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Formulazioni di nootropi e smart drugs con gli ultrasuoni

Le smart drugs e gli integratori nootropici vengono consumati come "potenziatori cognitivi" per aumentare le funzioni cognitive, la capacità cerebrale, la concentrazione, la memoria e la creatività, per incrementare la motivazione e l'energia mentale e per sostenere la salute del cervello. Per favorire il trasporto dei composti bioattivi come i nootropi, le smart drugs e le sostanze energizzanti attraverso la barriera emato-encefalica (BBB), le molecole devono essere in forma nano potenziata. I nano-liposomi, le micelle, le nanoparticelle solido-lipidiche, i nano-vettori nanostrutturati e le nano-emulsioni preparate a ultrasuoni sono noti per aumentare la biodisponibilità di molecole bioattive, vitamine e sostanze fitochimiche.

I nootropi o smart drugs sono molecole che stimolano il cervello e l'organismo. – i cosiddetti potenziatori cognitivi – che possono essere distinti nelle seguenti categorie: racetam, stimolanti, adattogeni, colinergici, serotoninergici, dopaminergici, farmaci intelligenti per la funzione metabolica e altre categorie ancora.
Siete interessati a queste diverse categorie di nootropi? Cliccate qui per saperne di più sui nootropi e sulla loro categorizzazione!

Cosa sono i liposomi e i nanocarrier a base lipidica?

I liposomi e i nano vettori a base lipidica, come le nano-emulsioni, le nano-sospensioni, le nanoparticelle lipidiche solide (SLN) e i vettori lipidici nanostrutturati (NLC), sono noti come potenti sistemi di trasporto dei farmaci, che veicolano molecole bioattive e sostanze nutritive al sito cellulare bersaglio, determinando così una biodisponibilità e tassi di assorbimento superiori.

I Liposomi

L'ultrasonicazione è la tecnica preferita per formare liposomi con un elevato carico di composti bioattivi.I liposomi possono essere classificati come una forma specifica di nanocarrier lipidici nanostrutturati. I liposomi sono vescicole sferiche con un nucleo acquoso racchiuso da uno o più strati lipidici. Poiché i liposomi offrono la capacità di incapsulare molecole lipofile e idrofile, hanno guadagnato una profonda accettazione come sistema di rilascio di farmaci altamente potenti. Nella sua struttura auto-assemblata e auto-chiusa, un liposoma può incapsulare più composti bioattivi (ad esempio, nutrienti o molecole terapeutiche) contemporaneamente. Il suo bilayer fosfolipidico protegge le molecole bioattive intrappolate dall'idrolisi e dalla degradazione ossidativa. Poiché la struttura del guscio del liposoma presenta una notevole somiglianza con la cellula dei mammiferi, i liposomi sono in grado di trasferire i composti bioattivi nelle cellule e nei siti subcellulari. I vantaggi noti dei sistemi di rilascio liposomiale includono la protezione dalla degradazione enzimatica, la bassa tossicità, l'elevata biocompatibilità, la biodegradabilità e la non immunogenicità.

L'ultrasonicazione è una tecnica rapida e affidabile per produrre liposomi, nanoliposomi e vettori lipidici nano-strutturati di qualità superiore.

UP400St, un potente omogeneizzatore a ultrasuoni da 400 watt, per la produzione di nano-liposomi.

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Liposomi, niosomi, nanoemulsioni, nanoparticelle solido-lipidiche e vettori lipidici nanostrutturati possono essere prodotti mediante emulsioni a ultrasuoni.

La composizione strutturale di liposomi, niosomi, nanoemulsioni, nanoparticelle solido-lipidiche, vettori lipidici nanostrutturati
immagine: Poonia et al. 2016

