Lipidne nanoformulacije biljnih pripravaka u tvrdim kapsulama punjenim tekućinom (LFHC) kao strategija za isporuku lipofilnih molekula u središnji živčani sustav (CNS): kritički pregled farmakokinetičkih načela, mehanizama transporta kroz krvno-moždanu barijeru i implikacija na potporu nootropnom kateholaminergičkom sustavu
Sažetak
Krvno-moždana barijera (BBB) predstavlja ključnu prepreku u liječenju bolesti središnjeg živčanog sustava (CNS), budući da regulira ulazak tvari u mozak i održava homeostazu CNS-a, pri čemu mnogi spojevi imaju ograničen prolaz kroz nju.[1–3] U praksi, BBB ograničava izloženost mozga brojnim fitokemikalijama, među ostalim, zbog selektivnosti tijesnih spojeva (tight junctions), brzog metabolizma, niske topljivosti i transportnog efluksa, što smanjuje kliničku translaciju i opravdava napredne „enabling” strategije temeljene na lipidnim nanonosačima.[4, 5] Istodobno, mnoge fitokemikalije imaju nepovoljan farmakokinetički profil, a nanonosači se opisuju kao prijenosnici koji povećavaju bioraspoloživost, stabilnost i isporuku, služeći kao polazište za dizajniranje oralnih sustava koji stabiliziraju i čine topljivim lipofilni teret (payload).[6] Cilj je ovog preglednog rada kritička sinteza podataka koji ukazuju na to da lipidne nanoforme (nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi i fosfolipidni kompleksi) mogu povećati sistemsku i/ili moždanu izloženost biljnim pripravcima, te ukazati na to gdje dokazi ostaju neizravni (povećanje plazmatske AUC) umjesto izravnih (mjerenje koncentracije u mozgu ili u modelima BBB).[7–9] Posebno se raspravlja o tehnologiji tvrdih kapsula punjenih tekućinom (LFHC) kao platformi za primjenu smjesa ulja, surfaktanta i kosurfaktanta (SEDDS), koje predstavljaju stabilne smjese primjenjive u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, uz podatke o samonanoemulgirajućim granulama u tvrdim kapsulama koje povećavaju oslobađanje i permeaciju lipofilnog lijeka u intestinalnim modelima.[10, 11] Pregled donosi kvantitativne primjere povećane bioraspoloživosti (npr. nanoemulzija curcuminoida: ukupna bioraspoloživost curcuminoida 46% naspram 8.7% u disperziji; ili oralni curcumin NLC: 11.93-struko povećanje AUC-a u mozgu) i primjere povećane permeabilnosti u modelima BBB (npr. 1.8-struko povećanje permeabilnosti resveratrol-SLN-a funkcionaliziranog s ApoE kroz monoslojeve hCMEC/D3).[12–14] U neurofarmakološkom dijelu ističe se „paradoks kateholamina”: kateholamini obično ne prelaze zrelu BBB (izvan periventrikularnih područja), pa je „homeostaza kateholamina” postignuta oralnim biljnim pripravcima neizravna (modulacija signalizacije, enzima, neurotrofije), a ne putem izravne isporuke dopamine ili norepinephrine u mozak.[15] Zaključci ukazuju na to da su najutvrđeniji nalazi: (i) poboljšana sistemska izloženost nakon primjene lipidnih formulacija, (ii) prisutnost pretkliničkih dokaza o povećanoj izloženosti mozga za odabrane spojeve (curcumin, α-asarone, andrographolide, Ginkgo TTL) i (iii) nužnost opreza pri ekstrapolaciji na nootropne proizvode, budući da se neki podaci odnose na intravensku primjenu ili in vitro modele, a ne na oralne LFHC u ljudskoj populaciji.[13, 16–18]
Ključne riječi
Pregled se fokusira na krvno-moždanu barijeru, nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, čvrste lipidne nanočestice (SLN/NLC), tvrde kapsule punjene tekućinom i biljne spojeve s ograničenom bioraspoloživošću i pristupom mozgu.[4, 7, 9, 19]
1. Introduction
Najveća prepreka u terapiji bolesti CNS-a je prolazak lijekova kroz BBB, koji, kao fizička barijera, regulira ulazak tvari i osigurava homeostazu CNS-a.[1, 2] U kontekstu fitokemikalija, problem je dvostruk: ograničena sistemska bioraspoloživost i ograničena izloženost mozga, jer BBB „u praksi” ograničava većinu izvornih fitokemikalija zbog selektivnosti tijesnih spojeva, brzog metabolizma, niske topljivosti i efluksa putem transportera.[4] Pregledna literatura naglašava da jedinstvene karakteristike BBB-a značajno ograničavaju pristup fitokemikalija ciljnom tkivu i time ograničavaju kliničku translaciju, pružajući izravno opravdanje za platforme za nanoisporuku koje omogućuju „optimizaciju” isporuke nepropusnih spojeva u mozak.[5]
