L'analisi frattale nella tecnica farmaceutica

Il concetto di “frattale” (dal latino fractus) è stato introdotto per la prima volta dal matematico Benoit Mandelbrot per far fronte all’esigenza di descrivere fenomeni complessi spesso riscontrabili in natura. Un oggetto frattale si caratterizza per la sua particolare forma geometrica, frazionaria ed irregolare, che riflette le sue proprietà fondamentali: l’autosomiglianza e lo space-filling. L’analisi frattale ha recentemente trovato applicazione nelle discipline più disparate, tra cui il campo farmaceutico, dove studi sperimentali e strumenti innovativi hanno operato traendo notevoli vantaggi dal confronto tra i sistemi farmaceutici e gli affascinanti insiemi frattali. Per intuire la grande innovazione che l’analisi frattale può apportare è necessario comprendere questa “terza forma della materia” e le sue dimensioni caratteristiche: non più quelle della geometria euclidea, bensì le dimensioni frattali lineari, superficiali e reattive, quantità tipicamente frazionarie. Per quantificare tali parametri ed analizzare la morfologia di una superficie ci si serve di tecniche alternative tra loro, caratterizzate tutte da vantaggi e svantaggi, quali: l’analisi S.E.M. al microscopio elettronico a scansione, l’adsorbimento dell’azoto che permette di analizzare l’intero campione, l’A.F.M. che impiegando la microscopia di forza atomica raggiunge una risoluzione nanomolecolare, il picnometro a mercurio con cui si determina il diametro dei pori e la loro area. Nei primi tre studi è stata sottolineata l’importanza che assume la scelta di una determinata tecnica di preparazione sulla morfologia tipica dei granuli ottenuti, nonché sulle loro conseguenti proprietà reologiche. Nella seconda parte si sottolinea come la morfologia stessa sia in grado di influire anche su processi quali assorbimento, catalisi, diffusione e dissoluzione. Quest’ultima reazione in particolare, poiché determina la biodisponibilità delle forme farmaceutiche, viene trattata nel resto degli esperimenti riportati, grazie alla definizione del parametro relativo alla dimensione frattale reattiva, DR, e al suo confronto con DS, pertinente la superficie. Lo studio del processo di dissoluzione è, quindi, applicato a casi diversi: particelle di cloruro di sodio rilasciate da una compressa di polimero insolubile; sali dell’acido ursodesossicolico preparati impiegando basi diverse, inorganiche ed organiche; granuli di piroxicam derivati da due diverse tecniche di granulazione ad umido, ad acqua e al vapore, caratterizzati da una velocità di dissoluzione diversa; granuli di piroxicam granulati ad acqua e al vapore, impiegando eccipienti diversi; l’incrementata solubilità dell’indometacina nell’eccipiente idrofilo β-ciclodestrina attraverso l’utilizzo degli ultrasoni; l’aumento nella dissoluzione di particelle di diclofenac derivate da polveri ottenute col congelamento spray, impiegando un eccipiente idrofilo (Gelucire 50/13) e gli ultrasuoni. Dallo studio dei fenomeni alla base della reazione di dissoluzione è possibile trarre uno strumento di certa utilità per la progettazione di forme di dosaggio più idonee al raggiungimento di un grado di rilascio controllato.
Si ritiene che la tecnologia farmaceutica, la biofarmaceutica e la farmacocinetica siano le aree più promettenti in cui l’analisi frattale possa apportare, in futuro, ulteriori, preziosi e nuovi sviluppi.