SISTEMI BIOADESIVI

La bioadesione può essere definita come la capacità di un materiale sintetico o biologico di aderire ad un tessuto, o ad altro materiale biologico, per un periodo prolungato di tempo.

Quando un materiale bioadesivo è applicato ad una mucosa, esso aderisce principalmente allo strato di muco che ricopre la superficie della mucosa stessa e, in questo caso, il fenomeno di adesione viene chiamato più specificamente mucoadesione.

Spesso nel descrivere il fenomeno di adesione di un materiale ad un tessuto i due termini bioadesione e mucoadesione vengono utilizzati come sinonimi.

Composizione Del Muco acqua per circa il 95%, glicoproteine (mucine) per lo 0,5-5% lipidi in piccola quantità sali minerali per l'1% enzimi

Mucine Sono glicoproteine costituite da: scheletro proteico catene oligosaccaridiche Le catene oligosaccaridiche costituiscono il 50-80% del peso della gliproteina. Circa il 25% dello scheletro proteico è scoperto, mentre la restante parte è densamente glicosilata.

Scheletro proteico è costituito principalmente da serina, treonina e prolina Catene Oligosaccaridiche sono formate prevalentemente da galattosio, N-acetilgalattosamina, N-acetilglucosamina. molti dei residui terminali sono rappresentati da acido sialico che ha un pka di 2,6. Oltre che con molecole di acido sialico, le catene oligosaccaridiche possono terminare con residui di L-fucosio (6-desossigalattosio). sono legate, mediante legame O-glicosidico, agli idrossiamminoacidi dello scheletro proteico, serina e treonina.

Le mucine si comportano come dei polielettroliti anionici per la presenza, oltre alle molecole di acido sialico, di residui solfato. La presenza del fucosio, grazie al suo metile, conferisce idrofobicità alla molecola.

b= tetramero glicoproteico a = catena glicoproteica b= tetramero glicoproteico

La struttura del muco è la conseguenza dell'associazione intermolecolare delle glicoproteine in una rete polimerica. La formazione di tale rete polimerica coinvolge vari tipi di legame:

ponti disolfuro tra le catene di mucina grazie alle molecole di cisteina presenti nella regione non glicosilata. Queste catene si possono intrecciare formando una rete ingarbugliata.

associazioni macromolecolari dovute a legami idrogeno ed ad interazioni elettrostatiche o ad altri legami non covalenti tra le catene oligosaccaridiche o tra le catene e il nucleo proteico

Meccanismo Della Bioadesione Alla base del meccanismo di bioadesione ad un tessuto di un materiale polimerico vi è una successione di fenomeni ben precisi che comprendono:

idratazione e rigonfiamento del polimero per favorire un intimo contatto tra il bioadesivo e la superficie del tessuto. L’intimo contatto tra il materiale bioadesivo ed il tessuto è influenzato dall’ irregolarità della superficie del tessuto.

L'irregolarità di una superficie può essere definita dal rapporto tra la massima profondità, d, e la massima ampiezza, h. Irregolarità insignificanti, ai fini dell'adesione, si hanno quando il rapporto d/h ha valori inferiori ad 1/20. Per valori più alti di questo rapporto, solo materiali altamente fluidi possono penetrare le anomalie del tessuto

penetrazione del bioadesivo nelle fessure della superficie del tessuto o interpenetrazione delle catene del bioadesivo con quelle del muco. formazione di deboli legami chimici. I legami in gioco sono: forze d'attrazione elettrostatica, forze di Van der Waals, legami idrogeno e legami idrofobici. Non sono desiderabili ai fini della bioadesione legami forti di tipo covalente.

Teorie Sulla Bioadesione Diverse teorie sono state proposte per spiegare la bioadesione: La teoria elettronica suggerisce che, in seguito al contatto tra il materiale bioadesivo e la rete glicoproteica del muco, avvenga un trasferimento di elettroni. In tal modo si formerebbe un doppio strato di cariche elettriche all'interfaccia che sarebbe responsabile del fenomeno della bioadesione.

La teoria dell'adsorbimento analizza la bioadesione in termini di forze di interazione coinvolte tra il materiale bioadesivo e il muco: forze di Van der Waals, legami idrogeno ed altre forze elettrostatiche.

La teoria della bagnabilità, che interessa i sistemi bioadesivi liquidi, indica che un materiale bioadesivo dovrebbe avere un angolo di contatto, con il solido che bagna, vicino a zero gradi; una bassa viscosità ed un intimo contatto con la superficie bagnata, in modo da impedire l'intrappolamento di aria.