Zajednički nazivnik za mnoge biljne pripravke je nepovoljan farmakokinetički profil koji ograničava farmakološku aktivnost, a nanotehnologija se navodi kao alat za poboljšanje isporuke, bioraspoloživosti, biokompatibilnosti i stabilnosti fitokemikalija.[6] Istodobno, pregledi nanomedicine u neurologiji opisuju lipidne nosače kao pristup usmjeren na prelazak BBB-a radi poboljšanja terapije neuroloških stanja i minimiziranja toksičnosti na biomimetički način, uključujući i spojeve prirodnog podrijetla kao što su resveratrol ili curcumin.[20]
U tom su kontekstu posebno privlačne lipidne platforme koje nakon oralne primjene zadržavaju aktivnu tvar u otopljenom stanju i formiraju mikro-/nanoemulzije u gastrointestinalnom okruženju, budući da SEDDS održava lijek u otopljenom obliku, olakšava stvaranje stabilnih emulzija na ciljnom mjestu i povećava apsorpciju.[8] Također je važno da se SEDDS opisuju kao smjese ulja, surfaktanta i kosurfaktanta s otopljenom aktivnom tvari, koje su fizički stabilne i mogu se primjenjivati oralno u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, pružajući izravnu pretpostavku za koncept LFHC-a kao farmaceutskog oblika za tekuće lipidne smjese u suplementaciji i farmaceutskoj praksi.[10]
2. Krvno-moždana barijera
BBB se opisuje kao fizička barijera koja regulira ulazak tvari u mozak i osigurava homeostazu CNS-a, što isporuku terapija u CNS čini osobito teškom.[1, 2] U kontekstu fitokemikalija, pregledni radovi izričito navode da BBB ograničava većinu izvornih biljnih molekula kroz selektivnost tijesnih spojeva, brzi metabolizam, nisku topljivost i transporterski efluks, što predstavlja sintetski opis glavnih barijera na razini cerebralnog endotela i perivaskularnog okruženja.[4]
Eksperimentalni dokazi ukazuju na to da je integritet barijere dinamičan te se može oslabiti ili ojačati ovisno o upali i endogenim čimbenicima, budući da nedostatak kortistatina predisponira oslabljenju endotela uz povećanu propusnost i razgradnju tijesnih spojeva, dok primjena kortistatina poništava hiperpropusnost i smanjuje propuštanje BBB-a in vivo u LPS modelu.[21] Iz mehanističke perspektive, također je važno da u humanom modelu oštećenja BBB-a (in vitro kokultura), štetni podražaji povećavaju "labilni bazen željeza" (LIP) i remete signalne puteve stresa (HIF2α), a kelator željeza (Desferal, DFO) spašava preživljenje endotela, što se interpretira kao signal da su putevi metaboličkog stresa povezani s integritetom barijere i mogu pružiti dodatnu dimenziju u osmišljavanju intervencija koje podržavaju stabilnu izloženost mozga.[22]
Paradoks katekolamina
Ključno ograničenje za obećanje "homeostaze katekolamina" jest činjenica da katekolamini općenito ne mogu prodrijeti kroz zrelu BBB i ući u mozak, s izuzetkom periventrikularnih mjesta gdje je BBB odsutan ili oštećen.[15] U modelu štakora također je pokazano da se BBB u različitim regijama mozga formira sekvencijalno nakon rođenja, s ranim formiranjem fizičkih i ion-restriktivnih elemenata te kasnijim razvojem enzimatskih elemenata, naglašavajući da je propusnost za molekule slične katekolaminima funkcija ne samo svojstava molekule, već i stanja/faze barijere.[15]
S druge strane, sam dopamin može modulirati svojstva barijere, budući da u uvjetima oksidativnog stresa (H2O2), dopamin i agonist A68930 smanjuju hiperpropusnost monosloja, štite integritet tijesnih spojeva i sastavljanje aktinskog citoskeleta, a zaštitni mehanizam povezan je s inhibicijom inflamasoma NLRP3, a ne s izravnom inhibicijom ROS-a.[23] Slijedom toga, u nootropnom kontekstu razumno je razlikovati: (i) izravnu opskrbu CNS-a katekolaminima (obično neučinkovitu putem BBB-a) i (ii) neizravnu modulaciju okruženja i endotela CNS-a, što može utjecati na neuroinflamatornu i neurotrofnu "homeostazu" unutar mozga.[15, 23]
Farmakološka modulacija propusnosti
Također postoje strategije za otvaranje BBB-a, kao što je NEO100, koji u studijama reverzibilno i netoksično otvara BBB in vitro i in vivo te povećava ulazak mnogih terapija u mozak, pri čemu se mehanistički opaža učinak na različite transportne puteve BBB-a i translokacija proteina tijesnih spojeva s membrane u citoplazmu u endotelnim stanicama mozga.[24] Međutim, iz perspektive biljnih formulacija, takva je strategija kvalitativno različita od pristupa temeljenih na solubilizaciji i povećanju sistemske izloženosti, a njezina bi primjena u području suplementacije zahtijevala rigoroznu procjenu sigurnosti i omjer koristi i rizika koji proizlazi iz privremenog povećanja propusnosti BBB-a.[24]
3. Farmakokinetički izazovi lipofilnih fitokemikalija
Fitokemikalije često pokazuju ograničenu kliničku translaciju u neurologiji jer BBB ograničava njihov pristup ciljnom tkivu, a literatura naglašava da polarnost i „velika veličina” mnogih fitokemikalija ometaju prolazak kroz selektivnu krvno-moždanu barijeru.[5, 25] Osim toga, ograničenja ne završavaju na BBB-u: pregledni radovi ukazuju na to da fitokemikalije karakterizira loš farmakokinetički profil koji ograničava njihovo farmakološko djelovanje, a poboljšanje bioraspoloživosti i stabilnosti često je nužan preduvjet za postizanje mjerljivih bioloških učinaka.[6]
Curcumin je primjer spoja s poželjnim svojstvima (uključujući antioksidativno i protuupalno djelovanje), ali istovremeno niskom oralnom bioraspoloživošću zbog nestabilnosti pri fiziološkom pH, niske topljivosti u vodi i brzog metabolizma, što motivira razvoj formulacija koje poboljšavaju izloženost.[26]
Slično tome, resveratrol ima ograničenja u formulaciji jer pokazuje slabu topljivost u vodi i kemijsku nestabilnost (razgradnja izomerizacijom uslijed utjecaja temperature, pH, UV zračenja ili enzima), što rezultira niskom bioraspoloživošću i ograničenim biološkim koristima.[27]
Vrijedi napomenuti da čak i kada formula povećava izloženost u plazmi, tumačenje bioraspoloživosti može biti usložnjeno analitičkim problemima, budući da pregledni rad o curcuminu ukazuje na to da „razine slobodnog, bioaktivnog curcumina u plazmi nisu utvrđene”, unatoč postojanju mnogih nano-/lipidnih formulacija, što ograničava usporedivost studija i njihovu translaciju na „stvarnu” izloženost aktivnom obliku.[28]
4. Lipidni dostavni sustavi
Lipidni nanonositelji razvijaju se kako bi se poboljšala isporuka lijekova kroz BBB te povećala bioraspoloživost i specifičnost ciljanja, a pregledni radovi ističu upotrebu lipidnih nositelja opterećenih spojevima prirodnog podrijetla radi poboljšanja isporuke u mozak i terapeutskog potencijala kod neuroloških poremećaja.[3, 20] Istodobno, literatura ukazuje na to da inkapsulacija fitokemikalija u lipidne nanonositelje poboljšava fiziološku stabilnost, potiče prolazak kroz BBB i povećava akumulaciju u moždanom tkivu u usporedbi sa slobodnim oblikom, što pruža opću premisu za „lipofilnu inkapsulaciju biljnih tvari“.[25, 29]
Klase lipidnih sustava
SEDDS se definiraju kao mješavine ulja, surfaktanata i kosurfaktanata koje, nakon razrjeđivanja vodom, tvore mikro- ili nanoemulzije sposobne za prenošenje velikih količina lipofilnih lijekova, a njihovi ciljevi uključuju ograničavanje precipitacije na mjestu apsorpcije, poboljšanje permeacije kroz apsorpcijske membrane i poboljšanje stabilnosti labilnih molekula protiv enzimske aktivnosti.[30] SNEDDS se opisuju kao sustavi sastavljeni od lipida, surfaktanata i ko-otapala koji spontano tvore nanoemulzije nakon miješanja s vodom, mogu se oblikovati kao tekući ili čvrsti oblici te poboljšavaju apsorpciju mehanizmima kao što su povećanje međufazne površine, zaštita od degradacije i olakšavanje limfnog transporta.[31] Pregledni radovi naglašavaju da korisne značajke SNEDDS-a uključuju poboljšanu topljivost, brzinu otapanja i permeabilnost, smanjeni metabolizam u crijevnoj stijenci, smanjeni P-gp efluks i zaobilaženje efekta prvog prolaza stimuliranjem limfnog transporta.[32]
