Nootropics og Smart Drugs-formuleringer med ultralyd
Smarte lægemidler og nootropiske kosttilskud indtages som "kognitive forstærkere" for at øge kognitiv funktion, hjernekapacitet, koncentration, hukommelse og kreativitet, for at øge motivation og mental energi samt for at støtte hjernens sundhed. For at fremme transporten af de bioaktive forbindelser såsom nootropics, smarte lægemidler og energigivende stoffer over blod-hjerne-barrieren (BBB), bør molekylerne være i en nano-forstærket form. Ultralydsfremstillede nanoliposomer, miceller, fast-lipid nanopartikler, nanostrukturerede nanobærere og nano-emulsioner er kendt for at øge biotilgængeligheden af bioaktive molekyler, vitaminer og fytokemikalier.
Nootropics eller smarte lægemidler er hjerne- og kropsstimulerende molekyler – såkaldte kognitive forstærkere – , som kan skelnes i følgende kategorier racetams, stimulanser, adaptogener, kolinergika, serotonergika, dopaminergika, metabolisk funktion smarte lægemidler og flere kategorier.
Interesseret i de forskellige kategorier af nootropics? Klik her for at læse mere om nootropics og deres kategorisering!
Hvad er liposomer og lipidbaserede nanobærere?
Liposomer og lipidbaserede nanobærere såsom nano-emulsioner, nanosuspensioner, faste lipid-nanopartikler (SLN'er) og nanostrukturerede lipidbærere (NLC'er) er kendt som potente lægemiddelbærersystemer, som leverer bioaktive molekyler og næringsstoffer til det målrettede cellested og derved resulterer i overlegen biotilgængelighed og absorptionshastigheder.
liposomer
Liposomer kan kategoriseres som en specifik form for nanostrukturerede lipid nanobærere. Liposomer er sfæriske vesikler med en vandig kerne omsluttet af et eller flere lipid-dobbeltlag. Da liposomer tilbyder evnen til at indkapsle lipofile og hydrofile molekyler, har de opnået dyb accept som et meget potent lægemiddelleveringssystem. I sin selvsamlede, selvlukkede struktur kan et liposom indkapsle flere bioaktive forbindelser (dvs. næringsstoffer eller terapeutiske molekyler) på én gang. Dets fosfolipide dobbeltlag beskytter de indespærrede bioaktive molekyler mod hydrolyse og oxidativ nedbrydning. Da strukturen af liposomets skal udviser en betydelig lighed med pattedyrsceller, er liposomer i stand til at overføre bioaktive forbindelser til celler og subcellulære steder. Kendte fordele ved liposomale leveringssystemer inkluderer deres beskyttelse mod enzymatisk nedbrydning, deres lave toksicitet, høje biokompatibilitet, bionedbrydelighed og ikke-immunogenicitet.
UP400St, en 400 watt kraftig ultralydshomogenisator, til fremstilling af nano-liposomer.
Den strukturelle sammensætning af liposomer, niosomer, nanoemulsioner, fast-lipid nanopartikler, nanostrukturerede lipidbærere
image: Poonia et al. 2016
Andre lipide nanobærere
Lipidiske nanobærere eller lipidbaserede nanobærere defineres som lægemiddel-/molekyleleveringssystemer i nanostørrelse, som bruger lipidstrukturer til at indkapsle bioaktive molekyler for at opnå forbedret biotilgængelighed, højere absorptionshastigheder, forbedret langsigtet stabilitet og beskyttelse mod eksterne nedbrydningsfaktorer (f.eks. oxidation, hydrolyse). Nanostrukturerede lipidbærere omfatter faste lipidnanopartikler (SLN), nanostrukturerede lipidbærere (NLC), nanoliposomer, miceller, nanoemulsioner, nanosuspensioner og lipidnanorør. Den specifikke kemiske sammensætning og dens tilsvarende fysisk-kemiske egenskaber giver hver nanobærerform unikke fordele, som gør dem velegnede til specifikke administrationsformer (f.eks. orale, intravenøse, intranasale, transdermale osv.), molekylekombinationer, belastningskapacitet eller formuleringer med tidsfrigivelse.
