Формуляції ноотропів та смарт-препаратів за допомогою ультразвуку
Смарт-препарати та ноотропні добавки вживаються як «когнітивні стимулятори» для підвищення когнітивних функцій, потужності мозку, концентрації, пам’яті та креативності, для стимуляції мотивації та ментальної енергії, а також для підтримки здоров’я мозку. Для сприяння транспортуванню біоактивних сполук, таких як ноотропи, смарт-препарати та енергетичні речовини, через гематоенцефалічний бар’єр (ГЕБ), молекули повинні бути в нанопокращеній формі. Наноліпосоми, міцели, твердо-ліпідні наночастинки, наноструктуровані наноконтейнери та наноемульсії, підготовлені за допомогою ультразвуку, відомі тим, що підвищують біодоступність біоактивних молекул, вітамінів та фітохімічних речовин.
Ноотропи або смарт-препарати – це молекули, що стимулюють мозок і тіло – так звані когнітивні стимулятори – , які можна розрізнити на такі категорії: рацетам, стимулятори, адаптогени, холінергіки, серотонінергіки, дофамінергіки, смарт-препарати для метаболічної функції та інші категорії.
Цікавить вас різноманіття цих категорій ноотропів? Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ноотропи та їхню класифікацію!
Що таке ліпосоми та ліпідні наноконтейнери?
Ліпосоми та ліпідні наноконтейнери, такі як наноемульсії, наносуспензії, твердо-ліпідні наночастинки (SLN) та наноструктуровані ліпідні носії (NLC), відомі як потужні системи доставки ліків, які доставляють біоактивні молекули та поживні речовини до цільового клітинного сайту, що забезпечує вищу біодоступність та швидкість абсорбції.
Ліпосоми
Ліпосоми можна класифікувати як специфічну форму наноструктурованих ліпідних наноконтейнерів. Ліпосоми – це сферичні везикули з водним ядром, оточеним одним або кількома ліпідними бішарами. Оскільки ліпосоми мають здатність інкапсулювати ліпофільні та гідрофільні молекули, вони здобули глибоке визнання як високопотужна система доставки ліків. У своїй самозбірній, самозакритій структурі ліпосома може одночасно інкапсулювати кілька біоактивних сполук (тобто поживні речовини або терапевтичні молекули). Її фосфоліпідний бішар захищає захоплені біоактивні молекули від гідролізу та окисної деградації. Оскільки структура оболонки ліпосоми демонструє значну подібність до ссавцевої клітини, ліпосоми здатні переносити біоактивні сполуки в клітини та субклітинні сайти. Відомі переваги ліпосомальних систем доставки включають їхній захист від ензиматичної деградації, їхню низьку токсичність, високу біосумісність, біорозкладність та неімуногенність.
UP400St, потужний 400-ватний ультразвуковий гомогенізатор, для виробництва наноліпосом.
Структурний склад ліпосом, ніосом, наноемульсій, твердо-ліпідних наночастинок, наноструктурованих ліпідних носіїв
зображення: Poonia et al. 2016
Інші ліпідні наноконтейнери
Ліпідні наноконтейнери або наноконтейнери на основі ліпідів визначаються як нано-розмірні системи доставки лікарських засобів / молекул, які використовують ліпідні структури для інкапсуляції біоактивних молекул з метою отримання покращеної біодоступності, вищих швидкостей абсорбції, підвищеної довгострокової стабільності та захисту від зовнішніх факторів деградації (наприклад, окиснення, гідроліз). Наноструктуровані ліпідні носії включають тверді ліпідні наночастинки (SLN), наноструктуровані ліпідні носії (NLC), наноліпосоми, міцели, наноемульсії,наносуспензії та ліпідні нанотрубки. Специфічний хімічний склад та відповідні фізико-хімічні характеристики надають кожній формі наноконтейнера унікальні переваги, які роблять їх придатними для специфічних форм введення (наприклад, пероральних, внутрішньовенних, інтраназальних, трансдермальних тощо), комбінацій молекул, вантажопідйомності або формуляцій із пролонгованим вивільненням.
Тверді ліпідні наночастинки (SLN) та наноструктуровані ліпідні носії (NLC) визначаються як тверді частинки, що складаються з ліпідної матриці у водній фазі, стабілізованій поверхнево-активними речовинами.
