Получение составов ноотропов и «умных» препаратов с помощью ультразвука
«Умные» препараты и ноотропные добавки принимают как «средства для улучшения когнитивных функций», чтобы повысить когнитивные функции, возможности мозга, концентрацию, память и творческие способности, усилить мотивацию и умственную энергию, а также поддержать здоровье мозга. Чтобы способствовать переносу биоактивных соединений, таких как ноотропы, «умные» препараты и вещества, повышающие энергию, через гематоэнцефалический барьер (BBB), молекулы должны находиться в форме, усовершенствованной с помощью нанотехнологий. Известно, что полученные с помощью ультразвука нанолипосомы, мицеллы, твердые липидные наночастицы, наноструктурированные наноносители и наноэмульсии повышают биодоступность биоактивных молекул, витаминов и фитохимических веществ.
Ноотропы, или «умные» препараты, представляют собой молекулы, стимулирующие мозг и организм, – так называемые средства для улучшения когнитивных функций. Их можно разделить на следующие категории: рацетамы, стимуляторы, адаптогены, холинергические, серотонинергические и дофаминергические вещества, «умные» препараты, влияющие на метаболические функции, и другие категории.
Вас интересуют эти различные категории ноотропов? Нажмите здесь, чтобы узнать больше о ноотропах и их классификации!
Что такое липосомы и наноносители на основе липидов?
Липосомы и наноносители на основе липидов, такие как наноэмульсии, наносуспензии, твердые липидные наночастицы (SLNs) и наноструктурированные липидные носители (NLCs), известны как высокоэффективные системы доставки лекарственных веществ, которые доставляют биоактивные молекулы и питательные вещества к целевому участку клетки и тем самым обеспечивают превосходную биодоступность и высокую степень всасывания.
Липосомы
Липосомы можно отнести к особой форме наноструктурированных липидных наноносителей. Липосомы представляют собой сферические везикулы с водным ядром, окруженным одним или несколькими липидными бислоями. Благодаря способности инкапсулировать липофильные и гидрофильные молекулы липосомы получили широкое признание как высокоэффективная система доставки лекарственных веществ. В своей самособирающейся, самозамыкающейся структуре липосома может одновременно инкапсулировать несколько биоактивных соединений (то есть питательных веществ или терапевтических молекул). Ее фосфолипидный бислой защищает заключенные внутри биоактивные молекулы от гидролиза и окислительного разложения. Поскольку структура оболочки липосомы имеет значительное сходство с клеткой млекопитающего, липосомы способны переносить биоактивные соединения в клетки и субклеточные структуры. Известные преимущества липосомальных систем доставки включают защиту от ферментативного разложения, низкую токсичность, высокую биосовместимость, биоразлагаемость и неиммуногенность.
UP400St, мощный ультразвуковой гомогенизатор мощностью 400 ватт для производства нанолипосом.
Структурный состав липосом, ниосом, наноэмульсий, твердых липидных наночастиц и наноструктурированных липидных носителей
изображение: Poonia et al. 2016
Другие липидные наноносители
Липидные наноносители, или наноносители на основе липидов, определяются как наноразмерные системы доставки лекарственных веществ / молекул, которые используют липидные структуры для инкапсуляции биоактивных молекул с целью улучшения биодоступности, повышения степени всасывания, улучшения долговременной стабильности и защиты от внешних факторов разложения (например, окисления и гидролиза). Наноструктурированные липидные носители включают твердые липидные наночастицы (SLN), наноструктурированные липидные носители (NLC), нанолипосомы, мицеллы, наноэмульсии, наносуспензии и липидные нанотрубки. Особый химический состав и соответствующие ему физико-химические характеристики придают каждой форме наноносителя уникальные преимущества, благодаря которым она подходит для определенных способов введения (например, перорального, внутривенного, интраназального, трансдермального и т. д.), сочетаний молекул, требуемой загрузочной емкости или составов с высвобождением во времени.
Твердые липидные наночастицы (SLN) и наноструктурированные липидные носители (NLC) определяются как твердые частицы, состоящие из липидной матрицы в водной фазе и стабилизированные поверхностно-активными веществами.
Липосомальные и другие наноинкапсулированные добавки (например, SLNs, NLCs) обеспечивают превосходную биодоступность, а это означает, что очень высокий процент биоактивного вещества (например, витамина, антиоксиданта, флавоноида и т. д.) всасывается и метаболизируется клетками организма. Только очень малая доля теряется, поскольку не всасывается, а выводится из организма. Это делает нанолипосомальные составы очень мощными по действию, эффективными и надежными, поскольку почти все биоактивные молекулы доставляются к целевым клеткам.
