Nootropics och smarta droger formuleringar med ultraljud

Smart drugs and nootropic supplements are consumed as “Kognitiva förstärkare” in order to increase cognitive function, brain capacity, concentration, memory and creativity, to boost motivation and mental energy as well as to support brain health. To promote the transport of the bioactive compounds such as nootropics, smart drugs and energizing substances across the blood-brain-barrier (BBB), the molecules should be in a nano-enhanced form. Ultrasonically prepared nano-liposomes, micelles, solid-lipid nanoparticles, nanostructured nano carriers and nano-emulsions are known to increase the bioavailability of bioactive molecules, vitamins and phytochemicals.

Nootropika eller smarta droger är hjärn- och kroppsstimulerande molekyler – så kallade kognitiva förstärkare – , som kan delas in i följande kategorier racetams, stimulantia, adaptogener, kolinergika, serotonergika, dopaminergika, metabolisk funktion smarta droger och fler kategorier.
Intresserad av dessa olika kategorier av nootropics? Klicka här för att läsa mer om nootropics och deras kategorisering!

Vad är liposomer och lipidbaserade nanobärare?

Liposomer och lipidbaserade nanobärare såsom nanoemulsioner, nanosuspensioner, fasta lipidnanopartiklar (SLN) och nanostrukturerade lipidbärare (NLC) är kända som potenta läkemedelsbärarsystem, som levererar bioaktiva molekyler och näringsämnen till den riktade cellplatsen och därigenom resulterar i överlägsen biotillgänglighet och absorptionshastigheter.

liposomer

Liposomes can be categorized as a specific form of nanostructured lipid nanocarriers. Liposomes are spherical vesicles with an aqueous core enclosed by one or more lipid bilayers. Since liposomes offer the capability of encapsulate lipophilic and hydrophilic molecules, they have gained profound acceptance as a highly potent drug delivery system. In its self-assembled, self-closed structure, a liposome can encapsulate multiple bioactive compounds (i.e. nutrients or therapeutic molecules) at once. Its phospholipidic bilayer protects the entrapped bioactive molecules against hydrolysis and oxidative degradation. Since the structure of the liposome’s shell exhibits a significant similarity to mammalian cell, liposomes are capable to transfer bioactive compounds into cells and subcellular sites. Known advantages of liposomal delivery systems include their protections against enzymatic degradation, their low toxicity, high biocompatibility, biodegradability and non-immunogenicity.

Den strukturella sammansättningen av liposomer, niosomer, nanoemulsioner, fasta lipidnanopartiklar, nanostrukturerade lipidbärarebild: Poonia et al. 2016

Andra lipidiska nanobärare

Lipidiska nanobärare eller lipidbaserade nanobärare definieras som system för leverans av läkemedel/molekyler i nanostorlek, som använder lipidstrukturer för att kapsla in bioaktiva molekyler för att uppnå förbättrad biotillgänglighet, högre absorptionshastigheter, förbättrad långsiktig stabilitet och skydd mot externa nedbrytningsfaktorer (t.ex. oxidation, hydrolys). Nanostrukturerade lipidbärare inkluderar fasta lipidnanopartiklar (SLN), nanostrukturerade lipidbärare (NLC), nanoliposomer, miceller, nanoemulsioner, nanosuspensioner och lipidnanorör. Den specifika kemiska sammansättningen och dess motsvarande fysikalisk-kemiska egenskaper ger varje nanobärarform unika fördelar, vilket gör dem lämpliga för specifika administreringsformer (t.ex. orala, intravenösa, intranasala, transdermala etc.), molekylkombinationer, laddningskapacitet eller formuleringar med tidsfrisättning.
Fasta lipidnanopartiklar (SLN) och nanostrukturerade lipidbärare (NLC) definieras som fasta partiklar som består av en lipidmatris i en vattenfas stabiliserad av ytaktiva ämnen.
Liposomal and other nano-encapsulated (e.g. SLNs, NLCs) supplements offer a superior bioavailability, which means a very high percentage of the bioactive substance (e.g. vitamin, antioxidant, flavonoid etc.) is absorbed and metabolized by the body’s cells. Only a very small fraction is wasted since it is not absorbed but excreted by the body. This makes nano-liposomal formulations very potent, efficacious and reliable since nearly all of the bioactive molecules are delivered to the destination cells.

Ultraljud formulering av stimulerande molekyler med högsta biotillgänglighet

Ultraljud nano-emulgering och nano-inkapsling gör nootropa och psykoaktiva molekyler vattenlösliga och därmed mycket absorberbara och biotillgängliga. En högre absorptionshastighet samt ökad biotillgänglighet och biokompatibilitet gör det bioaktiva ämnet mer potent och kan göra det möjligt för det att passera blod-hjärnbarriären.

Ultraljudsberedning av fasta lipidnanopartiklar(Kumar et al. 2019)

Ultraljud formulering av nootropics

• liposomer
• nano-emulsioner
• miceller
• Fasta lipidnanopartiklar (SLN)
• Nanostrukturerade lipidbärare (NLC)
• Inklusionskomplex (t.ex. cyklodextrin)
• niosomer

Mest kända nootropika är ämnen i racetam klassen, såsom piracetam, aniracetam, oxiracetam, pramiracetam och fenylpiracetam. Många Racetams är lipofila (= fettlösliga). Med hjälp av ultraljudsbehandling är den fettlösliga racetam inkapslad i en nano-förbättrad form såsom nano-emulsioner, liposomer, fasta lipid nanopartiklar (SLN) och nanostrukturerade lipidbärare (NLC). Dessa nano-förbättrade formuleringar förvandlar den vattenavvisande, fettlösliga racetam till en vattenlöslig produkt. Eftersom blodomloppet i människokroppen är vattenbaserat, erbjuder nano-förbättrade vattenlösliga formuleringar en betydligt högre biotillgänglighet.