Lipidne nanočestice (uključujući SLN i NLC) opisuju se kao jedan od učinkovitih pristupa za „zaobilaženje“ BBB-a i poboljšanje bioraspoloživosti u mozgu, pri čemu se SLN i NLC posebno intenzivno proučavaju u kontekstu isporuke u mozak.[9] U slučaju resveratrola, navodi se da „uloga nanotehnologije“ u neurologiji proizlazi iz potrebe za prikrivanjem fizikalno-kemijskih svojstava lijekova kako bi se produžio njihov poluživot i omogućio prijelaz preko BBB-a, a resveratrol se, između ostalog, često inkapsulira u liposome i lipidne nanočestice.[27]
Za nanoemulzije se navode argumenti da kapljice nanometarskih dimenzija poboljšavaju crijevnu i BBB permeabilnost, što dovodi do povećane permeacije lijeka u sistemsku cirkulaciju i mozak, a tipičan raspon veličine kapljica za nanoemulzije navodi se kao 50–500 nm u preglednom radu o koloidnim dostavnim sustavima za lipofilne bioaktivne tvari.[7, 33]
Tablica u nastavku sintetizira odabrane klase lipidnih sustava za dostavu lijekova u smislu definicije sastava, tipičnih veličina čestica/kapljica u dostupnim podacima te primjera primjene povezanih s poboljšanjem sistemske izloženosti ili izloženosti mozga.
| Klasa LBDDS-a | Sastav i ponašanje nakon razrjeđivanja | Primjer veličine | Primjer cilja primjene |
|---|---|---|---|
| Nanoemulsion | Kapljice nanometarskih dimenzija namijenjene su poboljšanju crijevne i BBB permeabilnosti te povećanju izloženosti u cirkulaciji i mozgu.[7] | 50–500 nm u kontekstu koloidnih sustava nanoemulzija za lipofilne tvari (opći raspon).[33] | Povećana bioraspoloživost i stabilnost lipofilnih bioaktivnih tvari (npr. D3) te poboljšana sistemska izloženost.[33] |
| SEDDS | Izotropne mješavine ulja, surfaktanta i kosurfaktanta koje nakon razrjeđivanja vodom tvore mikro/nanoemulzije; ciljevi uključuju ograničavanje precipitacije, poboljšanje permeacije i stabilnost protiv enzima.[30] | Nije numerički specificirano u citiranim definicijama; krajnji rezultat je mikro/nanoemulzija nakon razrjeđivanja.[30] | Održavanje lijeka u solubiliziranom stanju u GI tekućinama i stvaranje stabilne emulzije koja povećava apsorpciju, kao i primjene kod neuroloških poremećaja (argument za sposobnost prolaska kroz BBB).[8] |
| SNEDDS | Sastav: lipidi, surfaktanti, ko-otapala; spontano stvaranje nanoemulzije u vodi; tekući ili čvrsti oblik; mehanizmi uključuju, između ostalog, olakšavanje limfnog transporta i zaštitu od degradacije.[31] | Nema broja u definiciji; podaci za SNEG (granule SNEDDS-a) sugeriraju nanokapljice od približno 85 nm kao primjer operativne formulacije.[11] | Poboljšana oralna bioraspoloživost kroz višefaktorske mehanizme (npr. smanjeni P-gp efluks i zaobilaženje metabolizma prvog prolaza putem limfne apsorpcije).[34] |
| SLN/NLC | Opisani kao učinkovit pristup poboljšanju bioraspoloživosti u mozgu omogućavanjem prolaska kroz BBB; SLN i NLC se intenzivno proučavaju za isporuku u mozak.[9] | Primjer NLC-a s kurkuminom: veličina čestice 165.9 nm u optimiziranoj formulaciji.[35] | Povećana sistemska i/ili moždana izloženost i poboljšani PK profil; npr. za kurkumin se navodi poboljšana sposobnost prolaska kroz BBB i povećana AUC u mozgu u odnosu na suspenziju.[13] |
