Particle engineering applied for development of dry powders for inhalation containing biotechnological drugs

Lo scopo di questo lavoro è stato la formulazione di polveri per inalazione prodotte mediante spray drying, contenenti peptidi terapeutici. Nella prima parte del lavoro è stata prodotta una polvere per inalazione di ciclosporina, un peptide ciclico immunosoppressivo, per la prevenzione del rigetto polmonare dopo il trapianto e per il trattamento del Covid-19. L'ottimizzazione della formulazione e l'effetto degli eccipienti utilizzati (mannitolo, glicina ed etanolo) sono stati effettuati utilizzando un disegno sperimentale. La polvere contenente il 20% p/p di mannitolo e il 45% v/v di etanolo nella soluzione della materia prima, ha dimostrato un migliore profilo di dissoluzione (tempo medio di dissoluzione di 59,5 ± 2,3 min rispetto alla ciclosporina grezza 169,02 ± 29,69 min). Inoltre, questa polvere ha presentato un diametro aerodinamico mediano di massa di 2,97 ± 0,1 µm e una frazione di particelle fini di 66,5 ± 2,6%. La polvere ha anche portato alla riduzione della produzione di IL-6 nella co-coltura di A549 (linea cellulare di adenocarcinoma polmonare umano) e THP-1 (linea cellulare monocitica di leucemia umana). È stata inoltre dimostrata l'efficacia di questa formulazione nel ridurre l'infezione da SARS-CoV-2 su cellule Vero E6 (linea cellulare renale di scimmia verde Africana). Nella seconda parte di questo lavoro, la ciclosporina è stata caricata in liposomi di circa 43 nm di lecitina successivamente rivestiti con fosfato di calcio, questo rivestimento è stato aggiunto con l'obiettivo di migliorare l'assorbimento cellulare e la riduzione della dose di ciclosporina. La presenza di fosfato di calcio è stata verificata mediante titolazione del calcio, misurazione del potenziale Z e osservazione diretta mediante Cryo-TEM. La formulazione liquida è stata quindi trasformata in polvere per inalazione mediante spray drying e utilizzando un rapporto tra mannitolo e contenuto solido della dispersione liposomiale di 1:3 per formare le microparticelle. L'aggiunta di leucina al 15% p/p sul contenuto di mannitolo ha inoltre dimostrato un miglioramento delle prestazioni aerodinamiche della polvere. I liposomi rivestiti hanno mostrato una maggiore capacità antinfiammatoria rispetto alla formulazione contenente liposomi non rivestiti con fosfato di calcio e anche rispetto alla ciclosporina non formulata. Nell'ultima parte di questo lavoro, la pramlintide, un peptide ciclico coinvolto nell'omeostasi del glucosio capace anche di rallentare lo svuotamento gastrico e aumentare il senso di sazietà, è stato formulato come polvere secca utilizzando trealosio diidrato, raffinosio pentaidrato e sodio ialuronato a due differenti pesi molecolari (92 e 804kDa), con l’obiettivo per studiare la capacità dei diversi eccipienti di portare alla formazione di particelle inalabili mediante spray drying e di stabilizzare il peptide nella formulazione allo stato solido, inoltre è stato effettuato lo studio dello stato solido delle formulazioni ottenute e dei materiali di partenza mediante diffrattometria a raggi X, calorimetria differenziale a scansione e analisi termogravimetrica. È stato possibile stabilizzare il peptide come polvere secca utilizzando trealosio e sodio ialuronato (92kDa) con una quantità di pramlintide stabile rispettivamente del 97,5% e dell'82,6% rispetto al titolo iniziale di pramlintide.