Ліпосомальні та інші наноінкапсульовані (наприклад, SLN, NLC) добавки пропонують вищу біодоступність, що означає, що дуже високий відсоток біоактивної речовини (наприклад, вітаміну, антиоксиданту, флавоноїду тощо) абсорбується та метаболізується клітинами організму. Лише дуже мала частина втрачається, оскільки вона не абсорбується, а виводиться організмом. Це робить нано-ліпосомальні формуляції дуже потужними, ефективними та надійними, оскільки майже всі біоактивні молекули доставляються до клітин-мішеней.
Ультразвукова формуляція стимулюючих молекул з найвищою біодоступністю
Ультразвукова нано-емульсифікація та нано-інкапсуляція робить ноотропні та психоактивні молекули водорозчинними, а отже, високо абсорбованими та біодоступними. Вища швидкість абсорбції, а також підвищена біодоступність та біосумісність роблять біоактивну речовину більш потужною та можуть дозволити їй перетинати гематоенцефалічний бар’єр.
Ультразвукова формуляція ноотропів
- Ліпосоми
- Нано-емульсії
- Міцели
- Твердо-ліпідні наночастинки (SLN)
- Наноструктуровані ліпідні носії (NLC)
- Комплекс включення (наприклад, циклодекстрин)
- Ніосоми
ультразвуковий гомогенізатор UIP2000hdT (2kW) з безперервно перемішуваним реактором періодичної дії
Більшість відомих ноотропів є речовинами класу рацетамів, такими як пірацетам, анірацетам, оксирацетам, прамірацетам та фенілпірацетам. Багато рацетамів є ліпофільними (=жиророзчинними). Використовуючи ультразвукову обробку, жиророзчинний рацетам інкапсулюється в нано-посилену форму, таку як нано-емульсії, ліпосоми, твердо-ліпідні наночастинки (SLN) та наноструктуровані ліпідні носії (NLC). Ці нано-посилені формуляції перетворюють водовідштовхувальний, жиророзчинний рацетам на водорозчинний продукт. Оскільки кровотік в організмі людини є водним, нано-посилені водорозчинні формуляції пропонують значно вищу біодоступність.
Ультразвуково нано-посилені смарт-препарати
Технологія ультразвукової інкапсуляції та нано-формуляції дозволяє готувати високо біодоступні добавки та терапевтичні засоби. Біоактивні молекули, які вигідно формулювати ультразвуком у ліпосомальну або іншу наноструктуровану ліпідну носійну систему, включають вітаміни, антиоксиданти, флавоноїди, ботанічні екстракти, мінерали, амінокислоти та пептиди.
- Вітаміни та антиоксиданти, які можуть бути або екстраговані з природного джерела, або синтезовані, включають вітамін C, вітаміни групи B, глутатіон, ресвератрол, CoQ10 (убіхінон) тощо.
- Трав’яні та ботанічні молекули, такі як CBD, THC, CBG (каннабіс), катехіни зеленого чаю (наприклад, EGCG), нікотин, кофеїн, ашваганда, берберин, кратом тощо.
- Екстракти грибів / грибів, такі як астрагал, лев’яча грива, ігнатія, чага, псилоцибін (магічні гриби) тощо.
- Амінокислоти, такі як креатин, гліцин, 5-HTP (5-гідрокситриптофан), фенілаланін, L-теанін (аналог амінокислоти, що міститься в чаї), ГАМК (гамма-аміномасляна кислота), таурин, N-ацетилцистеїн (NAC), L-тирозин тощо.
- Мінерали, такі як хелати магнію (наприклад, магнію треонат, магнію оротат), можуть бути інкапсульовані за допомогою ультразвуку у вигляді наночастинок у ліпосоми.
- Поживні речовини, пептиди та інші молекули, такі як альфа-GPC, мелатонін, холін (холіну бітартрат, холіну хлорид), (рацемічний) кетамін, омега-3 жирні кислоти (EPA, DHA), α-ліпоєва кислота (ALA), селегілін (L-депреніл), центрофеноксин, окситоцин, метиленовий синій тощо.
Нанопокращена ліпосомальна формула біоактивних молекул і поживних речовин пропонує вищу біодоступність і може дозволити цільовим речовинам перетинати гематоенцефалічний бар’єр. Інкапсуляція захищає біоактивні молекули від кислотного гідролізу в шлунку та ензимної деградації в шлунково-кишковому тракті, так що високий відсоток поживної речовини транспортується без пошкоджень до цільового місця клітин.
Екскурс: ультразвукова екстракція фітохімічних речовин
Ультразвукова обробка є передовою технологією для вивільнення біоактивних молекул із рослин, грибів і бактерій. Ультразвукова екстракція є нетермічним методом, принцип дії якого базується на акустичній кавітації. Акустична / ультразвукова кавітація створює механічні зсувні сили та турбулентність, які перфорують і руйнують клітинні стінки та мембрани та сприяють масопереносу. Таким чином, ультразвукова обробка вивільняє біоактивні речовини з внутрішньої частини клітини та переносить їх у розчинник (наприклад, воду, етанол, гліцерин, рослинну олію тощо).