Получение составов стимулирующих молекул с наивысшей биодоступностью с помощью ультразвука
Ультразвуковая наноэмульсификация и наноинкапсуляция делают ноотропные и психоактивные молекулы водорастворимыми и тем самым обеспечивают их высокую всасываемость и биодоступность. Более высокая степень всасывания, а также повышенные биодоступность и биосовместимость усиливают действие биоактивного вещества и могут обеспечить ему возможность преодолеть гематоэнцефалический барьер.
Получение составов ноотропов с помощью ультразвука
- Липосомы
- Наноэмульсии
- Мицеллы
- Твердые липидные наночастицы (SLN)
- Наноструктурированные липидные носители (NLC)
- Комплекс включения (например, с циклодекстрином)
- Ниосомы
Ультразвуковой гомогенизатор UIP2000hdT (2kW) с реактором периодического действия с непрерывным перемешиванием
Наиболее известные ноотропы – это вещества класса рацетамов, такие как пирацетам, анирацетам, оксирацетам, прамирацетам и фенилпирацетам. Многие рацетамы липофильны (=жирорастворимы). При обработке ультразвуком жирорастворимый рацетам инкапсулируется в форму, усовершенствованную с помощью нанотехнологий, такую как наноэмульсии, липосомы, твердые липидные наночастицы (SLNs) и наноструктурированные липидные носители (NLCs). Эти составы, усовершенствованные с помощью нанотехнологий, превращают водоотталкивающий, жирорастворимый рацетам в водорастворимый продукт. Поскольку кровь в организме человека имеет водную основу, водорастворимые составы, усовершенствованные с помощью нанотехнологий, обеспечивают значительно более высокую биодоступность.
«Умные» препараты, усовершенствованные с помощью ультразвуковых нанотехнологий
Технология ультразвуковой инкапсуляции и получения наносоставов позволяет производить добавки и терапевтические средства с высокой биодоступностью. К биоактивным молекулам, для которых полезно включение с помощью ультразвука в липосомальную или другую наноструктурированную липидную систему доставки, относятся витамины, антиоксиданты, флавоноиды, растительные экстракты, минералы, аминокислоты и пептиды.
- Витамины и антиоксиданты, которые можно экстрагировать из природного источника или синтезировать, включают витамин C, витамины группы B, глутатион, ресвератрол, CoQ10 (убихинон) и т. д.
- Молекулы из трав и других растений, такие как CBD, THC, CBG (каннабис), катехины зеленого чая (например, EGCG), никотин, кофеин, ашваганда, берберин, кратом и т. д.
- Экстракты грибов, такие как астрагал, ежовик гребенчатый, траметес разноцветный, чага, псилоцибин («волшебные грибы») и т. д.
- Аминокислоты, такие как креатин, глицин, 5-HTP (5-hydroxytryptophan), фенилаланин, L-теанин (аналог аминокислоты, содержащийся в чае), GABA (гамма-аминомасляная кислота), таурин, N-ацетилцистеин (NAC), L-тирозин и т. д.
- Минералы, такие как хелаты магния (например, треонат магния, оротат магния), могут быть инкапсулированы в липосомы в виде наночастиц с помощью ультразвука.
- Питательные вещества, пептиды и другие молекулы, такие как alpha-GPC, мелатонин, холин (битартрат холина, хлорид холина), (рацемический) кетамин, омега-3 жирные кислоты (EPA, DHA), α-липоевая кислота (ALA), селегилин (L-депренил), центрофеноксин, окситоцин, метиленовый синий и т. д.
Липосомальные составы биоактивных молекул и питательных веществ, усовершенствованные с помощью нанотехнологий, обеспечивают превосходную биодоступность и могут позволить целевым веществам преодолеть гематоэнцефалический барьер. Инкапсуляция защищает биоактивные молекулы от вызванного кислотой гидролиза в желудке и ферментативного разложения на всем протяжении желудочно-кишечного тракта, благодаря чему высокий процент питательного вещества переносится в неповрежденном виде к целевому участку клеток.