Faste lipid nanopartikler (SLN) og nanostrukturerede lipidbærere (NLC) defineres som faste partikler bestående af en lipidmatrix i en vandig fase stabiliseret af overfladeaktive stoffer.
Liposomale og andre nano-indkapslede (f.eks. SLN'er, NLC'er) kosttilskud tilbyder en overlegen biotilgængelighed, hvilket betyder, at en meget høj procentdel af det bioaktive stof (f.eks. vitamin, antioxidant, flavonoid osv.) absorberes og metaboliseres af kroppens celler. Kun en meget lille fraktion går til spilde, da den ikke absorberes, men udskilles af kroppen. Dette gør nano-liposomale formuleringer meget potente, effektive og pålidelige, da næsten alle de bioaktive molekyler leveres til destinationscellerne.
Ultralydsformulering af stimulerende molekyler med højeste biotilgængelighed
Ultralyd nano-emulgering og nano-indkapsling gør nootropiske og psykoaktive molekyler vandopløselige og derved meget absorberbare og biotilgængelige. En højere absorptionshastighed samt øget biotilgængelighed og biokompatibilitet gør det bioaktive stof mere potent og kan gøre det muligt for det at krydse blod-hjerne-barrieren.
Ultralydspræparation af fast-lipid nanopartikler
(Kumar et al. 2019)
Ultralydsformulering af nootropics
- liposomer
- nano-emulsioner
- miceller
- Faste lipid nanopartikler (SLN)
- Nanostrukturerede lipidbærere (NLC)
- Inklusionskompleks (f.eks. cyclodextrin)
- niosomer
Ultralyd homogenisator UIP2000hdT (2kW) med kontinuerligt omrørt batchreaktor
De mest kendte nootropics er stoffer i racetam-klassen, såsom piracetam, aniracetam, oxiracetam, pramiracetam og phenylpiracetam. Mange Racetams er lipofile (=fedtopløselige). Ved hjælp af ultralydsbehandling indkapsles den fedtopløselige racetam i en nano-forbedret form såsom nano-emulsioner, liposomer, faste lipid-nanopartikler (SLN'er) og nanostrukturerede lipidbærere (NLC'er). Disse nano-forbedrede formuleringer forvandler den vandafvisende, fedtopløselige racetam til et vandopløseligt produkt. Da blodbanen i den menneskelige krop er vandbaseret, tilbyder nanoforstærkede vandopløselige formuleringer en betydeligt højere biotilgængelighed.
Ultralyd nano-forbedrede smarte lægemidler
Ultralydsindkapslingen og nanoformuleringsteknologien muliggør fremstilling af meget biotilgængelige kosttilskud og terapier. Bioaktive molekyler, der har gavn af at blive ultralydsformuleret til et liposomalt eller andet nanostruktureret lipidbærersystem, omfatter vitaminer, antioxidanter, flavonoider, botaniske ekstrakter, mineraler, aminosyrer og peptider.
- Vitaminer og antioxidanter, som enten kan udvindes fra en naturlig kilde eller syntetiseres, omfatter C-vitamin, B-vitaminer, glutathion, resveratrol, CoQ10 (ubiquinon) osv.
- Urte- og botaniske molekyler såsom CBD, THC, CBG (cannabis), grøn te-katekiner (f.eks. EGCG), nikotin, koffein, ashwagandha, berberin, kratom osv.
- Svampe / svampeekstrakter som astragalus, løvemanke, kalkunhale, chaga, psilocybin (magiske svampe) osv.
- Aminosyrer såsom kreatin, glycin, 5-HTP (5-hydroxytryptofan), phenylalanin, L-theanin (en aminosyreanalog, der findes i te), GABA (gamma-aminosmørsyre), taurin, N-acetylcystein (NAC), L-tyrosin osv.
- Mineraler såsom magnesiumchelater (f.eks. magnesiumthreonat, magnesiumorotat) kan ultralyds indkapsles som nanopartikler til liposomer.
- Næringsstoffer, peptider og andre molekyler såsom alfa-GPC, melatonin, cholin (cholinbitartrat, cholinchlorid), (racemisk) ketamin, omega-3 fedtsyrer (EPA, DHA), α-liponsyre (ALA), selegilin (L-deprenyl), centrophenoxin, oxytocin, methylenblåt osv.
