Nootropics och smarta droger formuleringar med ultraljud
Smarta droger och nootropa kosttillskott konsumeras som "kognitiva förstärkare" för att öka den kognitiva funktionen, hjärnans kapacitet, koncentration, minne och kreativitet, för att öka motivationen och den mentala energin samt för att stödja hjärnans hälsa. För att främja transporten av de bioaktiva föreningarna som nootropika, smarta läkemedel och energigivande ämnen över blod-hjärnbarriären (BBB), bör molekylerna vara i en nanoförstärkt form. Ultraljudspreparerade nanoliposomer, miceller, fasta lipidnanopartiklar, nanostrukturerade nanobärare och nanoemulsioner är kända för att öka biotillgängligheten av bioaktiva molekyler, vitaminer och fytokemikalier.
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
Liposomer kan kategoriseras som en specifik form av nanostrukturerade lipidnanobärare. Liposomer är sfäriska vesiklar med en vattenhaltig kärna innesluten av ett eller flera lipiddubbellager. Eftersom liposomer erbjuder förmågan att kapsla in lipofila och hydrofila molekyler, har de fått djup acceptans som ett mycket potent läkemedelsleveranssystem. I sin självmonterade, självslutna struktur kan en liposom kapsla in flera bioaktiva föreningar (dvs. näringsämnen eller terapeutiska molekyler) samtidigt. Dess fosfolipidiska dubbelskikt skyddar de instängda bioaktiva molekylerna mot hydrolys och oxidativ nedbrytning. Eftersom strukturen på liposomens skal uppvisar en betydande likhet med däggdjursceller, kan liposomer överföra bioaktiva föreningar till celler och subcellulära platser. Kända fördelar med liposomala leveranssystem inkluderar deras skydd mot enzymatisk nedbrytning, deras låga toxicitet, höga biokompatibilitet, biologiska nedbrytbarhet och icke-immunogenicitet.
UP400St, en 400 watt kraftfull ultraljudshomogenisator, för produktion av nanoliposomer.
Den strukturella sammansättningen av liposomer, niosomer, nanoemulsioner, fasta lipidnanopartiklar, nanostrukturerade lipidbärare
bild: 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.
Liposomala och andra nanoinkapslade (t.ex. SLNs, NLCs) kosttillskott erbjuder en överlägsen biotillgänglighet, vilket innebär att en mycket hög andel av det bioaktiva ämnet (t.ex. vitamin, antioxidant, flavonoid etc.) absorberas och metaboliseras av kroppens celler. Endast en mycket liten fraktion går till spillo eftersom den inte absorberas utan utsöndras av kroppen. Detta gör nano-liposomala formuleringar mycket potenta, effektiva och tillförlitliga eftersom nästan alla bioaktiva molekyler levereras till destinationscellerna.
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
Homogenisator med ultraljud UIP2000hdT (2 kW) med kontinuerligt omrörd satsreaktor
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.
- Svamp- / svampextrakt som astragalus, lejonmane, kalkonsvans, chaga, psilocybin (magiska svampar) osv.
- 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 system är pålitliga maskiner som används i läkemedels- och kosttillskottsproduktionen för att formulera högkvalitativa nootropics och smarta läkemedel, som sträcker sig från nano-emulsioner till liposomer, nanostrukturerade lipidbärare, fasta lipid nanopartiklar och inneslutningar komplex som är laddade med vitaminer, antioxidanter, flavonoider, peptider, polyfenoler och andra bioaktiva föreningar och ger högsta biotillgänglighet, stor stabilitet och funktionalitet. För att möta sina kunders krav levererar Hielscher ultraljudsapparater från den kompakta handhållna labbhomogenisatorn och bänkskivan ultraljudsapparater till helt industriella ultraljudssystem för produktion av stora volymer nootropics och smarta läkemedelsformuleringar. Ultraljudsformuleringsprocesser kan köras som batch eller som kontinuerlig inline-process med hjälp av en ultraljudsgenomströmningsreaktor. Ett brett utbud av ultraljudssonotroder (sonder) och reaktorkärl finns tillgängliga för att säkerställa en optimal inställning för din liposomproduktion. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift under tung belastning i krävande miljöer och säkerställer en lång livscykel för ultraljudsapparaterna.