| Phospholipid complex and phytosome | Fosfolipidno-polifenolni kompleksi namijenjeni su olakšavanju prijelaza iz hidrofilnog okruženja u lipidni okoliš stanične membrane te povećanju koncentracije u krvi; u usporedbama bioraspoloživosti navodi se povećanje razine polifenola u krvi od 2–6×.[36, 37] | Nema veličine čestica u citiranim opisima; riječ je o molekularnom kompleksu, a ne o emulziji.[36] | Značajno povećanje apsorpcije (npr. 29× za Meriva u usporedbi s neformuliranom mješavinom) uz istodobno opažanje da se uglavnom detektiraju metaboliti Phase II, a koncentracije mogu ostati ispod razina potrebnih za mnoge in vitro protuupalne ciljeve.[38] |
Mechanisms for Increasing Systemic Exposure
Povećana sistemska izloženost ključno je „usko grlo“ prije eventualnog prolaska u mozak, a pregledni rad o nanoinkapsulaciji neuroprotektivnih spojeva ukazuje na to da gastrointestinalna apsorpcija može inhibirati unos slobodnih i nanoinkapsuliranih spojeva u krv, posljedično ograničavajući koncentraciju u mozgu.[2] U tom smislu, mehanizmi limfne apsorpcije posebno su važni za lipofilne spojeve, jer se limfni transport opisuje kao paralelni put apsorpcije za lipide i sve veći broj lipofilnih lijekova, gdje se nakon apsorpcije molekule mogu povezati s lipoproteinima enterocita i izlučiti u limfnu cirkulaciju umjesto u portalnu cirkulaciju, čime se zaobilazi metabolički aktivna jetra i smanjuje efekt prvog prolaza.[39] Za visoko lipofilne spojeve, kao što je CBD, navodi se da preusmjeravanje u limfnu cirkulaciju vezanjem na hilomikrone (u prisutnosti dugolančanih triglicerida ili masnih kiselina) može smanjiti metabolizam prvog prolaza, povećati bioraspoloživost i smanjiti varijabilnost u izloženosti.[40]
Mehanistički gledano, kod nanoemulzija probava lipida i stvaranje miješanih micela također igraju ulogu, budući da se u tankom crijevu trigliceridi hidroliziraju u slobodne masne kiseline i monoacilglicerole koji, zajedno sa žučnim solima i fosfolipidima, suoblikuju miješane micele omogućujući migraciju lipofilnih spojeva u hidrofobnu jezgru micela i prodiranje kroz mukoznu barijeru, gdje se apsorpcija odvija endocitozom ili pasivnom difuzijom.[41] U istom smislu naglašava se da neprobavljiva ulja (npr. mirisna/eterična ulja, mineralno ulje) lipaza ne razgrađuje, što inhibira stvaranje miješanih micela i „zarobljava“ lipofilne tvari u kapljicama ulja, smanjujući bioraspoloživost.[41] Dodatno, navodi se da su dugolančani trigliceridi u probavljivim uljima skloniji stvaranju miješanih micela nego MCTs, što je važno pri odabiru uljne faze u dizajnu lipidnih formulacija za maksimalnu apsorpciju.[41]
5. Tvrde kapsule punjene tekućinom
SEDDS se opisuju kao fizikalno stabilne smjese ulja, surfaktanta i kosurfaktanta jednostavne za proizvodnju koje se primjenjuju oralno u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, što predstavlja izravnu polazišnu točku za razmatranje oblika LFHC kao nosača tekućih lipidnih smjesa u jediničnim dozama.[10]
Pregledni radovi također ukazuju na to da lipidne formulacije u kapsulama značajno poboljšavaju topljivost i brzinu otapanja slabo topljivih lijekova u usporedbi s nelipidnim formulacijama, a uspjeh apsorpcije ovisi o veličini čestica, emulgiranju, brzini disperzije i taloženju lijeka nakon disperzije, što izravno utječe na dizajn tekućih punjenja kapsula i njihovo ponašanje pri oslobađanju u gastrointestinalnom traktu.[42]
Istraživanje o samonanoemulgirajućim granulama (SNEGs) punjenim u tvrde želatinske kapsule pokazalo je da je takav oblik (inkapsulirani SNEGs) rezultirao 2 do 3 puta većim oslobađanjem lipofilne molekule (cilostazol) u usporedbi s konvencionalnom tabletom i čistim lijekom, što ilustrira potencijal „inkapsuliranja” samonanoemulgirajućih sustava za poboljšanje oslobađanja.[11]
U istom je radu navedeno da je količina lijeka koja permeira iz SNEGs bila dvostruko veća od količine iz suspenzije tablete u ex vivo modelu crijeva štakora (neinvertirana vrećica), što podupire tezu da LFHC/inkapsulirani sustavi mogu poboljšati korak apsorpcije čak i prije razmatranja ciljane permeacije kroz BBB.[11]
6. Evidence for Selected Botanicals
Curcumin