Отступление: ультразвуковая экстракция фитохимических веществ
Обработка ультразвуком – это превосходящая другие технология высвобождения биоактивных молекул из растений, грибов и бактерий. Ультразвуковая экстракция представляет собой нетермический метод, принцип действия которого основан на акустической кавитации. Акустическая / ультразвуковая кавитация создает механический сдвиг и турбулентность, которые перфорируют и разрушают клеточные стенки и мембраны и способствуют массопереносу. Таким образом, обработка ультразвуком высвобождает биоактивные вещества из внутреннего содержимого клеток и переносит их в растворитель (например, воду, этанол, глицерин, растительное масло и т. д.).
Узнайте больше об ультразвуковой экстракции биоактивных молекул из растительного сырья!
Высокопроизводительные ультразвуковые устройства для получения ноотропных составов
Системы Hielscher Ultrasonics – это надежные устройства, используемые в производстве фармацевтических препаратов и добавок для получения высококачественных ноотропов и «умных» препаратов в различных формах: от наноэмульсий до липосом, наноструктурированных липидных носителей, твердых липидных наночастиц и комплексов включения, содержащих витамины, антиоксиданты, флавоноиды, пептиды, полифенолы и другие биоактивные соединения и обеспечивающих наивысшую биодоступность, отличную стабильность и функциональность. Для удовлетворения потребностей своих клиентов Hielscher поставляет ультразвуковые устройства – от компактного ручного лабораторного гомогенизатора и настольных ультразвуковых устройств до полностью промышленных ультразвуковых систем для производства больших объемов ноотропных составов и составов «умных» препаратов. Ультразвуковые процессы получения составов можно выполнять в периодическом режиме или в виде непрерывного поточного процесса с использованием ультразвукового проточного реактора. Для обеспечения оптимальной конфигурации вашего производства липосом предлагается широкий ассортимент ультразвуковых сонотродов (зондов) и реакторных сосудов. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать круглосуточно, 24/7, при высоких нагрузках в сложных условиях и обеспечивает длительный срок службы ультразвуковых устройств.
Точный контроль всех важных параметров процесса, таких как амплитуда, давление, температура и время обработки ультразвуком, делает ультразвуковой процесс надежным и воспроизводимым. Hielscher Ultrasonics осознает важность неизменно высокого качества продукции и помогает производителям добавок и терапевтических средств внедрять стандартизацию процессов и GMP (надлежащую производственную практику) с помощью интеллектуального программного обеспечения и автоматической регистрации данных. Наши цифровые ультразвуковые гомогенизаторы автоматически записывают все параметры ультразвукового процесса на встроенную SD-карту. Цифровые сенсорные дисплеи и дистанционное управление через браузер позволяют непрерывно контролировать процесс и точно корректировать его параметры всякий раз, когда это необходимо. Это значительно облегчает мониторинг процесса и контроль качества.
В приведенной ниже таблице указана приблизительная производительность наших ультразвуковых устройств:
| Объем партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые гомогенизаторы для масштабов от лабораторного до пилотного и промышленного .
Литература / Источники
- 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.
Полезные сведения
Ноотропы и «умные» препараты
Термин «ноотроп» происходит от древнегреческих слов νόος (nóos), означающего «ум», и τροπή (tropḗ), означающего «поворот». Ноотропы, также известные как «умные» препараты, представляют собой вещества, «поворачивающие ум», то есть биоактивные вещества, воздействующие на мозг путем повышения когнитивных функций, в частности интеллекта, исполнительных функций, памяти, творческих способностей, бдительности и мотивации. Они используются как средства для улучшения когнитивных функций или как допинг для мозга. К популярным ноотропам относятся рацетамы. Первая синтезированная форма рацетама была получена из GABA и известна как пирацетам, который считается нетоксичным и исследуется на протяжении длительного времени. Анирацетам, оксирацетам, прамирацетам и фенилпирацетам структурно сходны с пирацетамом, но обладают более выраженным стимулирующим действием. Более новые формы рацетамов, такие как колурацетам, фасорацетам, нефирацетам или ноопепт, не имеют структурного сходства с пирацетамом.
Некоторые ноотропы также могут оказывать психоделические или психоактивные/психотропные эффекты и влиять на психические процессы, например на восприятие, сознание, познание, способность реагировать, настроение и эмоции.
Рацетамы
Рацетамы известны как первоначальный тип «умных» препаратов, а пирацетам – как первый синтезированный рацетам и первый в истории ноотроп. Пирацетам представляет собой молекулу группы рацетамов с химическим названием 2-oxo-1-pyrrolidine acetamide. Это производное нейромедиатора GABA (гамма-аминомасляной кислоты). Пирацетам – лекарственная молекула с пирролидоновым ядром, которую обычно назначают пациентам с симптомами болезни Альцгеймера или преддементного состояния. Однако пирацетам и другие рацетамы также используются здоровыми взрослыми для усиления химической синаптической передачи между клетками мозга. Таким образом, рацетамы могут повышать общий IQ, улучшать функции памяти и обучения, ясность мышления и мотивацию. Другими молекулами класса рацетамов являются, например, прамирацетам, оксирацетам и анирацетам.
