Polveri respirabili conententi nanoparticelle di levotiroxina per il trattamento della fibrosi polmonare

La fibrosi polmonare idiopatica è definita come una condizione cronica in cui la normale anatomia polmonare è alterata da un meccanismo di rimodellamento attivo, deposizione di matrice extracellulare e cambiamenti nei fenotipi cellulari. Questi cambiamenti nell'architettura polmonare causano una riduzione irreversibile della diffusione dell'ossigeno e della funzionalità polmonare, che porta rapidamente alla morte. Dal punto di vista patologico, la IPF è una malattia complessa che deriva da un'interazione tra diversi fattori. Sono state osservate diverse anomalie correlate all'invecchiamento, come l'anomalia della morfologia mitocondriale, la riduzione del processo di fusione e la mitofagia. L'attività dell'ormone tiroideo nella regolazione della biogenesi mitocondriale è stata dimostrata sperimentalmente e uno studio recente ha proposto la possibilità di invertire lo stato fibrotico nel modello di topi fibrotici indotti da bleomicina mediante aerosolizzazione dell'ormone tiroideo. La somministrazione locale di farmaci può essere vantaggiosa in alcune malattie polmonari, poiché consente di mirare al polmone, somministrare la giusta quantità di farmaco e ridurre gli effetti collaterali. A questo proposito, le polveri secche offrono vantaggi rispetto alle formulazioni liquide in relazione alla possibile modifica della superficie e all'ingegneria delle particelle, nonché alla possibilità di stabilizzare il farmaco in una matrice solida, riducendo così i fenomeni di degradazione a lungo termine e la proliferazione microbica. Inoltre, la scarsa solubilità in acqua della levotiroxina rende difficile o addirittura inadatto l'uso di una soluzione per nebulizzazione. L'obiettivo di questa tesi era lo sviluppo di una polvere secca per la somministrazione polmonare di levotiroxina (LT4) basata su microparticelle nano-incorporate di levotiroxina come nuovo trattamento per la fibrosi polmonare idiopatica. Per raggiungere l'obiettivo desiderato, è stato selezionato un polimero come l'alcol polivinilico (PVA) in due pesi molecolari come agente formante la struttura delle particelle. Il PVA è un polimero sintetico biocompatibile e biodegradabile ampiamente utilizzato in biomedicina. I PVA hanno aumentato significativamente la solubilità apparente di LT4 in acqua, consentendo la formazione di sistemi colloidali che sono stati trasformati in polveri inalabili mediante essiccazione a spruzzo. Queste polveri presentavano una distribuzione delle dimensioni delle particelle con un diametro mediano compreso tra 5 e 9 µm, senza alcun effetto significativo sul rapporto farmaco/polimero né sul peso molecolare del polimero. La valutazione aerodinamica, eseguita dall'impattore di nuova generazione, ha fornito un MMAD di 3,5 e 4,57 µm (rispettivamente per la polvere preparata con il peso molecolare basso e alto del PVA), mentre la frazione di particelle fini era vicina al 70% in entrambi i casi.Le osservazioni mediante microscopia elettronica a scansione hanno evidenziato particelle cave sferiche, giustificando così la differenza osservata tra diametro geometrico e aerodinamico. È interessante notare che la nanostruttura di levotiroxina (con una dimensione media tra 180 e 200 nm) era presente sulla superficie delle microparticelle, indicando che il polimero fungeva da trasportatore per le nanoparticelle del principio attivo. Le nanoparticelle di levotiroxina venivano facilmente rilasciate dalle microparticelle, dando origine alla nanosospensione madre al contatto con un mezzo acquoso. La tossicità, l'internalizzazione e gli effetti metabolici delle polveri secche sono stati studiati in vitro sulla linea cellulare A549. La vitalità cellulare era vicina al 95% in tutti i punti temporali misurati, indicando una buona tollerabilità. Per quanto riguarda la modulazione metabolica, le cellule esposte alle sospensioni hanno mostrato una riduzione della produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS) e una variazione del potenziale di membrana mitocondriale (MMP). Entrambi questi parametri indicano che la formulazione ha fornito una modulazione metabolica; in particolare, la riduzione della produzione di ROS è legata alla riduzione dello stress ossidativo cellulare che gioca un ruolo nello sviluppo della fibrosi mentre l'MMP è correlato allo stato di polarizzazione dei mitocondri e di conseguenza alla loro integrità e funzionalità. La formulazione è stata internalizzata in misura significativamente maggiore rispetto alla soluzione LT4, probabilmente non solo per un effetto diretto dei componenti della formulazione ma anche per la grande differenza nella concentrazione del farmaco nella fase liquida che può essere ottenuta con la nanosospensione polimerica contenente LT4. In conclusione, il presente lavoro di tesi dimostra la fattibilità di una polvere per somministrazione polmonare di levotiroxina in grado di raggiungere il polmone profondo e il compartimento intracellulare in modo efficace ed efficiente, fornendo così un primo elemento solido e scientificamente fondato per lo sviluppo di un medicinale in grado di offrire una valida risposta terapeutica ai pazienti con IPF.