Altri nano-carrierini lipidici

Nanoparticelle solido-lipidiche caricate con famotidina (SLN) preparate mediante ultrasuoniI nano-carrier lipidici o nano-carrier a base lipidica sono definiti come sistemi di rilascio di farmaci/molecole di dimensioni nanometriche, che utilizzano strutture lipidiche per incapsulare molecole bioattive al fine di ottenere una migliore biodisponibilità, tassi di assorbimento più elevati, una maggiore stabilità a lungo termine e una protezione contro i fattori di degradazione esterni (ad esempio, ossidazione e idrolisi). I vettori lipidici nanostrutturati comprendono nanoparticelle lipidiche solide (SLN), vettori lipidici nanostrutturati (NLC), nanoliposomi, micelle, nanoemulsioni, nanosospensioni e nanotubi lipidici. La specifica composizione chimica e le corrispondenti caratteristiche fisico-chimiche conferiscono a ciascuna forma di nano-vettore vantaggi unici, che le rendono adatte a specifiche forme di somministrazione (ad esempio orale, endovenosa, intranasale, transdermica ecc.), combinazioni di molecole, capacità di carico o formulazioni a rilascio temporale.
Le nanoparticelle lipidiche solide (SLN) e i vettori lipidici nanostrutturati (NLC) sono definiti come particelle solide costituite da una matrice lipidica in una fase acquosa stabilizzata da tensioattivi.
Gli integratori liposomiali e altri integratori nanoincapsulati (ad es. SLN, NLC) offrono una biodisponibilità superiore, il che significa che un'altissima percentuale della sostanza bioattiva (ad es. vitamina, antiossidante, flavonoide, ecc.) viene assorbita e metabolizzata dalle cellule dell'organismo. Solo una piccolissima parte viene sprecata perché non viene assorbita ma escreta dall'organismo. Ciò rende le formulazioni nano-liposomiali molto potenti, efficaci e affidabili, poiché quasi tutte le molecole bioattive vengono consegnate alle cellule di destinazione.

Formulazione a ultrasuoni di molecole stimolanti con la massima biodisponibilità

La nanoemulsificazione e la nanoincapsulazione a ultrasuoni rendono le molecole nootropiche e psicoattive solubili in acqua e quindi altamente assorbibili e biodisponibili. Un tasso di assorbimento più elevato e una maggiore biodisponibilità e biocompatibilità rendono la sostanza bioattiva più potente e possono consentirle di attraversare la barriera emato-encefalica.

Incapsulamento a ultrasuoni di sostanze farmaceutiche in nanoparticelle lipidiche solide (SLN)

Preparazione a ultrasuoni di nanoparticelle solido-lipossidiche
(Kumar et al. 2019)

Formulazione a ultrasuoni di nootropici

  • I Liposomi
  • Nano-emulsioni
  • Micelle
  • Nanoparticelle lipidiche solide (SLN)
  • Vettori lipidici nanostrutturati (NLC)
  • Complesso di inclusione (ad es. ciclodestrina)
  • Niosomi
Processore a ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore a batch agitato

Omogeneizzatore a ultrasuoni UIP2000hdT (2kW) con reattore batch ad agitazione continua

Esistono numerose molecole, nutrienti e sostanze fitochimiche a sostegno della salute e della capacità cerebrale, che possono essere estratte e/o formulate in integratori nano potenziati, come liquidi, tinture, capsule, spray nasali, prodotti alimentari arricchiti, ecc.

La maggior parte dei nootropi conosciuti sono sostanze della classe dei racetam, come piracetam, aniracetam, oxiracetam, pramiracetam e fenilpiracetam. Molte racetam sono lipofile (=solubili nei grassi). Con il trattamento a ultrasuoni, il racetam liposolubile viene incapsulato in una forma nano potenziata, come nano-emulsioni, liposomi, nanoparticelle solido-lipidiche (SLN) e vettori lipidici nanostrutturati (NLC). Queste formulazioni nano potenziate trasformano il racetam idrorepellente e liposolubile in un prodotto idrosolubile. Poiché il flusso sanguigno del corpo umano è basato sull'acqua, le formulazioni idrosolubili nanostrutturate offrono una biodisponibilità significativamente più elevata.

Farmaci intelligenti nano potenziati a ultrasuoni

La tecnologia di incapsulamento e nanoformulazione a ultrasuoni consente di preparare integratori e prodotti terapeutici altamente biodisponibili. Le molecole bioattive che traggono vantaggio dalla formulazione a ultrasuoni in un sistema liposomiale o in un altro sistema lipidico nano-strutturato includono vitamine, antiossidanti, flavonoidi, estratti botanici, minerali, aminoacidi e peptidi.