Поскольку в США и многих других странах мира рацетамы относятся к категории веществ, не подлежащих контролю, их можно приобрести в качестве безрецептурных добавок OTC (over-the-counter). Рацетамы считаются нетоксичными, а распространенные побочные эффекты включают головные боли, возникающие в результате истощения запасов холина в мозге под действием рацетамов. Поэтому пользователи часто сочетают дозу рацетама с добавкой холина (например, битартратом холина). Передозировка рацетамов в большинстве случаев вызывает лишь легкие побочные эффекты, сходные с эффектами чрезмерного потребления кофеина.
Стимуляторы
Стимулирующие вещества, такие как кофеин и никотин, – это «умные» препараты, широко распространенные среди населения мира. Кофеин и никотин являются легальными психостимуляторами, тогда как применение амфетаминов, относящихся к подклассу стимуляторов, незаконно. Класс стимуляторов включает почти любую молекулу, которая способствует общему бодрствованию и бдительности, уменьшает чувство усталости и сонливости и одновременно повышает функции мозга и коэффициент интеллекта (IQ). Препарат против нарколепсии модафинил является одним из наиболее известных лекарственных средств, используемых здоровыми людьми как «средство для улучшения когнитивных функций вне зарегистрированных показаний» с целью повышения когнитивных функций. Другой препарат, применяемый вне зарегистрированных показаний, – метилфенидат, лекарство, назначаемое для лечения синдрома дефицита внимания и гиперактивности (ADHD) и используемое здоровыми людьми как средство для улучшения когнитивных функций.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции кофеина и никотина!
Адаптогены
Адаптогенные вещества – это фитохимические соединения, то есть молекулы растительного происхождения, которые применяют для усиления реакции организма и его иммунной системы на стрессовые ситуации. Адаптогены можно описать как соединения, «вызывающие стресс», которые побуждают организм адаптироваться для поддержания или восстановления гомеостаза (равновесия между метаболическими процессами организма). Основной путь адаптогенного действия затрагивает гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую ось (ось HPA) в ответ на стимуляцию внешним стрессом. Почти все адаптогены относятся к классу препаратов, не подлежащих контролю, которые можно приобрести в качестве безрецептурных добавок (OTC). Наиболее популярными и широко употребляемыми адаптогенами являются, например, женьшень, гингерол (имбирь), ашваганда, элеутерококк колючий (сибирский женьшень), родиола розовая (арктический корень), лимонник китайский, кава-кава, пассифлора, зверобой и шлемник байкальский (китайский шлемник).
Является ли каннабис адаптогеном? В последние годы каннабис привлек большое внимание, главным образом благодаря своим противовоспалительным и расслабляющим соединениям – каннабидиолу (CBD) и каннабигеролу (CBG). Хотя каннабиноиды являются нетоксичными соединениями растительного происхождения и обладают доказанным снижающим стресс действием на организм, каннабис и каннабиноиды официально не классифицируются как адаптогенные вещества. Но поскольку CBD, CBG и истинные адаптогены сходны по своим функциям и эффектам, их часто используют в сочетании, чтобы усилить эффективность как каннабиноида, так и адаптогена.
Хотя адаптогены оказывают благоприятное воздействие на здоровье и снижают стресс, сами по себе они лишь слабо улучшают когнитивные функции. Улучшение когнитивных функций под действием адаптогенов достигается главным образом за счет приведения в равновесие стрессовой реакции организма, его устойчивости и общего состояния здоровья, а не за счет непосредственного запуска роста новых клеток мозга или нейронных связей.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой экстракции адаптогенов из растительного сырья!
Холинергические вещества
Холинергические вещества – это химические соединения, имитирующие действие ацетилхолина и/или бутирилхолина. «Умные» препараты на основе холина принимают ради их влияния на память, внимание и регуляцию настроения. Ацетилхолин является одним из основных нейромедиаторов мозга. Он также является необходимым компонентом для правильного функционирования периферической нервной системы. Холин можно принимать в виде добавки, но он также присутствует в пище: например, яичные желтки и соевые бобы особенно богаты холином.
Сульбутиамин (который продается как безрецептурный препарат OTC (over the counter) под торговой маркой Arcalion) представляет собой синтетическое производное тиамина (витамина B1), преодолевающее гематоэнцефалический барьер и способное повышать уровень тиамина в мозге. Сульбутиамин, известный своей способностью улучшать память, преодолевать слабость и усталость и одновременно уменьшать психоповеденческое торможение, также используется спортсменами. Сульбутиамин классифицируется как холинергический «умный» препарат, поскольку это вещество действует как холинергический регулятор в гиппокампе. При применении в терапевтических дозах серьезных побочных эффектов не наблюдалось.
Серотонинергические вещества
Серотонин, или 5-hydroxytryptamine (5-HT), – это моноаминовый нейромедиатор, который влияет на настроение (благополучие, счастье) и контролирует его, а также модулирует сон, аппетит, познание, обучение, память, систему вознаграждения и многочисленные физиологические процессы, такие как рвота и сужение сосудов. Серотонин вырабатывается в организме под воздействием солнечного света. Природные серотонинергические соединения (способствующие образованию или высвобождению серотонина), такие как L-триптофан, также присутствуют в пищевых источниках.
Дофаминергические вещества
Дофаминергические вещества – это вещества «умных» препаратов, влияющие на уровень дофамина в мозге. Дофамин является гормоном и нейромедиатором, который выполняет несколько важных функций в мозге и организме. Например, дофаминовый путь отвечает за приятные ощущения и биохимическую передачу сигналов положительной обратной связи в отношении приятных переживаний, таких как вкусная еда, секс, позитивное социальное взаимодействие и т. д.
Дофамин доступен в качестве лекарства, в частности под торговыми марками Intropin, Dopastat и Revimine; эти препараты в основном используются как стимулирующее лекарственное средство при лечении выраженного снижения артериального давления, замедленного сердечного ритма и остановки сердца.
Дофаминергические «умные» препараты – это средства, повышающие действие дофамина и используемые для преодоления низкого уровня дофамина, который обычно связан с низким уровнем энергии, отсутствием мотивации, ангедонией (неспособностью испытывать удовольствие), апатией, депрессией, аддиктивным поведением, плохой памятью и сниженной способностью к обучению. Распространенными дофаминергическими «умными» препаратами являются L-тирозин, йохимбин и селегилин (ингибитор MAO). Средства, усиливающие действие дофамина, способствуют вниманию и бдительности, либо повышая эффективность дофамина в мозге, либо ингибируя ферменты, которые расщепляют дофамин.
Другие категории «умных» препаратов, средств для улучшения когнитивных функций и ноотропов включают глицинергические, аденозинергические, адренергические, каннабиноидергические, ГАМКергические, гистаминергические, мелатонинергические, моноаминергические и опиоидергические вещества.
Группа ноотропов с окончанием «-ергический» представляет собой вещества, модулирующие определенную систему в организме и мозге. Название этой системы включено в первую часть термина. Например, глицинергические вещества непосредственно модулируют глициновую систему в организме и мозге, аденозинергические вещества непосредственно модулируют аденозиновую систему в организме и мозге, дофаминергические вещества действуют на дофаминовую систему и так далее.
Комплексы включения
Соединение включения представляет собой комплекс, в котором одно химическое вещество – так называемый «хозяин» – имеет полость, в которую включается другая молекула – так называемый «гость».
Циклодекстрины являются наиболее часто используемыми соединениями-хозяевами, поскольку они могут образовывать комплексы включения с широким разнообразием твердых, жидких и газообразных соединений. Соединения-гости варьируются от полярных реагентов, таких как кислоты, амины, небольшие ионы (например, ClO4-, SCN-, анионы галогенов), до крайне неполярных алифатических и ароматических углеводородов и благородных газов. Комплексы включения можно синтезировать как в растворе, так и в кристаллическом состоянии. Ультразвуковое комплексообразование комплексов включения на основе циклодекстрина – это очень надежный и эффективный метод получения комплексов включения, содержащих гостевые вещества и обеспечивающих высокую стабильность и повышенную биодоступность. В качестве растворителя обычно используется вода, хотя альтернативными растворителями являются диметилсульфоксид и диметилформамид.
Помимо включения фармацевтических / нутрицевтических соединений, циклодекстрин также используется в качестве соединения-хозяина для молекул ароматических веществ, чтобы обеспечить более высокую стабильность и медленное высвобождение.
Узнайте больше о комплексах включения, полученных с помощью ультразвука!
