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Il presente lavoro di tesi ha avuto come fine quello di sviluppare materiali e tecnologie per la preparazione e la caratterizzazione di matrici polimeriche porose per il rilascio di farmaci.
In seguito ad una preliminare analisi bibliografica si è deciso, inserendoci in una ricerca di estrema attualità, di sperimentare nuove metodologie e tecnologie di realizzazione di membrane asimmetriche porose a base di polimetilmetacrilato (PMMA) o a base di polimeri di sintesi, ottenute essenzialmente mediante la tecnica di inversione di fase.
Il punto di partenza della ricerca è stato quello di individuare materiali polimerici, solventi e additivi adeguati allo scopo, sulla base sia di precedenti esperienze riportate in letteratura, sia di una serie di prove di solubilità e di miscelazione di polimeri in vari solventi.
Il secondo passo è consistito nella preparazione di membrane porose mediante deposizione delle soluzioni polimeriche omogenee di partenza su supporti in vetro (con ottenimento di film dello spessore voluto mediante un’apposita macchina a coltello) seguita dalla realizzazione della procedura di inversione di fase vera e propria mediante due diversi approcci:
1) immersione in un bagno di coagulo (aggiunta del non-solvente, o dipping);
2) evaporazione controllata del buon solvente (maggiormente volatile) partendo da una miscela trifase polimero/solvente/non-solvente.
Come materiali polimerici di partenza sono stati selezionati il PMMA (che trova ampia e documentata applicazione in diverse aree del settore biomedico) e due copolimeri a base di metil metacrilato e acido acrilico sintetizzati nei laboratori del Dipartimento di Ingegneria Chimica. Il farmaco prescelto, l’acido folico, è un farmaco utilizzato di recente in molte applicazioni sperimentali in ambito cardiovascolare e per il rilascio mirato di agenti antitumorali. I solventi utilizzati sono stati il tetraidrofurano e l’acetone che hanno mostrato avere effetti sulla termodinamica e cinetica del processo di inversione di fase e quindi sulle caratteristiche morfologiche e funzionali (proprietà di trasporto) delle membrane realizzate, mentre come coagulante si è scelto di utilizzare acqua deionizzata o in alternativa una soluzione acquosa satura in NaCl. Si è inoltre studiata l’influenza dell’aggiunta del polimero idrosolubile polietilenglicol (PEG) sul processo di preparazione e sulla morfologia finale della membrana e gli effetti sulle proprietà di trasporto e di rilascio dovute all’inserimento dei surfattanti Tween 80 o Tween 85 nella miscela di partenza.
Nel caso della seconda metodica di inversione di fase, che prevede una evaporazione controllata del solvente (più volatile rispetto al non-solvente) in condizioni note, il procedimento è stato condotto alla temperatura di 37°C e in condizioni di ventilazione controllata.
La caratterizzazione delle membrane ha previsto una fase iniziale di analisi morfologica tramite microscopio elettronico a scansione SEM, utile per la pre-selezione delle membrane ritenute più adatte per il caricamento di un farmaco e quindi per la realizzazione di test di rilascio. Le membrane selezionate sono state preparate caricando una quantità di farmaco (acido folico) nella matrice porosa (15% in peso di farmaco rispetto alla quantità di materiale polimerico costituente la matrice) e quindi caratterizzate. La caratterizzazione funzionale ha previsto la realizzazione di test di permeabilità idraulica e test di rilascio. In particolare il rilascio dell’acido folico in tampone fosfato è stato condotto in regime diffusivo (forza motrice costituita da una differenza di concentrazione) ed in regime misto (diffusione e convezione simultanee) e sono stati valutati i parametri caratteristici quali permeabilità (P) e diffusività efficace (Deff) in regime diffusivo e misto.
I risultati ottenuti hanno indicato la possibilità di controllare la morfologia finale delle membrane porose attraverso il controllo dei parametri in gioco (concentrazione, solvente, bagno coagulante, polimero di partenza, concentrazione polimero idrosolubile con funzione di “pore-former”) e la possibilità di ottenere membrane con caratteristiche di porosità e resistenza al flusso idonee per la realizzazione di sistemi a rilascio anche in condizioni di turbolenza. I test di rilascio, oltre a confermare un rilascio massivo di acido folico percentualmente elevato (>90%), hanno anche indicato la proporzionalità tra cinetica di rilascio e porosità della matrice.