Den nano-forbedrede liposomale formulering af bioaktive molekyler og næringsstoffer giver en overlegen biotilgængelighed og kan gøre det muligt for de målrettede stoffer at krydse blod-hjernebarrieren. Indkapslingen forhindrer de bioaktive molekyler mod syreinduceret hydrolyse i mavesækken og enzymatisk nedbrydning i hele mave-tarmkanalen, så en høj procentdel af næringsstoffet transporteres ubeskadiget til det målrettede cellested.
Excursus: Ultralydsekstraktion af fytokemikalier
Sonikering er den overlegne teknologi til frigivelse af bioaktive molekyler fra planter, svampe og bakterier. Ultralydsekstraktion er en ikke-termisk metode, hvis arbejdsprincip er baseret på akustisk kavitation. Akustisk / ultralydskavitation skaber mekanisk forskydning og turbulenser, som perforerer og forstyrrer cellevægge og membraner og fremmer masseoverførsel. Derved frigiver sonikering de bioaktive stoffer fra cellens indre og overfører det til opløsningsmidlet (f.eks. Vand, ethanol, glycerin, vegetabilsk olie osv.).
Lær mere om ultralydsekstraktion af bioaktive molekyler fra botaniske stoffer!
Højtydende ultralydapparater til nootropiske formuleringer
Hielscher Ultrasonics' systemer er pålidelige maskiner, der bruges i farmaceutisk og kosttilskudsproduktion til at formulere nootropics af høj kvalitet og smarte lægemidler, som spænder fra nano-emulsioner til liposomer, nanostrukturerede lipidbærere, faste lipid-nanopartikler og inklusionskomplekser, der er fyldt med vitaminer, antioxidanter, flavonoider, peptider, polyfenoler og andre bioaktive forbindelser og giver højeste biotilgængelighed, stor stabilitet og funktionalitet. For at imødekomme kundernes krav leverer Hielscher ultralydapparater fra den kompakte håndholdte laboratoriehomogenisator og bord-top ultralydsapparater til fuldt industrielle ultralydssystemer til produktion af store mængder nootropics og smarte lægemiddelformuleringer. Ultralydsformuleringsprocesser kan køres som batch eller som kontinuerlig inline-proces ved hjælp af en ultralydsgennemstrømningsreaktor. En bred vifte af ultralydssonotroder (sonder) og reaktorbeholdere er tilgængelige for at sikre en optimal opsætning til din liposomproduktion. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr giver mulighed for 24/7 drift under tung belastning i krævende miljøer og sikrer en lang livscyklus for ultralydsapparaterne.
Den præcise kontrol over alle vigtige procesparametre såsom amplitude, tryk, temperatur og sonikeringstid gør ultralydsprocessen pålidelig og reproducerbar. Hielscher Ultrasonics kender til vigtigheden af kontinuerligt høj produktkvalitet og støtter producenter af kosttilskud og terapier med at implementere processtandardisering og GMP (Good Manufacturing Practices) ved hjælp af intelligent software og automatisk dataregistrering. Vores digitale ultralydshomogenisatorer registrerer automatisk alle ultralydsprocesparametre på et indbygget SD-kort. Digitale berøringsskærme og browserfjernbetjening giver mulighed for kontinuerlig procesovervågning og gør det muligt at justere procesparametrene præcist, når det er nødvendigt. Dette letter procesovervågning og kvalitetskontrol betydeligt.
Nedenstående tabel giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet for vores ultralydapparater:
| Batch volumen | Flowhastighed | Anbefalede enheder |
|---|---|---|
| 1 til 500 ml | 10 til 200 ml/min | UP100H |
| 10 til 2000 ml | 20 til 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 til 20L | 0.2 til 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 til 100L | 2 til 10 l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 til 100 l/min | UIP16000 |
| n.a. | Større | klynge af UIP16000 |
Kontakt os! / Spørg os!
Ultralydshomogenisatorer med høj effekt fra Lab til pilot og industriel skæl.
Litteratur / Referencer
- Zahra Hadian, Mohammad Ali Sahari, Hamid Reza Moghimi; Mohsen Barzegar (2014): Formulation, Characterization and Optimization of Liposomes Containing Eicosapentaenoic and Docosahexaenoic Acids; A Methodology Approach. Iranian Journal of Pharmaceutical Research (2014), 13 (2): 393-404.