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:
| Batchvolym | Flöde | Rekommenderade enheter |
|---|---|---|
| 1 till 500 ml | 10 till 200 ml/min | UP100H |
| 10 till 2000 ml | 20 till 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 till 20L | 0.2 till 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 till 100L | 2 till 10L/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 till 100 L/min | UIP16000 |
| N.A. | Större | kluster av UIP16000 |
Kontakta oss! / Fråga oss!
Ultraljudshomogenisatorer med hög effekt från labb till pilot och industriell skala.
Litteratur / Referenser
- 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 som är värda att veta
nootropika och smarta droger
Termen “nootropa” härstammar från de antika grekiska orden νόος (nóos), som står för “sinne” och τροπή (tropḗ), som har betydelsen “svarvning". Nootropika, även kända som smarta droger, är "sinnesvändande" ämnen, dvs bioaktiva ämnen som påverkar hjärnan genom att öka den kognitiva funktionen, särskilt intelligens, exekutiva funktioner, minne, kreativitet, vakenhet och motivation. De används som kognitiva förstärkare eller som hjärndopning. Populära nootropics inkluderar racetams. Den första syntetiserade racetam formen härleddes från GABA och är känd som piracetam, som anses vara giftfri och långsiktigt undersökt. Aniracetam, oxiracetam, pramiracetam och fenylpiracetam liknar strukturellt piracetam, men uppvisar högre stimulerande potenser. Nyare racetam former såsom coluracetam, fasoracetam, nefiracetam, eller noopept har inte strukturella likheter med piracetam.
Vissa nootropika kan också ha psykedeliska eller psykoaktiva/psykotropa effekter och påverka mentala processer, t.ex. uppfattning, medvetenhet, kognition, lyhördhet, humör och känslor.
Racetams
Racetams är kända som den ursprungliga typen av smarta läkemedel med piracetam som den första syntetiserade racetam en känd som den första nootropikum någonsin. Piracetam är en molekyl i racetams-gruppen med det kemiska namnet 2-oxo-1-pyrrolidinacetamid. Det är ett derivat av signalsubstansen GABA (gamma-aminosmörsyra). Piracetam är en läkemedelsmolekyl med en pyrrolidonkärna, som vanligtvis ordineras till patienter med Alzheimers eller symtom på pre-demens. Emellertid, Piracetam och andra racetams används också av friska vuxna för att intensifiera den kemiska synaptiska överföringen mellan hjärnceller. Racetams kan därmed höja den allmänna IQ, minne och inlärningsfunktioner, mental klarhet och motivation. Andra molekyler i klassen racetam är t.ex. pramiracetam, oxiracetam, och aniracetam.
Eftersom racetams faller inom kategorin icke-kontrollerade ämnen i USA eller många andra länder i världen, racetams kan köpas som OTC (over-the-counter) kosttillskott utan recept. Racetams anses vara giftfria och allmänna biverkningar inkluderar huvudvärk, som är ett resultat av racetams utarmning av kolin i hjärnan. Därför, användare ofta kombinera sin racetam dos med en kolin tillägg (t.ex. kolin bitartrat. Överdoser av racetams har oftast bara lätta biverkningar, som liknar konsumtionen av överdrivet koffein.