Ultraljud nano-förbättrade smarta droger

Ultraljudsinkapsling och nanoformuleringsteknik gör det möjligt att förbereda mycket biotillgängliga kosttillskott och terapier. Bioaktiva molekyler som drar nytta av att vara ultraljudsformulerade i ett liposomalt eller annat nanostrukturerat lipidbärarsystem inkluderar vitaminer, antioxidanter, flavonoider, botaniska extrakt, mineraler, aminosyror och peptider.

• Vitaminer och antioxidanter, som antingen kan extraheras från en naturlig källa eller syntetiseras, inkluderar C-vitamin, B-vitaminer, glutation, resveratrol, CoQ10 (ubikinon), etc.
• Växtbaserade och botaniska molekyler som CBD, THC, CBG (cannabis), grönt te-katekiner (t.ex. EGCG), nikotin, koffein, ashwagandha, berberin, kratom etc.
• Fungi? mushroom extracts such as astragalus, lion’s mane, turkey tail, chaga, psilocybin (magic mushrooms), etc.
• Aminosyror som kreatin, glycin, 5-HTP (5-hydroxytryptofan), fenylalanin, L-teanin (en aminosyraanalog som finns i te), GABA (gamma-aminosmörsyra), taurin, N-acetylcystein (NAC), L-tyrosin, etc.
• Mineraler som magnesiumkelater (t.ex. magnesiumtreonat, magnesiumorotat) kan ultraljudsinkapslas in som nanopartiklar i liposomer.
• Näringsämnen, peptider och andra molekyler som alfa-GPC, melatonin, kolin (kolinbitartrat, kolinklorid), (racemisk) ketamin, omega-3-fettsyror (EPA, DHA), α-liponsyra (ALA), selegilin (L-deprenyl), centrofenoxin, oxytocin, metylenblått, etc.

Den nanoförbättrade liposomala formuleringen av bioaktiva molekyler och näringsämnen erbjuder en överlägsen biotillgänglighet och kan göra det möjligt för de riktade ämnena att passera blod-hjärnbarriären. Inkapslingen förhindrar de bioaktiva molekylerna mot syrainducerad hydrolys i magsäcken och enzymatisk nedbrytning i hela mag-tarmkanalen, så att en hög andel av näringsämnet transporteras oskadat till den riktade platsen för cellerna.

Excursus: Ultraljud utvinning av fyto-kemikalier

Ultraljudsbehandling är den överlägsna tekniken för att frigöra bioaktiva molekyler från växter, svampar och bakterier. Ultraljudsextraktion är en icke-termisk metod, vars arbetsprincip är baserad på akustisk kavitation. Akustisk? ultraljudskavitation skapar mekanisk skjuvning och turbulens, som perforerar och stör cellväggar och membran och främjar massöverföring. Därmed frigör ultraljudsbehandling de bioaktiva ämnena från cellens inre och överför dem till lösningsmedlet (t.ex. vatten, etanol, glycerin, vegetabilisk olja etc.).
Lär dig mer om ultraljud extraktion av bioaktiva molekyler från växter!

Högpresterande ultraljudsapparater för nootropa formuleringar

Hielscher Ultrasonics’ systems are reliable machines used in the pharmaceutical and supplement production to formulate high-quality nootropics and smart drugs, which range from nano-emulsions to liposomes, nanostructured lipid carriers, solid-lipid nanoparticles, and inclusions complexes that are loaded with vitamins, antioxidants, flavonoids, peptides, polyphenols and other bioactive compounds and provide highest bioavailability, great stability and functionality. To meet its customers’ demands, Hielscher supplies ultrasonicators from the compact hand-held lab homogenizer and bench-top ultrasonicators to fully industrial ultrasonic systems for the production of high-volumes of nootropics and smart drug formulations. Ultrasonic formulating processes can be run as batch or as continuous inline process using an ultrasonic flow-through reactor. A broad range of ultrasonic sonotrodes (probes) and reactor vessels are available to ensure an optimal setup for your liposome production. The robustness of Hielscher’s ultrasonic equipment allows for 24/7 operation under heavy duty in demanding environments and ensure a long-life cycle of the ultrasonicators.
Den exakta kontrollen över alla viktiga processparametrar såsom amplitud, tryck, temperatur och ultraljudsbehandling tid gör ultraljudsprocessen tillförlitlig och reproducerbar. Hielscher Ultrasonics vet om vikten av kontinuerligt hög produktkvalitet och stöder kosttillskott och terapeutiska tillverkare att genomföra processstandardisering och GMP (Good Manufacturing Practices) genom intelligent programvara och automatisk dataregistrering. Våra digitala ultraljudshomogenisatorer registrerar automatiskt alla ultraljudsprocessparametrar på ett inbyggt SD-kort. Digitala pekskärmar och webbläsarens fjärrkontroll möjliggör kontinuerlig processövervakning och gör det möjligt att justera processparametrarna exakt när det behövs. Detta underlättar processövervakning och kvalitetskontroll avsevärt.
Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: