Sviluppo di forme farmaceutiche per rilascio prolungato di timolo per il trattamento della varroatosi in Apis mellifera

Bees are extremely important insects for the balance of the terrestrial ecosystem because they play a fundamental role in the survival of numerous plant species. Despite their undisputed importance, in recent years there has been a serious problem of colony loss in Apis mellifera bees due to the indiscriminate use of pesticides, the destruction of their natural habitat, and environmental pollution, and due to the presence of Varroa destructor. If Varroa d. infection is not treated, the colony inevitably collapses. Therefore, it is essential to intervene immediately with the use of acaricide treatments to counteract the infestation of Varroa mites. Acaricides can be divided into two categories: synthetic acaricides and natural acaricides. Natural acaricides, such as thymol, are characterised by excellent efficacy, but do not cause resistance or leave residues in the hive products. Thymol is a volatile molecule, and its effectiveness depends on the external temperature. Therefore, it is only used when the temperature is sufficiently high to ensure its sublimation or evaporation. Because of its high volatility, it is difficult to maintain an effective concentration of thymol within the hive for extended periods, and consequently, the product must be administered frequently. This thesis project aims to develop an effective, easy-to-use, cost-effective, and safe dosage form to reduce the frequency of thymol administration. To achieve this goal, strips and tablets containing thymol were produced using different techniques. The strips were prepared using a wet technique, while the tablets were obtained by compressing the adsorbates or granules produced to modify the release of thymol and improve their technological characteristics, such as flowability. Three different formulations containing 15, 30, and 50% (w/w) of thymol, mixed with microcrystalline cellulose and sorbitol were used to produce the strips. Tablets containing 30 and 50% (w/w) thymol were instead produced using adsorbates or granules obtained by melt granulation. To produce adsorbates, cellulose was used as a carrier and selected through a preformulation study. The granules were instead prepared using the same formulation that was used for the strips. The adsorbates and granules were used to produce tablets with a weight of approximately 3.6 g. To further slow down the release of thymol, it was decided to introduce 15% (w/w) of glyceryl behenate into the formulation of the tablets. The dosage forms (strips and tablets) were characterised by determining the crushing strength and the uniformity of the content. Subsequently, the dosage forms were characterised by in vitro studies leaving the dosage forms for 4 weeks, inside empty hives exposed to changes in temperature and humidity to evaluate the influence of environmental conditions on their technological properties. This study allowed us to select the most promising formulation represented by tablets obtained by compression of the adsorbate containing 50% thymol (w/w). This dosage form was selected for a further release study in which it was compared with the commercial product Apiguard® containing 12.5 g of thymol. In particular, three empty hives were set up: one containing Apiguard® and two containing 6 and 8 tablets, corresponding to 8 and 12.5 g of thymol, respectively. Nylon filters were placed at the bottom of the hives to adsorb the thymol released from the different dosage forms. Over a period of three weeks, at predetermined intervals, filters were collected and adsorbed thymol was quantified. The results show that the in vitro release profiles of Apiguard® can be achieved with the application of 8 tablets of the developed formulation. However, in vivo studies will be necessary to provide information on the real effectiveness of the product.

Le api sono gli insetti importantissimi per l'equilibrio dell'ecosistema terrestre in quanto rivestono un ruolo fondamentale per la sopravvivenza di numerose specie vegetali. Purtroppo negli ultimi anni si sta verificando una grave perdita di colonie di Apis mellifera a causa dell'uso indiscriminato di pesticidi, inquinamento ambientale, e soprattutto a causa del parassita Varroa destructor. Le infestazioni da Varroa d. devono essere trattate tempestivamente con acaricidi per scongiurare il collasso della colonia. Gli acaricidi possono essere suddivisi in due categorie: gli acaricidi sintetici e quelli di origine naturale. Gli acaricidi naturali, tra cui il timolo, sono caratterizzati da ottima efficacia, non danno resistenza e non lasciano residui nei prodotti dell'alveare. Tuttavia, il timolo è una molecola volatile e la sua efficacia dipende dalla temperatura esterna; inoltre, a causa della sua elevata volatilità, è difficile mantenerne una concentrazione efficace all'interno dell'arnia per periodi prolungati e di conseguenza, è necessario somministrare frequentemente il prodotto. Lo scopo di questo progetto di tesi è quello di sviluppare una forma di dosaggio efficace, di facile impiego, economica e sicura al fine di ridurre la frequenza di somministrazione di timolo. A tale scopo si è deciso di realizzare delle tavolette e delle compresse di timolo. Le tavolette sono state realizzate con una tecnica ad umido, mentre le compresse sono state ottenute mediante la compressione di adsorbiti o di granulati realizzati allo scopo di modificare il rilascio di timolo e migliorarne le caratteristiche di scorrevolezza. Per le tavolette sono state realizzate tre formulazioni contenenti rispettivamente il 50, 30 e 15%(p/p) di timolo miscelato con cellulosa microcristallina e sorbitolo. Le compresse invece sono state prodotte partendo da adsorbiti o da granulati ottenuti mediante granulazione per fusione contenenti 30 e 50%(p/p) di timolo. Per la realizzazione degli adsorbiti, il carrier utilizzato è la cellulosa che è stata selezionata mediante uno studio pre-formulativo. I granulati per fusione invece sono stati realizzati utilizzando la stessa formulazione usata per le tavolette. Adsorbiti e granulati sono stati impiegati per realizzare delle compresse di circa 3,6 g. Con lo scopo di rallentare ulteriormente il rilascio di timolo è stato deciso di introdurre nella formulazione delle compresse anche 15%(p/p) di beenato di glicerile. Le forme di dosaggio (tavolette e compresse) sono caratterizzate mediante determinazione del carico di rottura e uniformità di contenuto. Successivamente, le forme di dosaggio sono state caratterizzate in vitro lasciandole per 4 settimane all'interno di arnie vuote, esposte a cambiamenti di temperatura e umidità al fine di valutare l’influenza delle condizioni atmosferiche sulle proprietà tecnologiche. Questo primo studio ha permesso di selezionare la formulazione più promettente rappresentata dalle compresse ottenute per compressione di adsorbito contenenti il 50% (p/p) di timolo. Questa forma di dosaggio è stata selezionata per un ulteriore studio di rilascio in cui è stata confrontata con il prodotto commerciale Apiguard® contenente 12.5 g di timolo. In particolare sono state allestite tre arnie vuote: una contenente Apiguard® e due contenenti rispettivamente 6 e 8 compresse di adsorbito pari a 8 e 12.5 g di timolo. Sul fondo delle arnie sono stati posizionati dei filtri in nylon per adorbire il timolo rilasciato dalle diverse forme di dosaggio. Per un periodo di tre settimane, ad intervalli di tempo prestabiliti, sono stati prelevati dei filtri ed è stato quantificato il timolo adsorbito. I risultati evidenziano che i profili di rilascio in vitro di timolo da Apiguard® sono sovrapponibili a quelli ottenuti con l'applicazione di 8 compresse, tuttavia ulteriori studi in vivo saranno necessari per poter fornire informazioni sull’efficacia reale del prodotto.