concentrazioni di farmaci grazie al vantaggio della loro natura porosa e strutturale.

Le nanoparticelle di silice mesoporosa (MSN) hanno ricevuto notevole attenzione come potenziale vettore di farmaci grazie alle loro proprietà, come dimensione regolabile delle particelle e dei pori, struttura e struttura porose ben definite e rigide, elevato rapporto area superficiale/volume, arricchite da gruppi idrossilici per ulteriori modificabile e biocompatibile17. Questo nanomateriale, tuttavia, non riesce a controllare il rilascio del farmaco, il che causa inefficienza e trattamenti inefficaci sulle malattie18. Pertanto, un'ulteriore modifica è di fondamentale importanza per superare la lacuna di questo materiale. Xu et al.14 hanno sviluppato nanoparticelle di silice modificate con poli(2-(dietilammino)etil metacrilato) tramite polimerizzazione radicalica a trasferimento di atomi fotoindotta, mostrando un rilascio del farmaco controllato dal pH indicato da un'elevata concentrazione del farmaco rilasciato a pH 5,5 rispetto a pH 7,4. In un'altra indagine, Chen et al.19 hanno utilizzato nanoparticelle di silice mesoporosa cava (HMS) rivestite di polidopamina per ottenere un rilascio controllabile del farmaco mediante stimoli di pH. Il meccanismo di rilascio controllato si basava sull'autodegradazione della polidopamina in condizioni acide, con conseguente rilascio di oltre il 40% del farmaco a pH 6,5, mentre è solo del 25,63% a pH 7,4. Altri ricercatori hanno utilizzato anche polimeri funzionali a base di ammino, come polietilenimmina20, polipeptidi21, chitosano22, ecc., per creare funzionalità intelligenti per i sistemi di somministrazione dei farmaci. Nonostante le loro prestazioni di rilascio controllato, la modifica superficiale dell'MSN da parte di sostanze polimeriche induce intrinsecamente un effetto di blocco dei pori che influisce sul declino delle proprietà strutturali, sull'ingrandimento delle dimensioni delle particelle e anche su problemi di tossicità. Inoltre, la complessità della procedura di sintesi in più fasi, tra cui sintesi polimerica, attivazione superficiale di nanoparticelle, polimerizzazione o coniugazione polimerica e purificazione, è anche uno degli ostacoli che in alcuni casi comportano sostanze tossiche incerte e perdita di farmaci durante la preparazione . Pertanto, la funzionalizzazione superficiale rapida e semplice degli MSN diventa ancora una sfida in questo campo di ricerca.