- Neelam Poonia; Rajeev Kharb; Viney Lather; Deepti Pandita (2016): Nanostructured lipid carriers – versatile oral delivery vehicle. Future Sci. OA (2016) 2(3), FSO135.
- Weiwei Gao, Che-Ming J. Hu, Ronnie H. Fang, Liangfang Zhang (2013): Liposome-like Nanostructures for Drug Delivery. J Mater Chem B Mater Biol Med. 2013 Dec 28; 1(48).
- Liangfang Zhang; Steve Granick (2006): How to Stabilize Phospholipid Liposomes (Using Nanoparticles). Nano Letters. 2006 April, 6(4):694-8.
- Vassiliki Exarchou; Nikolaos Nenadis; Maria Tsimidou; Dimitrios Boskou (2002): Antioxidant Activities and Phenolic Composition of Extracts from Greek Oregano, Greek Sage, and Summer Savory. Journal of Agricultural and Food Chemistry 50(19). Oct. 2002. 5294-9.
- Joanna Kopecka, Giuseppina Salzano, PharmDa, Ivana Campia, Sara Lusa, Dario Ghigo, Giuseppe De Rosa, Chiara Riganti (2013): Insights in the chemical components of liposomes responsible for P-glycoprotein inhibition. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 2013.
- Khushwinder Kaur, Shivani Uppal, Ravneet Kaur, Jyoti Agarwal and Surinder Kumar Mehta (2015): Energy efficient, facile and cost effective methodology for formation of an inclusion complex of resveratrol with hp-β-CD. New J. Chem., 2015, 39, 8855.
Fakta, der er værd at vide
nootropics og Smart Drugs
Udtrykket “nootropisk” er afledt af de antikke græske ord νόος (nóos), som står for “sind” og τροπή (tropḗ), som har betydningen “drejer". Nootropics, også kendt som smarte stoffer, er "mind turning" stoffer, dvs. bioaktive stoffer, der påvirker hjernen ved at øge kognitiv funktion, især intelligens, eksekutive funktioner, hukommelse, kreativitet, årvågenhed og motivation. De bruges som kognitive forstærkere eller som hjernedoping. Populære nootropics inkluderer racetams. Den første syntetiserede racetamform blev afledt af GABA og er kendt som piracetam, som betragtes som ikke-toksisk og langsigtet undersøgt. Aniracetam, oxiracetam, pramiracetam og phenylpiracetam ligner strukturelt piracetam, men udviser højere stimulerende potenser. Nyere racetamformer såsom coluracetam, fasoracetam, nefiracetam eller noopept har ikke strukturelle ligheder med piracetam.
Nogle nootropics kan også have psykedeliske eller psykoaktive/psykotrope virkninger og påvirke mentale processer, f.eks. perception, bevidsthed, kognition, lydhørhed, humør og følelser.
Racetams
Racetams er kendt som den oprindelige type smart stof med piracetam som den første syntetiserede racetam en kendt som den første nootropic nogensinde. Piracetam er et molekyle i racetams-gruppen med det kemiske navn 2-oxo-1-pyrrolidinacetamid. Det er et derivat af neurotransmitteren GABA (gamma-aminosmørsyre). Piracetam er et lægemiddelmolekyle med en pyrrolidonkerne, som almindeligvis ordineres til patienter med Alzheimers eller præ-demens symptomer. Piracetam og andre racetams bruges dog også af raske voksne for at intensivere den kemiske synaptiske transmission mellem hjerneceller. Racetams kan derved øge den generelle IQ, hukommelse og indlæringsfunktioner, mental klarhed og motivation. Andre molekyler i klassen racetam er f.eks. pramiracetam, oxiracetam, аnց aniracetam.
Da racetams falder ind under kategorien af ikke-kontrollerede stoffer i USA eller mange andre lande i verden, kan racetams købes som håndkøbstilskud (over-the-counter) uden recept. Racetams betragtes som ikke-giftige, og generelle bivirkninger omfatter hovedpine, som er et resultat af racetams udtømning af cholin i hjernen. Derfor kombinerer brugerne ofte deres racetamdosis med et cholintilskud (f.eks. Cholin bitartrat. Overdoser af racetams har for det meste kun lette bivirkninger, som ligner forbruget af overdreven koffein.