  • Le vitamine e gli antiossidanti, che possono essere estratti da una fonte naturale o sintetizzati, comprendono la vitamina C, le vitamine del gruppo B, il glutatione, il resveratrolo, il CoQ10 (ubichinone), ecc.
  • Molecole vegetali e botaniche come CBD, THC, CBG (cannabis), catechine del tè verde (ad es. EGCG), nicotina, caffeina, ashwagandha, berberina, kratom ecc.
  • Funghi/estratti di funghi come astragalo, criniera di leone, coda di tacchino, chaga, psilocibina (funghi magici), ecc.
  • Aminoacidi come la creatina, la glicina, il 5-HTP (5-idrossitriptofano), la fenilalanina, la L-teanina (un analogo dell'aminoacido presente nel tè), il GABA (acido gamma-aminobutirrico), la taurina, la N-acetilcisteina (NAC), la L-tirosina, ecc.
  • I minerali come i chelati di magnesio (ad esempio, treonato di magnesio, orotato di magnesio) possono essere incapsulati a ultrasuoni come nano-particelle nei liposomi.
  • Nutrienti, peptidi e altre molecole come alfa-GPC, melatonina, colina (colina bitartrato, colina cloruro), ketamina (racemica), acidi grassi omega-3 (EPA, DHA), acido α-lipoico (ALA), selegilina (L-deprenil), centrofenossina, ossitocina, blu di metilene, ecc.

La formulazione liposomiale nano potenziata di molecole bioattive e nutrienti offre una biodisponibilità superiore e può consentire alle sostanze mirate di attraversare la barriera ematoencefalica. L'incapsulamento impedisce alle molecole bioattive di subire l'idrolisi indotta dagli acidi nello stomaco e la degradazione enzimatica nel tratto gastrointestinale, in modo che un'alta percentuale di nutrienti venga trasportata senza danni al sito mirato delle cellule.

Excursus: Estrazione a ultrasuoni di sostanze fitochimiche

La sonicazione è una tecnologia superiore per rilasciare molecole bioattive da piante, funghi e batteri. L'estrazione a ultrasuoni è un metodo non termico, il cui principio di funzionamento si basa sulla cavitazione acustica. La cavitazione acustica/ultrasonica crea taglio meccanico e turbolenze, che perforano e distruggono le pareti e le membrane cellulari e favoriscono il trasferimento di massa. In questo modo, la sonicazione rilascia le sostanze bioattive dall'interno della cellula e le trasferisce al solvente (ad esempio, acqua, etanolo, glicerina, olio vegetale, ecc.)
Per saperne di più sull'estrazione a ultrasuoni di molecole bioattive dai prodotti botanici!

Ultrasuonatori ad alte prestazioni per formulazioni nootropiche

I sistemi di Hielscher Ultrasonics sono macchine affidabili utilizzate nella produzione farmaceutica e di integratori per formulare nootropi e smart drugs di alta qualità, che vanno dalle nano-emulsioni ai liposomi, ai vettori lipidici nanostrutturati, alle nanoparticelle solido-lipidiche e ai complessi di inclusioni che sono caricati con vitamine, antiossidanti, flavonoidi, peptidi, polifenoli e altri composti bioattivi e forniscono la massima biodisponibilità, grande stabilità e funzionalità. Per soddisfare le richieste dei suoi clienti, Hielscher fornisce ultrasuonatori che vanno dall'omogeneizzatore compatto da laboratorio e da banco fino ai sistemi ultrasonici completamente industriali per la produzione di alti volumi di nootropi e formulazioni di smart drug. I processi di formulazione a ultrasuoni possono essere eseguiti in batch o come processo continuo in linea utilizzando un reattore a flusso continuo a ultrasuoni. È disponibile un'ampia gamma di sonotrodi (sonde) a ultrasuoni e di recipienti per reattori, per garantire una configurazione ottimale per la produzione di liposomi. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in ambienti difficili e garantisce un ciclo di vita prolungato degli ultrasuonatori.
I processori industriali Hielscher della serie hdT possono essere gestiti in modo comodo e semplice tramite il telecomando del browser.Il controllo preciso di tutti i parametri di processo più importanti, come ampiezza, pressione, temperatura e tempo di sonicazione, rende il processo a ultrasuoni affidabile e riproducibile. Hielscher Ultrasonics è consapevole dell'importanza di un'elevata qualità costante dei prodotti e supporta i produttori di integratori e prodotti terapeutici nell'implementazione della standardizzazione dei processi e delle GMP (Good Manufacturing Practices) grazie a un software intelligente e alla registrazione automatica dei dati. I nostri omogeneizzatori digitali a ultrasuoni registrano automaticamente tutti i parametri del processo a ultrasuoni su una scheda SD integrata. I display digitali touch e il controllo remoto via browser consentono il monitoraggio continuo del processo e permettono di regolare con precisione i parametri di processo ogni volta che è necessario. Ciò facilita notevolmente il monitoraggio del processo e il controllo della qualità.
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasonori:

