Strategie nanotecnologiche per la veicolazione di molecole ad attività biologica derivanti da scarti di lavorazione agricola: un approccio green per la realizzazione di prodotti nutraceutici

NANOSISTEMI LIPIDICI: UN’IDEA GREEN PER LA VEICOLAZIONE DI MOLECOLE ATTIVE OTTENUTE DA SCARTI VEGETALI

Una delle principali problematiche che coinvolge l’industria di lavorazione dei prodotti agricoli su larga scala è lo smaltimento degli scarti. All’interno di una visione circolare dell’economia la soluzione migliore a questo problema è convertire tali rifiuti in una risorsa. Il settore agricolo, infatti, è ricco di materie prime di recupero, scarti adatti per essere trasformati e inseriti in un nuovo processo produttivo. Parallelamente a tutto ciò, negli ultimi anni la ricerca farmaceutica sta riscoprendo sempre di più la possibilità di utilizzare sostanze di derivazione naturale per finalità terapeutiche al posto di molecole di origine sintetica, sulla base del loro potenziale in termini di sicurezza ed efficacia. Anche in ambito cosmetico e cosmeceutico sono sempre più apprezzate le molecole naturali, che si sono dimostrate generalmente ben tollerate dalla pelle e con un profilo di tossicità più favorevole rispetto a derivati di sintesi, oltre ad essere biodegradabili e rispondenti ad una richiesta sempre maggiore da parte dei consumatori. Al fine di valorizzare e trovare un diverso utilizzo dei sottoprodotti dell'industria agroalimentare, nel presente progetto si prende in considerazione l’impiego di fitocomposti derivanti da scarti vegetali, incapsulati in sistemi di veicolazione nanoparticellari a base lipidica per il trattamento topico di problematiche dermatologiche e cosmetiche. Per citare alcuni esempi di sostanze naturali veicolate all’interno di sistemi nanoparticellari lipidici finalizzate all’applicazione cutanea: olio essenziale di rosmarino ed eucalipto, derivati dello zafferano, curcumina, eugenolo, capsaicina, timolo e licopene, studiate per il trattamento di disturbi della pelle dovuti a disidratazione, infiammazione, melanoma, guarigione delle ferite, infezioni fungine o psoriasi (Esposito 2019). Rivestono un particolare interesse in questo ambito le molecole naturali con proprietà antiossidanti, per lo più si tratta di composti fenolici che sono in grado di contrastare la produzione di radicali liberi, associati all’insorgenza di numerose malattie cutanee. Tra queste molecole antiossidanti da ricordare è l'acido caffeico, che per la sua attività di radical scavenging può essere impiegato nel trattamento del fotoinvecchiamento indotto da UVB e nella chemioprevenzione del melanoma maligno (Hallan 2021). Tale sostanza si può trovare naturalmente nel caffè, frutta, piante, oli, uva e tè, e si tratta di un esempio di molecola recuperabile dagli scarti della lavorazione vinicola, perfettamente compatibile con il progetto di economia circolare. In merito all’applicazione cutanea, le principali criticità associate all’uso di molecole attive di origine naturale sono la loro bassa solubilità, scarsa penetrazione attraverso lo strato corneo e instabilità chimico-fisica. Proprio al fine di superare queste problematiche si sceglie di impiegare sistemi nanotecnologici a base lipidica, alcuni di essi già presenti sul mercato. Tali sistemi infatti sono particolarmente adatti all'applicazione cutanea grazie all’affinità della loro matrice con i lipidi intercellulari dello strato corneo, che permette di migliorare la solubilità dei composti scarsamente solubili in acqua, di facilitarne la permeazione, oltre che realizzare un controllo sul rilascio della molecola attiva e aumentarne la stabilità alla luce e alla temperatura. Liposomi, nanoparticelle lipidiche solide, transfersomi, etosomi, vettori lipidici nanostrutturati e ciclodestrine sono alcuni esempi di sistemi nanotecnologici attualmente in uso con la finalità di migliorare le prestazioni dei fitocomposti nella cura della pelle. Si tratta comunque di sistemi versatili e adatti a molteplici vie di somministrazione, in particolare ricordiamo il possibile impiego per via orale nella composizione di farmaci, integratori, alimenti arricchiti. Tra i vantaggi principali offerti da tali sistemi vi è la possibilità di produrli attraverso metodiche che non richiedono l’utilizzo di solventi organici, molte delle quali estendibili con ottime rese su scala industriale. A questo si aggiunge il fatto che gli eccipienti di cui sono costituti sono biocompatibili, non tossici, dal costo contenuto e soprattutto biodegradabili, in quanto anch’essi spesso di derivazione naturale. 