Stimulanser
Stimulerende stoffer som koffein og nikotin er smarte stoffer, der er vidt udbredt i verdens befolkning. Koffein og nikotin er lovlige psykostimulanser, mens brugen af stimulansens underklasse af amfetamin er ulovlig. Klassen af stimulanser omfatter næsten ethvert molekyle, der fremmer generel vågenhed og årvågenhed, reducerer følelsen af træthed og døsighed og øger samtidig hjernefunktion og intelligenskvotient (IQ). Anti-narkolepsi-lægemidlet Modafinil er et af de mest fremtrædende medicinske lægemidler, som bruges af raske personer som "off-label kognitiv forstærker" til at øge kognitiv funktion. Et andet off-label brugt lægemiddel er methylphenidat, en medicin, der administreres til behandling af Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) og bruges af raske individer som kognitiv forstærker.
Klik her for at lære mere om ultralydsekstraktion af koffein og nikotin!
Adaptogener
Adaptogene stoffer er fytokemiske forbindelser, dvs. planteafledte molekyler, som administreres for at styrke kroppens respons og immunforsvar i stressede situationer. Adaptogener kan beskrives som "stressende" forbindelser, der provokerer kroppen til at tilpasse sig til at opretholde eller genvinde homeostase (ligevægt mellem kroppens metaboliske processer). Den vigtigste vej for adaptogen virkning påvirker hypothalamus-hypofyse-binyre (HPA-aksen) som reaktion på stimulering af ekstern stress. Næsten alle adaptogener falder ind under klassen af ikke-kontrollerede lægemidler, som kan købes som håndkøbstilskud (OTC). De mest populære og udbredte adaptogener er f.eks. ginseng, gingerol (ingefær), ashwagandha, eleutherococcus senticosus (sibirisk ginseng), rhodiola rosea (arktisk rod), schisandra chinensis, kava kava, passionsblomst, perikon og scutellaria baicalensis (kinesisk kalot).
Er cannabis et adaptogen? Cannabis har fået stor opmærksomhed i løbet af de seneste år, mest for dets antiinflammatoriske og afslappende forbindelser cannabidiol (CBD) og cannabigerol (CBG). Selv cannabinoider er ikke-giftige planteafledte forbindelser og har dokumenterede stressreducerende virkninger på kroppen, cannabis og cannabinoider er ikke officielt klassificeret som adaptogene stoffer. Men da CBD, CBG og ægte adaptogenika viser ligheder i deres funktion og virkninger, bruges de ofte i kombination for at forstærke effektiviteten af cannabinoiden såvel som adaptogenet.
Mens adaptogener har sundhedsfremmende og stressreducerende virkninger, viser de kun små effekter som kognitive forstærkere, "per se". Kognitiv forbedring fra adaptogener opnås hovedsageligt ved at afbalancere kroppens stressrespons, modstandsdygtighed og generelle sundhed i stedet for direkte at igangsætte væksten af nye hjerneceller eller neurale forbindelser.
Klik her for at lære mere om ultralydsekstraktion af adaptogener fra botaniske stoffer!
Kolinergiske stoffer
Kolinerge stoffer er kemiske forbindelser, der efterligner virkningen af acetylcholin og/eller butyrylcholin. Cholinbaserede smarte lægemidler indtages for deres virkninger på hukommelse, opmærksomhed og humørregulering. Acetylcholin er en af de vigtigste neurotransmittere i hjernen. Det er også en væsentlig komponent for, at det perifere nervesystem fungerer korrekt. Cholin kan tages som supplement, men findes også i fødevarer, f.eks. er æggeblommer og sojabønner særligt rige på cholin.
Sulbutiamin (som er kommercielt tilgængelig som OTC-lægemiddel (i håndkøb) under varemærket Arcalion) er et syntetisk derivat af thiamin (vitamin B1), som krydser blod-hjerne-barrieren og er i stand til at øge thiaminniveauet i hjernen. Sulbutiamin er kendt for at forbedre hukommelsen og for at overvinde svaghed og træthed og samtidig reducere psyko-adfærdshæmning, og bruges også af atleter. Sulbutiamin er klassificeret som et kolinergt smart lægemiddel, da dette stof fungerer som kolinerg regulator i hippocampus. Ved anvendelse i terapeutiske doser er der ikke observeret alvorlige bivirkninger.