Volume di batch Portata Dispositivi raccomandati
1 - 500mL 10 - 200mL/min UP100H
10 - 2000mL 20 - 400mL/min UP200Ht, UP400St
0,1 - 20L 0,2 - 4L/min UIP2000hdT
10 - 100L 2 - 10L/min UIP4000hdt
n.a. 10 - 100L/min UIP16000
n.a. più grande cluster di UIP16000

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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la dispersione, l'emulsione e l'estrazione di cellule.

Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza di laboratorio a pilota e Industriale scala.

Letteratura / Riferimenti



Particolarità / Cose da sapere

Nootropi e le droghe intelligenti

Il termine “nootropico” deriva dalle parole del greco antico νόος (nóos), che sta per “mente” e τροπή (tropḗ), che ha il significato di “svolta". I nootropi, noti anche come smart drugs, sono sostanze che "trasformano la mente", ovvero sostanze bioattive che agiscono sul cervello aumentando le funzioni cognitive, in particolare l'intelligenza, le funzioni esecutive, la memoria, la creatività, la vigilanza e la motivazione. Vengono utilizzati come potenziatori cognitivi o come doping cerebrale. Tra i nootropi più diffusi ci sono le racetam. La prima forma di racetam sintetizzata è derivata dal GABA ed è nota come piracetam, considerata non tossica e studiata a lungo termine. L'aniracetam, l'oxiracetam, il pramiracetam e il fenilpiracetam sono strutturalmente simili al piracetam, ma presentano una maggiore potenza stimolante. Le forme racetam più recenti, come il coluracetam, il fasoracetam, il nefiracetam o il noopept, non presentano analogie strutturali con il piracetam.
Alcuni nootropi possono avere anche effetti psichedelici o psicoattivi/psicotropi e influenzare i processi mentali, ad esempio la percezione, la coscienza, la cognizione, la reattività, l'umore e le emozioni.

Racetami

I racetam sono noti come il tipo originale di smart drug e il piracetam è il primo racetam sintetizzato e il primo nootropico in assoluto. Il piracetam è una molecola del gruppo dei racetam con il nome chimico di 2-osso-1-pirrolidina acetamide. È un derivato del neurotrasmettitore GABA (acido gamma-aminobutirrico). Il piracetam è una molecola farmacologica con un nucleo di pirrolidone, che viene comunemente prescritta ai pazienti con sintomi di Alzheimer o di pre-demenza. Tuttavia, il piracetam e altri racetam sono utilizzati anche da adulti sani per intensificare la trasmissione chimica sinaptica tra le cellule cerebrali. I racetam possono quindi aumentare il quoziente intellettivo generale, le funzioni di memoria e apprendimento, la chiarezza mentale e la motivazione. Altre molecole della classe dei racetam sono, ad esempio, il pramiracetam, l'oxiracetam, l'аnԁ aniracetam.
Poiché i racetam rientrano nella categoria delle sostanze non controllate negli Stati Uniti o in molti altri paesi del mondo, i racetam possono essere acquistati come integratori OTC (over-the-counter) senza prescrizione medica. I racetam sono considerati non tossici e tra gli effetti collaterali generali si annoverano i dolori di testa, che sono il risultato dell'esaurimento della colina nel cervello. Per questo motivo, gli utilizzatori spesso combinano la loro dose di racetam con un integratore di colina (ad esempio, colina bitartrato). Il sovradosaggio di racetam ha per lo più solo leggeri effetti collaterali, simili al consumo eccessivo di caffeina.