Stimulantia
Stimulerande ämnen som koffein och nikotin är smarta droger som är vida spridda bland världens befolkning. Koffein och nikotin är lagliga psykostimulantia, medan användningen av stimulantians underklass amfetamin är olaglig. Klassen av stimulantia inkluderar nästan alla molekyler som främjar allmän vakenhet och vakenhet, minskar känslan av trötthet och dåsighet och samtidigt ökar hjärnans funktion och intelligenskvot (IQ). Anti-narkolepsiläkemedlet Modafinil är ett av de mest framstående läkemedlen, som används av friska individer som "off-label kognitiv förstärkare" för att öka kognitiv funktion. Ett annat off-label använt läkemedel är metylfenidat, ett läkemedel som administreras för att behandla Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD) och används av friska individer som kognitiv förstärkare.
Klicka här för att lära dig mer om ultraljud extraktion av koffein och nikotin!
Adaptogener
Adaptogena ämnen är fytokemiska föreningar, det vill säga växtbaserade molekyler, som administreras för att stärka kroppens reaktion och immunförsvar mot stressiga situationer. Adaptogener kan beskrivas som "stressande" föreningar, som provocerar kroppen att anpassa sig till att upprätthålla eller återfå homeostas (jämvikt mellan kroppens metaboliska processer). Den huvudsakliga vägen för adaptogen verkan påverkar hypotalamus-hypofys-binjurebarken (HPA-axeln) som svar på stimulering av yttre stress. Nästan alla adaptogener faller inom klassen icke-kontrollerade läkemedel, som kan köpas som receptfria (OTC) kosttillskott. De mest populära och mest konsumerade adaptogenerna är t.ex. ginseng, gingerol (ingefära), ashwagandha, eleutherococcus senticosus (sibirisk ginseng), rhodiola rosea (arktisk rot), schisandra chinensis, kava kava, passionsblomma, johannesört och scutellaria baicalensis (kinesisk kalott).
Är cannabis en adaptogen? Cannabis har fått stor uppmärksamhet under de senaste åren, främst för sina antiinflammatoriska och avslappnande föreningar cannabidiol (CBD) och cannabigerol (CBG). Även cannabinoider är giftfria växtbaserade föreningar och har bevisade stressreducerande effekter på kroppen, cannabis och cannabinoider är inte officiellt klassificerade som adaptogena ämnen. Men eftersom CBD, CBG och äkta adaptogenika visar likheter i deras funktion och effekter, används de ofta i kombination för att förstärka effektiviteten hos cannabinoiden såväl som adaptogenen.
Även om adaptogener har hälsofrämjande och stressreducerande effekter, visar de endast små effekter som kognitiva förstärkare "i sig". Kognitiv förbättring från adaptogener uppnås främst genom att balansera ut kroppens stressrespons, motståndskraft och allmänna hälsa, snarare än att direkt initiera tillväxten av nya hjärnceller eller neurala kopplingar.
Klicka här för att lära dig mer om ultraljud utvinning av adaptogener från växter!
Kolinergika
Kolinerga ämnen är kemiska föreningar som efterliknar effekten av acetylkolin och/eller butyrylkolin. Kolinbaserade smarta droger konsumeras för sina effekter på minne, uppmärksamhet och humörreglering. Acetylkolin är en av de viktigaste signalsubstanserna i hjärnan. Det är också en viktig komponent för att det perifera nervsystemet ska fungera korrekt. Kolin kan tas som tillskott, men finns också i livsmedel, t.ex. äggulor och sojabönor är särskilt rika på kolin.
Sulbutiamin (som är kommersiellt tillgänglig som OTC (over the counter) läkemedel under varumärket Arcalion) är ett syntetiskt derivat av tiamin (vitamin B1), som passerar blod-hjärnbarriären och kan öka tiaminnivåerna i hjärnan. Sulbutiamin är känt för att förbättra minnet och för att övervinna svaghet och trötthet samtidigt som det minskar psyko-beteendemässig hämning, används också av idrottare. Sulbutiamin klassificeras som ett kolinergt smart läkemedel eftersom detta ämne fungerar som en kolinerg regulator i hippocampus. Vid användning i terapeutiska doser har inga allvarliga biverkningar observerats.