Serotonergiske stoffer
Serotonin, eller 5-hydroxytryptamin (5-HT), er monoamin-neurotransmitter, der bidrager til og kontrollerer humør (velvære, lykke) og modulerer søvn, appetit, kognition, indlæring, hukommelse, belønningssystemet og adskillige fysiologiske processer såsom opkastning og vasokonstriktion. Serotonin produceres i kroppen ved udsættelse for sollys. Naturlige serotonerge (serotoninfremmende eller frigivende) forbindelser, såsom L-tryptofan, er også til stede i fødekilder.
Dopaminerge
Dopaminerge er smarte lægemiddelstoffer, der påvirker niveauet af dopamin i hjernen. Dopamin er et hormon og en neurotransmitter, der spiller flere vigtige roller i hjernen og kroppen. For eksempel er dopaminvejen ansvarlig for de gode følelser og biokemiske signaler af positiv feedback i forhold til behagelige oplevelser som velsmagende mad, sex, positivt socialt engagement osv.
Dopamin er tilgængelig som medicin under varemærkerne Intropin, Dopasta og Revimine, blandt andre, som hovedsageligt bruges som et stimulerende lægemiddel til behandling af alvorligt lavt blodtryk, langsom puls og hjertestop.
Dopaminerge smarte stoffer er dopaminboostere, der bruges til at overvinde lave dopaminniveauer, som generelt er forbundet med lave energiniveauer, mangel på motivation, anhedoni (manglende evne til at føle glæde), apati, depression, vanedannende adfærd, dårlig hukommelse og nedsat indlæringsevne. Almindelige dopaminerge smarte lægemidler er L-tyrosin, yohimbin og selegilin (en MAO-hæmmer). Dopaminboostere fremmer opmærksomhed og årvågenhed ved enten at øge effektiviteten af dopamin i hjernen eller hæmme de enzymer, der nedbryder dopamin.
Andre kategorier af smarte lægemidler, kognitive forstærkere og nootropika omfatter glycinergika, adenosinergika, adrenergika, cannabinoidergika, GABAergics, histaminergics, melatonergics, monoaminergics og opioidergics.
Gruppen af "-ergiske" nootropics er stoffer, der modulerer et specifikt system i kroppen og hjernen. Det specifikke system er integreret i første del af valgperioden. For eksempel modulerer glycinergika direkte glycinsystemet i kroppen og hjernen, adenosinergika modulerer direkte adenosinsystemet i kroppen og hjernen, dopaminerge virker på dopaminsystemet og så videre.
Inklusionskomplekser
En inklusionsforbindelse er et kompleks, hvor et kemisk stof – Den såkaldte “vært” – har et hulrum, hvori et andet molekyle – Den såkaldte “gæst” – er inkluderet.
Cyclodextriner er de mest almindeligt anvendte værtsforbindelser, da de kan danne inklusionskompleks med en lang række faste, flydende og gasformige forbindelser. Gæsteforbindelser spænder fra polære reagenser såsom syrer, aminer, små ioner (f.eks. ClO4-, SCN-, halogenanioner) til stærkt apolære alifatiske og aromatiske kulbrinter og sjældne gasser. Inklusionskomplekser kan syntetiseres enten i opløsning eller i krystallinsk tilstand. Ultralydskompleksdannelse af cyclodextrin-baserede inklusionskomplekser er en meget pålidelig og effektiv metode til at producere belastede inklusionskomplekser, som giver en høj stabilitet og øget biotilgængelighed. Vand bruges almindeligvis som opløsningsmiddel, selvom dimethylsulfoxid og dimethylformamid er alternative opløsningsmidler, der skal bruges.
Udover inkluderingen af farmaceutiske / nutraceutiske forbindelser bruges cyclodextrin også som værtsforbindelser for duftmolekyler for at opnå en højere stabilitet og en langsom frigivelse.
Læs mere om ultralydsproducerede inklusionskomplekser!