La teoria della diffusione o della interpenetrazione è la teoria maggiormente utilizzata per analizzare il fenomeno della bioadesione di materiali polimerici solidi. Tale teoria suggerisce che, in seguito all'intimo contatto tra il materiale bioadesivo ed il muco, ci sia l'interpenetrazione tra le catene del polimero e la struttura del muco ad una profondità sufficiente per creare legami semi-permanenti.

L'interpenetrazione delle catene polimeriche con il muco avviene grazie al gradiente di diffusione con una velocità che dipende dal coefficiente di diffusione e dal gradiente di concentrazione delle catene polimeriche. In genere, con polimeri altamente reticolati l'interpenetrazione avviene con grandissima difficoltà.

È possibile calcolare la profondità della interpenetrazione (l) dalla seguente formula: l = (tDb)1/2 dove t è il tempo di contatto e Db è il coefficiente di diffusione del materiale polimerico nel muco

La teoria della frattura analizza il processo attraverso la valutazione delle forze che sono necessarie a separare due superfici dopo la formazione di legami che portano all'adesione.

Fattori Che Influenzano La Bioadesione Fattori relativi al polimero peso molecolare concentrazione idratazione e rigonfiamento Fattori relativi all’ambiente pH superficie del tessuto

Polimeri Bioadesivi

Caratteristiche Dei Polimeri Bioadesivi presenza di numerosi gruppi funzionali idrofili in grado di formare legami idrogeno. elevato peso molecolare. La bioadesività aumenta con l’aumentare del peso molecolare del polimero fino a 100000. Al di sopra di tale peso molecolare il valore di bioadesione rimane costante.

lunghezza adeguata delle catene polimeriche lunghezza adeguata delle catene polimeriche. Esiste, infatti, anche una lunghezza minima delle catene macromolecolari necessaria per produrre interazione e interpenetrazione con la struttura del muco.

mobilità e flessibilità delle catene polimeriche mobilità e flessibilità delle catene polimeriche. La capacità del polimero di rigonfiare facilita l’interpenetrazione con il muco. E' importante ricordare che un rigonfiamento eccessivo può comportare, tuttavia, una diminuzione della bioadesione.

I polimeri dovrebbero inoltre rigonfiare abbastanza velocemente quando vengono in contatto con il muco. Le caratteristiche di rigonfiamento di polimeri carichi dipendono, a differenza di quelli neutri, anche dal pH del mezzo con cui vengono in contatto. Infatti, le forze di repulsione elettrostatica tendono a rendere maggiore il rigonfiamento ed esiste quindi un pH ottimale per l’adesione del polimero.

In generale, i polimeri anionici sono da preferirsi a quelli cationici, usualmente più tossici per i tessuti epiteliali, e a quelli neutri o anfoteri, spesso meno adesivi. Inoltre, i polimeri insolubili presentano una maggiore flessibilità rispetto a quelli idrosolubili che, se impiegati come tali, in genere, si sciolgono in poche ore. Per questo motivo i polimeri solubili in acqua vengono insolubilizzati mediante reticolazione.

Studio Della Bioadesione Tecniche in vitro I metodi in vitro comprendono test tramite i quali si segue la distruzione dell'interfaccia polimero-muco mediante l’applicazione di forze elastiche trasversali o longitudinali. Spesso gli stessi test sono eseguiti con l'impiego di forze tensili, ossia di trazione.

Tecniche ex vivo I metodi ex vivo o in situ consistono nel valutare le capacità bioadesive del polimero su segmenti isolati del tratto gastro-intestinale in condizioni sperimentali simulanti quelle fisiologiche.

Tecniche in viVo La maggior parte degli studi in vivo ricorrono alla tecnica della gamma scintigrafia. Altri studi utilizzano invece i raggi X ed in alcuni casi è stata utilizzata anche l’osservazione diretta mediante endoscopia.

Sistemi Bioadesivi L’impiego di sistemi a base di polimeri bioadesivi permette la somministrazione di farmaci per via transmucosale (via sublinguale, buccale nasale,oculare, rettale, vaginale) grazie ai seguenti requisiti:

possibilità di localizzazione in siti specifici tempo prolungato di permanenza nel sito d'applicazione ottimo contatto del farmaco con la superficie assorbente

consentendo di: risolvere problemi di scarsa biodisponibilità del farmaco prolungare la durata d’azione del farmaco migliorare la compliance del paziente