Дізнайтеся більше про ультразвукову екстракцію біоактивних молекул із ботанічних матеріалів!
Високопродуктивні ультразвукові системи для ноотропних формуляцій
Системи Hielscher Ultrasonics є надійними машинами, що використовуються у фармацевтичному виробництві та виробництві добавок для формування високоякісних ноотропів і смарт-препаратів, які варіюються від нано-емульсій до ліпосом, наноструктурованих ліпідних носіїв, твердо-ліпідних наночастинок і комплексів включення, навантажених вітамінами, антиоксидантами, флавоноїдами, пептидами, поліфенолами та іншими біоактивними сполуками, і забезпечують найвищу біодоступність, чудову стабільність і функціональність. Щоб задовольнити вимоги своїх клієнтів, Hielscher постачає ультразвукові системи від компактних ручних лабораторних гомогенізаторів і настільних ультразвукових систем до повністю промислових ультразвукових систем для виробництва великих об’ємів ноотропів і формуляцій смарт-препаратів. Процеси ультразвукового формування можуть виконуватися як партійні або як безперервні потокові процеси з використанням ультразвукового реактора проточного типу. Широкий асортимент ультразвукових сонотродів (зондів) і реакторних ємностей доступний для забезпечення оптимальної конфігурації для вашого виробництва ліпосом. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах у складних середовищах і забезпечує тривалий термін служби ультразвукових систем.
Точний контроль над усіма важливими параметрами процесу, такими як амплітуда, тиск, температура та час ультразвукової обробки, робить ультразвуковий процес надійним і відтворюваним. Hielscher Ultrasonics знає про важливість безперервно високої якості продукції та підтримує виробників добавок і терапевтичних засобів у впровадженні стандартизації процесів і GMP (належної виробничої практики) за допомогою інтелектуального програмного забезпечення та автоматичного запису даних. Наші цифрові ультразвукові гомогенізатори автоматично записують усі параметри ультразвукового процесу на вбудовану SD-картку. Цифрові сенсорні дисплеї та дистанційне керування через браузер дозволяють здійснювати безперервний моніторинг процесу та точно коригувати параметри процесу, коли це необхідно. Це значно полегшує моніторинг процесу та контроль якості.
Наведені нижче дані дають уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових систем:
| Об’єм партії | Об’ємна витрата | Рекомендовані пристрої |
|---|---|---|
| 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. | більший | кластер UIP16000 |
Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!
Високопотужні ультразвукові гомогенізатори від лабораторного до пілотного та промислового масштабу.
Література / Джерела
- 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.
Факти, які варто знати
Ноотропи та розумні препарати
Термін «ноотроп» походить від давньогрецьких слів νόος (nóos), що означає «розум», і τροπή (tropḗ), що означає «поворот». Ноотропи, також відомі як розумні препарати, є речовинами, що «повертають розум», тобто біоактивними речовинами, які впливають на мозок, підвищуючи когнітивні функції, зокрема інтелект, виконавчі функції, пам’ять, креативність, увагу та мотивацію. Їх використовують як когнітивні стимулятори або як допінг для мозку. Популярні ноотропи включають рацетам. Перша синтезована форма рацетаму була отримана з ГАМК і відома як пірацетам, який вважається нетоксичним і дослідженим у довгостроковій перспективі. Анірацетам, оксирацетам, прамірацетам та фенілпірацетам структурно подібні до пірацетаму, але демонструють вищу стимулюючу активність. Новіші форми рацетамів, такі як колуррацетам, фасорацетам, нефірацетам або ноопепт, не мають структурної подібності до пірацетаму.
Деякі ноотропи також можуть мати психоделичні або психоактивні/психотропні ефекти та впливати на ментальні процеси, наприклад, сприйняття, свідомість, когніцію, реактивність, настрій та емоції.
Рацетам
Рацетам відомий як оригінальний тип розумних препаратів, причому пірацетам є першим синтезованим рацетамом і відомий як перший ноотроп. Пірацетам – це молекула в групі рацетамів з хімічною назвою 2-оксо-1-піролідинацетамід. Це похідне нейромедіатора ГАМК (гамма-аміномасляна кислота). Пірацетам – це лікарська молекула з піролідоновим ядром, яку зазвичай призначають пацієнтам із хворобою Альцгеймера або симптомами пресенільної деменції. Однак пірацетам та інші рацетам також використовуються здоровими дорослими для інтенсифікації хімічної синаптичної передачі між клітинами мозку. Рацетам можуть підвищувати загальний IQ, функції пам’яті та навчання, ясність розуму та мотивацію. Інші молекули в класі рацетамів, наприклад, прамірацетам, оксирацетам та анірацетам.
Оскільки рацетам належать до категорії неконтрольованих речовин у США та багатьох інших країнах світу, рацетам можна придбати як добавки OTC (без рецепта) без рецепта. Рацетам вважаються нетоксичними, а загальні побічні ефекти включають головний біль, який є наслідком виснаження холіну в мозку рацетамами. Тому користувачі часто поєднують дозу рацетаму з добавкою холіну (наприклад, бітартрат холіну). Передозування рацетамів зазвичай має лише легкі побічні ефекти, подібні до споживання надмірної кількості кофеїну.
Стимулятори
Стимулюючі речовини, такі як кофеїн та нікотин, є розумними препаратами, широко поширеними серед населення світу. Кофеїн та нікотин є легальними психостимуляторами, тоді як використання підкласу стимуляторів – амфетамінів – є незаконним. Клас стимуляторів включає майже будь-яку молекулу, яка сприяє загальній бадьорості та уважності, зменшує відчуття втоми та сонливості та одночасно підвищує функції мозку та коефіцієнт інтелекту (IQ). Препарат проти нарколепії модафініл є одним із найвідоміших медичних препаратів, який використовується здоровими людьми як «оф-лейбл когнітивний стимулятор» для підвищення когнітивних функцій. Іншим препаратом, що використовується оф-лейбл, є метилфенідат, ліки, які призначаються для лікування синдрому дефіциту уваги та гіперактивності (СДУГ) і використовуються здоровими людьми як когнітивний стимулятор.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову екстракцію кофеїну та нікотину!
Адаптогени
Адаптогенні речовини – це фітохімічні сполуки, тобто молекули рослинного походження, які приймаються для посилення реакції організму та імунної системи на стресові ситуації. Адаптогени можна описати як «стресуючі» сполуки, які спонукають організм адаптуватися до підтримання або відновлення гомеостазу (рівноваги між метаболічними процесами організму). Основний шлях адаптогенної дії впливає на гіпоталамо-гіпофізарно-надниркову вісь (вісь HPA) у відповідь на стимуляцію зовнішнім стресом. Майже всі адаптогени належать до класу неконтрольованих препаратів, які можна придбати як добавки без рецепта (OTC). Найпопулярнішими та найбільш поширеними адаптогенами є, наприклад, женьшень, гінгерол (імбир), ашваганда, елеутерокок колючий (Siberian ginseng), родіола рожева (Arctic root), шизандра китайська, кава-кава, пассифлора, звіробій (St. Johns Wort) та скутеллярія байкальська (Chinese skullcap).
Чи є канабіс адаптогеном? Канабіс привернув значну увагу протягом останніх років, переважно завдяки своїм протизапальним та розслаблюючим сполукам – каннабідіолу (CBD) та каннабігеролу (CBG). Навіть каннабіноїди є нетоксичними сполуками рослинного походження та мають доведені стресознижувальні ефекти на організм, але канабіс і каннабіноїди офіційно не класифікуються як адаптогенні речовини. Однак, оскільки CBD, CBG та справжні адаптогени демонструють подібність у своїй функції та ефектах, їх часто використовують у комбінації, щоб посилити ефективність як каннабіноїду, так і адаптогену.
Хоча адаптогени мають оздоровчі та стресознижувальні ефекти, вони демонструють лише незначні ефекти як когнітивні стимулятори «per se». Когнітивне покращення від адаптогенів досягається переважно шляхом балансування реакції організму на стрес, стійкості та загального здоров’я, а не безпосереднім ініціюванням росту нових клітин мозку або нейронних зв’язків.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову екстракцію адаптогенів з рослин!
Холінергіки
Холінергічні речовини – це хімічні сполуки, які імітують дію ацетилхоліну та/або бутирилхоліну. Розумні препарати на основі холіну вживаються через їхній вплив на пам’ять, увагу та регуляцію настрою. Ацетилхолін є одним із основних нейромедіаторів у мозку. Він також є необхідним компонентом для належного функціонування периферичної нервової системи. Холін можна приймати як добавку, але він також присутній у їжі, наприклад, яєчні жовтки та соєві боби особливо багаті на холін.
