Preparation and in vitro characterization of novel pharmaceutical and cosmetic formulations consisting of urea-crosslinked hyaluronic acid

L’acido ialuronico (AI) è ampiamente usato in ambito farmaceutico, medico e cosmetico, in quanto è biocompatibile, biodegradabile, mucoadesivo, idratante, viscoelastico e biologicamente attivo. Per rallentarne la velocità di degradazione ed implementarne la bioattività, si può modificare chimicamente l’AI, sviluppando così derivati più performanti e adatti a diverse applicazioni. Lo scopo della presente tesi di dottorato è stato studiare le possibili applicazioni farmaceutiche e dermatologiche/cosmetiche del nuovo acido ialuronico crosslinkato con urea (AI‑CL). Innanzitutto, uno studio preliminare in vitro ha mostato la sicurezza e l’attività riepitelizzante di due prototipi di gocce oculari di AI‑CL, che potrebbero rappresentare promettenti trattamenti per la cheratocongiuntivite secca. In secondo luogo, è stata esplorata la possibilità di preparare microsfere (MS) di AI‑CL per il rilascio dermico di sodio ascorbyl fosfato (SAF): uno studio fisico-chimico ha mostrato una più elevata efficienza di incapsulazione e migliori proprietà di rilascio per le MS di AI‑CL e SAF, rispetto alle MS di AI nativo e SAF (formulazione controllo). Successivamente, in uno studio in vitro su cellule polmonari Calu‑3, la combinazione AI‑CL – SAF ha mostato migliori proprietà antinfiammatorie, antiossidanti e cicatrizzanti rispetto alla combinazione AI – SAP, e ai singoli AI‑CL, AI e SAF. Questo supporterebbe il suo possibile utilizzo come trattamento coadiuvante per i disturbi infiammatori polmonari, e ha incoraggiato lo sviluppo e la caratterizzazione di una formulazione costituita da una polvere secca inalabile ottenuta per co-spray-drying di AI‑CL e SAF. Infine, è stata preparata un’altra formulazione a base di una polvere secca, ottenuta per liofilizzazione di AI‑CL e SAF; essa è risultata adatta per uso nasale in termini di proprietà fisico-chimiche, performance aerodinamica in vitro e bioattività su cellule nasali RPMI 2650 e su cellule nasali epiteliali primarie. Nel complesso, questi lavori sperimentali hanno mostrato che il nuovo AI‑CL può avere interessanti applicazioni, hanno ampliato le conoscenze relativamente all’AI‑CL e hanno aperto incoraggianti prospettive per studi futuri.

Hyaluronic acid (HA) is widely used in pharmaceutics, medicine and cosmetics, as it is biocompatible, biodegradable, mucoadhesive, moisturizer, viscoelastic and biologically active. To slow down its degradation rate and implement its bioactivity, HA can be chemically modified to develop a number of costumized and more performing derivatives tailored for different applications. The aim of the present PhD thesis was to investigate the possible pharmaceutical and dermatologic/cosmetic applications of the novel urea-crosslinked hyaluronic acid (HA‑CL). First, an in vitro preliminary study showed the safety and the re-ephitelialization efficacy of two prototypes of HA‑CL eye drops, which could represent promising treatments of keratoconjunctivitis sicca. Secondly, HA‑CL actual potentiality to prepare microspheres (MS) for sodium ascorbyl phosphate (SAP) dermal delivery was explored: a physico-chemical study displayed greater encapsulation efficiency and release properties for HA‑CL – SAP MS compared to native HA – SAP MS (reference formulation). Then, in an in vitro study on pulmonary Calu‑3 cells, the combination HA-CL ‑ SAP showed greater anti-inflammatory, antioxidant and wound healing properties compared to the combination native HA – SAP, the single HA‑CL, HA and SAP. This would support its possible use as co-adjuvant treatment of lung inflammatory diseases and encouraged the development and characterization of an inhalable dry powder formulation obtained by co-spray-drying of HA‑CL and SAP. Finally, a freeze-dried powder formulation of HA-CL and SAP was prepared and showed its suitability for nasal delivery in terms of physico-chemical properties, in vitro aerosolization performance and bioactivity on RPMI 2650 nasal cells and brushed nasal epithelial cells. Overall, all these research works proved that the novel HA-CL could have interesting applications, improved the knowdledge on this polymer and opened encouraging perspectives for future studies.