Gelazione ionotropica
La gelazione ionotropica è una tecnica ampiamente utilizzata per l’incapsulazione o la microincapsulazione di principi attivi e/o sostanze funzionali, particolarmente indicata in campo farmaceutico, cosmetico e alimentare. Questo processo si basa sulla capacità di alcuni polimeri di formare gel tridimensionali in presenza di ioni multivalenti.
Le particelle o le microparticelle, a seconda delle loro dimensioni, vengono ottenute erogando, sotto forma di piccole goccioline, una soluzione contenente un polimero e il principio attivo o la sostanza funzionale da incapsulare (in soluzione o in sospensione) all'interno di un bagno in cui sono presenti ioni multivalenti (come Ca²⁺, Ba²⁺, Al 3⁺, ioni tripolifosfato, etc..) che reagiscono con i gruppi funzionali di carica opposta presenti sulle catene polimeriche, inducendo la formazione di una rete tridimensionale stabile. Questo processo avviene in modo rapido, generalmente a temperatura ambiente, senza l’uso di solventi organici o condizioni drastiche, rendendo così questa tecnica sicura, economica e sostenibile.
La gelazione ionotropica rappresenta una tecnologia promettente per la veicolazione di composti bioattivi grazie alla sua versatilità, sicurezza e sostenibilità. La scelta del polimero e delle condizioni di processo consente di modulare le caratteristiche delle particelle/microparticelle, adattandole a specifiche applicazioni. Tra i materiali più utilizzati, alginato e chitosano si distinguono per le loro proprietà uniche, offrendo soluzioni efficaci per numerose applicazioni in campo farmaceutico, cosmetico, nutraceutico e alimentare
Alginato: un classico della gelazione ionotropica
L’alginato è un polisaccaride naturale, biodegradabile, biocompatibile e non tossico, estratto principalmente da alghe brune. La forma più utilizzata è l’alginato di sodio, la cui catena è costituita da due tipi di monomeri: l’acido β-D-mannuronico (M) e l’acido α-D-guluronico (G), organizzati in sequenze che possono essere omopolimeriche (MM o GG) o eteropolimeriche (MG). Si tratta di un polimero solubile in acqua e in grado di formare soluzioni di viscosità variabile, a seconda della sua concentrazione, del peso molecolare e del rapporto tra i residui di acido mannuronico (M) e guluronico (G) presenti sulla catena polimerica.
Quando una soluzione acquosa di alginato viene erogata sottoforma di piccole goccioline in una soluzione acquosa contenente ioni bivalenti (es. Ca²⁺), i gruppi carbossilici dei blocchi G presenti sulle catene polimeriche interagiscono con gli ioni bivalenti attraverso una reazione di reticolazione responsabile della formazione di una struttura tridimensionale stabile che presenta una conformazione caratteristica definita a “egg-box”. Le catene polimeriche si dispongono attorno agli ioni, creando una struttura tridimensionale compatta e resistente [se si vuole si può mettere immagine] e le goccioline si trasformano istantaneamente in piccole particelle/microparticelle gelificate.
La composizione dell’alginato, in particolare il rapporto tra residui guluronici (G) e mannuronici (M), ne influenza le proprietà: in particolare, un elevato numero di residui G è responsabile dell’ottenimento di un gel più rigido e stabile, mentre un gel più elastico e meno resistente si ottiene quando sono più numerosi i residui M sulle catene polimeriche.
Chitosano: un polimero versatile
Il chitosano è un altro polisaccaride naturale molto usato, ottenuto tramite deacetilazione della chitina, presente nei gusci dei crostacei, nei funghi e in altri organismi. La sua struttura è composta da D-glucosamina e N-acetil-D-glucosamina uniti da legami β-1,4.
Il chitosano è un biopolimero di origine naturale che, grazie alla sua elevata biocompatibilità, biodegradabilità e atossicità, ha suscitato un interesse crescente nei settori farmaceutico e biomedico. Tra le sue proprietà più apprezzate si annoverano la mucoadesione, la capacità di aumentare la permeabilità dei principi attivi attraverso le membrane biologiche, e una naturale attività antimicrobica, che ne amplia il potenziale applicativo. Queste caratteristiche derivano dalla presenza di gruppi amminici e idrossilici sulle catene polimeriche, che giocano un ruolo fondamentale nel modulare il rilascio dei farmaci, nel favorire la gelazione e nell’interazione con membrane biologiche.
Le proprietà fisico-chimiche del chitosano dipendono in larga misura da due fattori chiave: il grado di deacetilazione (DDA), che regola la quantità di gruppi amminici liberi e conferisce al polimero un comportamento policationico in ambiente acido e il peso molecolare, che influisce su viscosità, solubilità e, di conseguenza, sulla sua idoneità per applicazioni specifiche. L'interazione ionica alla base della formazione della struttura tridimensionale delle particelle/microparticelle a base di chitosano ottenute attraverso la gelazione ionotropica avviene tra i gruppi amminici presenti sulle catene polimeriche (in forma ionizzata in soluzioni acide diluite) e specifici anioni reticolanti. La formazione spontanea delle particelle/microparticelle in forma gelificata è facilitata da fattori come un’agitazione moderata e costante e una corretta concentrazione di controioni nel mezzo.
La gelazione ionotropica del chitosano avviene attraverso interazioni elettrostatiche tra i suoi gruppi amminici protonati e polianioni, come il tripolifosfato (TPP), e consente di ottenere particelle/microparticelle in modo semplice e rapido garantendo un’elevata efficienza di incapsulazione.