Сульбутіамін (який комерційно доступний як препарат без рецепта (over the counter ) під торговою маркою Arcalion) є синтетичним дериватом тіаміну (вітаміну B1), який долає гематоенцефалічний бар’єр і здатний підвищувати рівень тіаміну в мозку. Відомий тим, що покращує пам’ять, допомагає подолати слабкість і втому, зменшуючи психоповедінкове гальмування, сульбутіамін також використовується спортсменами. Сульбутіамін класифікується як холінергічний розумний препарат, оскільки ця речовина діє як холінергічний регулятор у гіпокампі. При використанні в терапевтичних дозах серйозних побічних ефектів не спостерігалося.
Серотонінергіки
Серотонін, або 5-гідрокситриптамін (5-HT), є моноаміновим нейромедіатором, який сприяє контролю настрою (самопочуття, щастя) та модулює сон, апетит, когніцію, навчання, пам’ять, систему винагороди та численні фізіологічні процеси, такі як блювота та вазоконстрикція. Серотонін виробляється в організмі під впливом сонячного світла. Природні серотонінергічні (ті, що сприяють виробленню або вивільненню серотоніну) сполуки, такі як L-триптофан, також присутні в джерелах їжі.
Дофамінергіки
Дофамінергіки – це речовини «розумних препаратів», які впливають на рівень дофаміну в мозку. Дофамін – це гормон і нейромедіатор, який відіграє кілька важливих ролей у мозку та організмі. Наприклад, дофаміновий шлях відповідає за відчуття задоволення та біохімічну сигналізацію позитивного зворотного зв’язку щодо приємних переживань, таких як смачна їжа, секс, позитивне соціальне спілкування тощо.
Дофамін доступний як ліки під торговими марками Intropin, Dopastat і Revimine, серед інших, які переважно використовуються як стимулюючий препарат для лікування тяжкої низької артеріального тиску, уповільненого серцебиття та зупинки серця.
Дофамінергічні «розумні препарати» – це бустери дофаміну, які використовуються для подолання низького рівня дофаміну, що зазвичай пов’язаний з низьким рівнем енергії, відсутністю мотивації, ангедонією (нездатністю відчувати задоволення), апатією, депресією, адиктивними моделями поведінки, поганою пам’яттю та зниженою навчальною продуктивністю. Поширені дофамінергічні «розумні препарати» – це L-тирозин, йохімбін і селегілін (інгібітор МАО). Бустери дофаміну сприяють увазі та пильності, або підвищуючи ефективність дофаміну в мозку, або інгібуючи ферменти, які розщеплюють дофамін.
Інші категорії «розумних препаратів», когнітивних стимуляторів і ноотропів включають гліцинергіки, аденозинергіки, адренергіки, каннабіноїдергіки, ГАМК-ергіки, гістамінергіки, мелатонінергіки, моноамінергіки та опіоїдергіки.
Група «-ергічних» ноотропів – це речовини, які модулюють конкретну систему в організмі та мозку. Конкретна система інтегрована в першу частину терміна. Наприклад, гліцинергіки безпосередньо модулюють гліцинову систему в організмі та мозку, аденозинергіки безпосередньо модулюють аденозинову систему в організмі та мозку, дофамінергіки діють на дофамінову систему і так далі.
Комплекси включення
Комплекс включення – це комплекс, у якому одна хімічна речовина – так званий «господар» – має порожнину, у яку включена інша молекула – так званий «гість».
Циклодекстрини є найбільш поширеними сполуками-господарями, оскільки вони можуть утворювати комплекси включення з широким спектром твердих, рідких і газоподібних сполук. Сполуки-гості варіюються від полярних реагентів, таких як кислоти, аміни, малі іони (наприклад, ClO4-, SCN-, галогенід-аніони) до високоаполярних аліфатичних і ароматичних вуглеводнів та інертних газів. Комплекси включення можуть бути синтезовані або в розчині, або в кристалічному стані. Ультразвукове комплексоутворення циклодекстрин-вмісних комплексів включення є дуже надійним і ефективним методом виробництва навантажених комплексів включення, які пропонують високу стабільність і підвищену біодоступність. Вода зазвичай використовується як розчинник, хоча диметилсульфоксид і диметилформамід є альтернативними розчинниками для використання.
Окрім включення фармацевтичних / нутрацевтичних сполук, циклодекстрин також використовується як сполука-господар для молекул ароматизаторів, щоб досягти вищої стабільності та дії повільного вивільнення.
Докладніше про комплекси включення, вироблені за допомогою ультразвуку!
