Nanocarriers for the oral and topical delivery of natural compounds.

Drug Delivery Systems represent a useful strategy to improve water solubility, improper dissolution rate, permeation or absorption, bioavailability, little pharmacokinetics and physical-chemical stability of natural substances as essential oils (EOs), peptides and khellin. In the last years a remarkable number of publications on the antimicrobial and antifungal activity of EOs appeared in the literature, strongly motivated from the growing resistance. Khellin, instead, is a natural furanochromone, extracted from the plant Amni visnaga, having anti-vitiligo, antiinflammatory and analgesic activities. Considering this context, the aim of my PhD project was the design, optimization, characterisation and study of performance of nanocarriers loaded with the over cited compounds for topical, transdermal and oral delivery. All nanocarriers were physically and morphological characterized, their stability over time were evaluated as their ability to encapsulate and release the active principles. The EOs of Salvia triloba, Rosmarinus officinalis and Artemisia annua were chemically characterized, encapsulated in appropriate liposomal formulation and tested for their antioxidant, anti-inflammatory, antifungal or antibacterial activities. Khellin were loaded in ascosomes, vesicles prepared with Ottanoyl or Decanoyl-6-O-Ascorbic Acid Esters, in order to obtain nanocarriers value for topical and transdermal activity with added antioxidant. The structural and physical characteristics of the resulting colloidal dispersion were compared to conventional liposomes and further investigated by SAXS and DSC as their permeation and antioxidant capacities. Finally, were developed and optimised semisolid formulations of khellin vesicles which were tested also for the potential liver toxicity of khellin on rats. Moreover, khellin was loaded in a Nanostructured lipid carrier specifically ideated for oral administration. After the conventional characterization and the stability test in gastrointestinal medium, the system were evaluated for its permeation capacity through PAMPA assay and Caco-2 cells. To conclude, a synthetic conjugated peptide (PalmSA1-III), have been loaded in vesicular systems in order to enhance its permeation in the skin and test its activity in fibroblasts for its protective effect against collagen degradation. The findings on all the over cited drug delivery systems suggest that these formulations can decrease the natural substances limits and optimize their biological properties proving to be useful in clinical practice after further investigations. I DDS rappresentano una strategia utile per migliorare la solubilità in acqua, la dissoluzione, la permeazione o l'assorbimento, la biodisponibilità, la scarsa farmacocinetica e la stabilità fisico-chimica delle sostanze naturali come oli essenziali (EO), peptidi e kellina. Negli ultimi anni sono state pubblicate numerose pubblicazioni sull'attività antimicrobica e antimicotica degli OE, fortemente motivate dalla crescente resistenza dei microrganismi ai farmaci convenzionali. La kellina, invece, è un furanochromone naturale, estratto dalla pianta Ammi visnaga, con attività anti-vitiligine, antiinfiammatoria e analgesica. Considerando questo contesto, l'obiettivo del mio progetto di dottorato è stato la progettazione, l'ottimizzazione, la caratterizzazione e lo studio dei nanocarrier caricati con i composti sopra citati per uso topico, transdermico o orale. Tutti i nanocarrier sono stati caratterizzati fisicamente e morfologicamente, e sono state valutate la loro stabilità nel tempo e la loro capacità di incapsulare e rilasciare i principi attivi. Gli EO di Salvia triloba, Rosmarinus officinalis e Artemisia annua sono stati caratterizzati chimicamente, incapsulati in un'adeguata formulazione liposomiale e testati per le loro attività antiossidanti, antinfiammatorie, antimicotiche o antibatteriche. La kellina è stata caricata in ascosomi, vescicole preparate con ascorbil ottanoato o decnoato, al fine di ottenere un ottimo nanocarrier per uso topico e transdermico con capacità antiossidante ed ad alta permeazione. Le caratteristiche strutturali e fisiche della risultante dispersione colloidale sono state confrontate con i liposomi convenzionali e ulteriormente studiate con SAXS e DSC. Infine, sono state sviluppate e ottimizzate formulazioni semisolide con gli ascosomi di kellina, testate anche per la potenziale tossicità epatica sui ratti. Inoltre, la kellina è anche stata caricata in un veicolo lipidico nanostrutturato (NLC) appositamente ideato per la somministrazione orale. Dopo la caratterizzazione convenzionale ed il test di stabilità nel mezzo gastrointestinale, tale sistema è stato valutato per la sua capacità di permeazione attraverso il dosaggio PAMPA e le cellule Caco-2. Per concludere, un peptide coniugato sintetico (PalmSA1-III) è stato caricato nei sistemi vescicolari al fine di migliorare la sua permeazione nella pelle e testare la sua attività nei fibroblasti per il suo effetto protettivo contro la degradazione del collagene. I risultati su tutti i sistemi di consegna dei farmaci sopra citati suggeriscono che queste formulazioni possono ridurre i limiti delle sostanze naturali e ottimizzare le loro proprietà biologiche dimostrando di poter essere utili anche nella pratica clinica.