Serotonergika
Serotonin, eller 5-hydroxytryptamin (5-HT), är monoamin neurotransmittor som bidrar till och kontrollerar humör (välbefinnande, lycka) och modulerar sömn, aptit, kognition, inlärning, minne, belöningssystemet och många fysiologiska processer som kräkningar och vasokonstriktion. Serotonin produceras i kroppen genom exponering för solljus. Naturliga serotonerga (serotoninfrämjande eller frisättande) föreningar, såsom L-tryptofan, finns också i livsmedelskällor.
Dopaminerga medel
Dopaminergika är smarta läkemedelssubstanser som påverkar nivåerna av dopamin i hjärnan. Dopamin är ett hormon och en signalsubstans som spelar flera viktiga roller i hjärnan och kroppen. Till exempel är dopaminvägen ansvarig för de goda känslorna och biokemisk signalering av positiv feedback när det gäller trevliga upplevelser som god mat, sex, positivt socialt engagemang, etc.
Dopamin finns som läkemedel under varumärkena Intropin, Dopastat och Revimine, bland andra, som huvudsakligen används som ett stimulerande läkemedel vid behandling av allvarligt lågt blodtryck, långsam hjärtfrekvens och hjärtstillestånd.
Dopaminerga smarta droger är dopaminförstärkare som används för att övervinna låga dopaminnivåer, som i allmänhet är förknippade med låga energinivåer, brist på motivation, anhedoni (oförmåga att känna njutning), apati, depression, beroendeframkallande beteenden, dåligt minne och minskad inlärningsförmåga. Vanliga dopaminerga smarta läkemedel är L-tyrosin, yohimbin och selegilin (en MAO-hämmare). Dopaminförstärkare främjar uppmärksamhet och vakenhet genom att antingen öka effekten av dopamin i hjärnan eller hämma de enzymer som bryter ner dopamin.
Andra kategorier av smarta droger, kognitiva förstärkare och nootropika inkluderar glycinergika, adenosinergika, adrenerga medel, cannabinoidergika, GABAergika, histaminergika, melatonergika, monoaminergika och opioidergika.
Gruppen "-ergiska" nootropika är ämnen som modulerar ett specifikt system i kroppen och hjärnan. Det specifika systemet integreras i den första delen av terminen. Till exempel modulerar glycinergika direkt glycinsystemet i kroppen och hjärnan, adenosinergika modulerar direkt adenosinsystemet i kroppen och hjärnan, dopaminergika verkar på dopaminsystemet och så vidare.
Inklusionskomplex
En inneslutningsförening är ett komplex i vilket ett kemiskt ämne – Den så kallade “värd” – har ett hålrum i vilket en annan molekyl – Den så kallade “gäst” – ingår.
Cyklodextriner är de mest använda värdföreningarna, eftersom de kan bilda inklusionskomplex med en mängd olika fasta, flytande och gasformiga föreningar. Gästföreningar sträcker sig från polära reagenser såsom syror, aminer, små joner (t.ex. ClO4-, SCN-, halogenanjoner) till mycket apolära alifatiska och aromatiska kolväten och sällsynta gaser. Inklusionskomplex kan syntetiseras antingen i lösning eller i kristallint tillstånd. Ultraljudskomplexering av cyklodextrinbaserade inklusionskomplex är en mycket tillförlitlig och effektiv metod för att producera laddade inklusionskomplex, som erbjuder en hög stabilitet och ökad biotillgänglighet. Vatten används ofta som lösningsmedel, även om dimetylsulfoxid och dimetylformamid är alternativa lösningsmedel som ska användas.
Förutom inkluderingen av farmaceutiska / nutraceutiska föreningar används cyklodextrin också som värdföreningar för doftmolekyler för att uppnå en högre stabilitet och en långsam frisättningsverkan.
Läs mer om ultraljudsproducerade inklusionskomplex!