Stimolanti

Le sostanze stimolanti come la caffeina e la nicotina sono smart drugs ampiamente diffuse nella popolazione mondiale. La caffeina e la nicotina sono psicostimolanti legali, mentre l'uso della sottoclasse degli stimolanti, le anfetamine, è illegale. La classe degli stimolanti comprende quasi tutte le molecole che favoriscono la veglia e l'attenzione generale, riducono la sensazione di stanchezza e sonnolenza e aumentano allo stesso tempo le funzioni cerebrali e il quoziente di intelligenza (QI). Il Modafinil, farmaco contro la narcolessia, è uno dei farmaci più importanti, utilizzato da persone sane come "potenziatore cognitivo off-label" per aumentare le funzioni cognitive. Un altro farmaco usato off-label è il metilfenidato, un farmaco somministrato per trattare il disturbo da deficit di attenzione e iperattività (ADHD) e usato da individui sani come potenziatore cognitivo.
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Adattogeni

Le sostanze adattogene sono composti fitochimici, cioè molecole di origine vegetale, che vengono somministrate per rafforzare la risposta dell'organismo e del sistema immunitario a situazioni di stress. Gli adattogeni possono essere descritti come composti "stressanti", che provocano l'adattamento dell'organismo per mantenere o recuperare l'omeostasi (equilibrio tra i processi metabolici dell'organismo). La principale via d'azione degli adattogeni riguarda l'asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA) in risposta alla stimolazione dello stress esterno. Quasi tutti gli adattogeni rientrano nella classe dei farmaci non controllati, che possono essere acquistati come integratori da banco (OTC). Gli adattogeni più popolari e consumati sono, ad esempio, il ginseng, il gingerolo (zenzero), l'ashwagandha, l'eleuterococco senticosus (ginseng siberiano), la rodiola rosea (radice artica), la schisandra chinensis, la kava kava, la passiflora, l'iperico e la scutellaria baicalensis (zucchetto cinese).
La cannabis è un adattogeno? La cannabis ha ottenuto grande attenzione negli ultimi anni, soprattutto per i suoi composti antinfiammatori e rilassanti cannabidiolo (CBD) e cannabigerolo (CBG). Anche se i cannabinoidi sono composti non tossici derivati dalle piante e hanno dimostrato di avere effetti di riduzione dello stress sul corpo, la cannabis e i cannabinoidi non sono ufficialmente classificati come sostanze adattogene. Tuttavia, poiché il CBD, il CBG e i veri adattogeni presentano delle somiglianze nella loro funzione e nei loro effetti, vengono spesso utilizzati in combinazione per amplificare l'efficacia del cannabinoide e dell'adattogeno.
Sebbene gli adattogeni abbiano effetti di promozione della salute e di riduzione dello stress, mostrano solo piccoli effetti come potenziatori cognitivi, "di per sé". Il potenziamento cognitivo degli adattogeni si ottiene principalmente bilanciando la risposta allo stress, la resistenza e la salute generale dell'organismo, piuttosto che avviando direttamente la crescita di nuove cellule cerebrali o connessioni neurali.
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Colinergici

Le sostanze colinergiche sono composti chimici che imitano l'azione dell'acetilcolina e/o della butirrilcolina. Le smart drugs a base di colina vengono consumate per i loro effetti sulla memoria, sull'attenzione e sulla regolazione dell'umore. L'acetilcolina è uno dei principali neurotrasmettitori del cervello. È anche un componente essenziale per il corretto funzionamento del sistema nervoso periferico. La colina può essere assunta come integratore, ma è anche presente negli alimenti, ad esempio il tuorlo d'uovo e la soia sono particolarmente ricchi di colina.
La sulbutiamina (disponibile in commercio come farmaco da banco con il marchio Arcalion) è un derivato sintetico della tiamina (vitamina B1), che attraversa la barriera emato-encefalica ed è in grado di aumentare i livelli di tiamina nel cervello. Nota per migliorare la memoria e per superare la debolezza e la stanchezza riducendo l'inibizione psico-comportamentale, la sulbutiamina è utilizzata anche dagli atleti. La sulbutiamina è classificata come smart drug colinergica, poiché questa sostanza agisce come regolatore colinergico all'interno dell'ippocampo. Se utilizzata a dosaggi terapeutici, non sono stati osservati effetti collaterali gravi.