BIBLIOGRAFIA
 Esposito E., Nastruzzi C., Sguizzato M., and Cortesi R., Nanomedicines to Treat Skin Pathologies with Natural
Molecules. Current Pharmaceutical Design. 25: 2323-2337 (2019)
 Hallan S.S., Sguizzato M., Drechsler M., Mariani P., Montesi L., Cortesi R., Björklund S., Ruzgas T., Esposito E.,
The Potential of Caffeic Acid Lipid Nanoparticulate Systems for Skin Application: In Vitro Assays to Assess
Delivery and Antioxidant Effect. Nanomaterials 11: 171 (2021)
 Ijaz H., Qureshi J., Tulain U. R., Furqan Iqbal, Danish Z., Fayyaz A., Sethi A., Lipid particulate drug delivery
systems: a review. Bioinspired, Biomimetic and Nanobiomaterials. 7 (2): 109-121 (2018)
 S.M.K. Rates, Plants as source of drugs. Toxicon. 39: 603–613(2001)
 Van Tran V., Moon J.Y., Lee Y.C., Liposomes for delivery of antioxidants in cosmeceuticals: Challenges and
development strategies. Journal of Controlled Release 300: 114–140 (2019)
 Veeresham C., Natural products derived from plants as a source of drugs. J Adv Pharm Tech Res. 3: 200-1
(2012)
SITOGRAFIA
 https://www.mur.gov.it/sites/default/files/2021-08/6.AllegatoEsteso_Agroalimentare.pdf
 http://www.ponricerca.gov.it/media/387008/strategia_nazionale_di_specializzazione_intelligente_italia.pdf
 https://www.mite.gov.it/sites/default/files/archivio/allegati/economia_circolare/ce_economia_circolare_de
pliant.pdf
 https://www.tuttointornoanoi.it/economia-circolare-agricoltura/
 https://www.tuttointornoanoi.it/economia-circolare/

Tenbio - Kannapolis, USA

Periodo: 6 mesi

Il progetto è coerente con i seguenti Ambiti di Ricerca e Innovazione del PNR 2021-2027:

5.6.1 Green technologies
· Articolazione 4 (5.6.1) Riduzione dei rifiuti e della domanda di critical raw materials tramite approcci di disassembling e materials recovery, remanufacturing e refurbishing
5.6.2 Scienze e tecnologie alimentari
· Articolazione 6 (5.6.2). Tendenze emergenti nelle tecnologie alimentari ed efficientamento dei processi di trasformazione (Priorità di ricerca 6d)

Attraverso il presente progetto si rende possibile la creazione di un ponte tra la filiera agroalimentare e l’ industria farmaceutica: ciò che rappresenta uno scarto per la prima può diventare nuova materia prima per la seconda, con abbattimento degli sprechi e dei costi per entrambi i settori. Numerose infatti sono le molecole attive di origine naturale che possono essere ricavate dagli scarti della lavorazione vegetale e che possono rappresentare una risposta a molteplici esigenze terapeutiche in ambito dermatologico e cosmetico.

L’idea che porta avanti questo progetto è inoltre legata alla possibilità di realizzare una ricerca in modo più ecosostenibile, attraverso l’utilizzo di materiali (sia principi attivi che eccipienti) e metodologie di preparazione totalmente green. I sistemi nanoparticellari che si è scelto di studiare come sistemi di veicolazione per gli attivi naturali sono infatti costituiti da biomateriali e prodotti attraverso tecniche semplici, estendibili su scala industriale e che non richiedono l’utilizzo di solventi organici tossici per l’ambiente.

Pertanto tali sistemi nanotecnologici risultano perfettamente in grado di inserirsi in un’idea di progetto che mira a una maggiore ecosostenibilità, realizzabile non soltanto attraverso il recupero di scarti vegetali per l’ottenimento di molecole ad interesse terapeutico e cosmetico, ma anche perché i sistemi stessi sono costituiti da biomateriali e possono essere prodotti attraverso tecnologie green.

• Sistemi nanoparticellari
• Fitocomposti
• Applicazione cutanea
• Recupero scarti agricoli