Serotoninergici

La serotonina, o 5-idrossitriptamina (5-HT), è un neurotrasmettitore monoaminico che contribuisce e controlla l'umore (benessere, felicità) e modula il sonno, l'appetito, la cognizione, l'apprendimento, la memoria, il sistema di ricompensa e numerosi processi fisiologici come il vomito e la vasocostrizione. La serotonina è prodotta all'interno dell'organismo dall'esposizione alla luce solare. I composti serotoninergici naturali (che promuovono o rilasciano la serotonina), come il L-triptofano, sono presenti anche nelle fonti alimentari.

Dopaminergici

I dopaminergici sono smart drug che agiscono sui livelli di dopamina nel cervello. La dopamina è un ormone e un neurotrasmettitore che svolge diversi ruoli importanti nel cervello e nell'organismo. Ad esempio, la via della dopamina è responsabile delle buone sensazioni e della segnalazione biochimica di feedback positivi in relazione a esperienze piacevoli come cibo gustoso, sesso, impegno sociale positivo, ecc.
La dopamina è disponibile come farmaco con i marchi Intropin, Dopastat e Revimine, tra gli altri, che vengono utilizzati principalmente come stimolanti nel trattamento di gravi cali di pressione, rallentamento della frequenza cardiaca e arresto cardiaco.
Le smart drugs dopaminergiche sono stimolatori di dopamina utilizzati per superare i bassi livelli di dopamina, che sono generalmente associati a bassi livelli di energia, mancanza di motivazione, anedonia (incapacità di provare piacere), apatia, depressione, comportamenti di dipendenza, scarsa memoria e ridotte prestazioni di apprendimento. Le smart drugs dopaminergiche più comuni sono la L-tirosina, la yohimbina e la selegilina (un inibitore delle MAO). Gli stimolatori della dopamina promuovono l'attenzione e la vigilanza aumentando l'efficacia della dopamina nel cervello o inibendo gli enzimi che la scompongono.

Altre categorie di smart drugs, potenziatori cognitivi e nootropi includono glicinergici, adenosinergici, adrenergici, cannabinoidergici, GABAergici, istaminergici, melatonergici, monoaminergici e oppioidergici.
Il gruppo dei nootropi "-ergici" è costituito da sostanze che modulano un sistema specifico dell'organismo e del cervello, integrato nella prima parte del termine. Ad esempio, i glicinergici modulano direttamente il sistema della glicina nel corpo e nel cervello, gli adenosinergici modulano direttamente il sistema dell'adenosina nel corpo e nel cervello, i dopaminergici agiscono sul sistema della dopamina e così via.

Complessi di inclusione

Un composto di inclusione è un complesso in cui una sostanza chimica – il cosiddetto “ospite” – ha una cavità in cui un'altra molecola – il cosiddetto “ospite” – è incluso.
Le ciclodestrine sono i composti ospiti più comunemente utilizzati, poiché possono formare complessi di inclusione con un'ampia varietà di composti solidi, liquidi e gassosi. I composti ospiti vanno da reagenti polari come acidi, ammine, piccoli ioni (ad esempio ClO4- , SCN-, anioni alogeni) a idrocarburi alifatici e aromatici altamente apolari e gas rari. I complessi di inclusione possono essere sintetizzati sia in soluzione che allo stato cristallino. La complessazione a ultrasuoni di complessi di inclusione a base di ciclodestrina è un metodo molto affidabile ed efficiente per produrre complessi di inclusione carichi, che offrono un'elevata stabilità e una maggiore biodisponibilità. L'acqua è comunemente usata come solvente, anche se il dimetilsolfossido e la dimetilformammide sono solventi alternativi da utilizzare.
Oltre all'inclusione di composti farmaceutici/nutraceutici, la ciclodestrina viene utilizzata anche come composto ospite per le molecole di fragranza, per ottenere una maggiore stabilità e un'azione a lento rilascio.
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