In a rat study, a curcuminoid nanoemulsion prepared with lecithin, Tween 80, and water achieved a particle size of 12.1 nm and an encapsulation efficiency of 98.8%. Pharmacokinetic parameters (Tmax, Cmax, and AUC) after oral administration were higher for the nanoemulsion than for the dispersion at the same dose, providing quantitative confirmation of improved systemic exposure by the nanoemulsion.[12] In the same study, oral bioavailabilities for BDMC, DMC, curcumin, and total curcuminoids in the nanoemulsion versus dispersion were 34.39% vs 4.65%, 39.93% vs 5.49%, 47.82% vs 9.38%, and 46% vs 8.7% respectively, indicating a multi-fold increase in oral bioavailability with the use of the nanoemulsion.[12]
In a mouse model, an oral "practical" curcumin nanoemulsion (up to 20%) resulted in a 10-fold increase in AUC(0–24h) and a >40-fold increase in Cmax compared to a curcumin suspension in 1% methylcellulose, demonstrating the scale of possible improvement in plasma exposure by nanoemulsion formulation.[43] In a rat model with oils (SNO/LSO), nanoemulsification increased transport in intestinal sacs by 79% (SNO) and 437% (LSO) relative to non-emulsified administration. Additionally, it was reported that a "small amount" of curcumin was observed in the brain and heart after nanocurcumin, providing a limited but direct signal of tissue exposure in the CNS following a lipid strategy.[44]
More quantitative evidence for increased brain exposure comes from work on NLCs, as after intragastric administration, nanostructured lipid carriers of curcumin yielded higher Cmax in plasma (564.94 ± 14.98 ng/mL vs 279.43 ± 7.21 ng/mL), a shorter Tmax (0.5 ± 0.01 h vs 1.0 ± 0.12 h), and higher AUC0–∞ (820.36 ± 25.11 mg×h/L vs 344.11 ± 10.01 mg×h/L) compared to a suspension, indicating improved systemic exposure.[13] The same material directly stated that the NLC formulation improved curcumin's ability to cross the BBB, with an 11.93-fold increase in brain AUC compared to a suspension, which is one of the most direct arguments for lipid nanocarriers for CNS exposure via the oral route (animal model).[13]
Additional data indicate that surface modification of SLN (quaternized chitosan, TMC-SLCN) provided controlled release in simulated intestinal fluids and "significantly higher" oral bioavailability and brain distribution of curcumin compared to free curcumin, chitosan, and uncoated SLCNs, linking stability, release, and CNS distribution mechanisms in a single preclinical outcome.[45] In a zebrafish model, a curcumin microemulsion in turmeric oil, designed "for brain targeting," resulted in a 2-fold improvement in plasma PK and a 1.87-fold improvement in brain PK, along with improved spatial memory and reduced oxidative stress, suggesting that improved brain exposure via a lipid system may be associated with measurable functional effects in a neurodegeneration model.[46]
In clinical data (humans), lipid curcumin formulations can provide rapid and measurable absorption, as a CRM-LF study reported a Tlag of approx. 0.18 h (12 min), Tmax of 0.60 ± 0.05 h, Cmax of 183.35 ± 37.54 ng/mL, and AUC0–∞ of 321.12 ± 25.55 ng·h/mL at a 750 mg dose, indicating a rapid absorption phase and significant systemic exposure (without CNS measurement).[47] An AQUATURM® study demonstrated a >7-fold increase in AUC0–12h and maintained detectable curcumin levels for a full 12 h (whereas the comparative preparation fell below the limit of quantification after 4 h in most participants), which is clinical evidence for the possibility of prolonged systemic exposure by the formulation (although this is a "water-soluble" formulation, not a classic lipid nanoemulsion).[48]
Phospholipid formulations (phytosome) represent a distinct paradigm, as a human crossover study showed that Meriva (a lecithin formulation of a curcuminoid mixture) resulted in ~29-fold higher total curcuminoid absorption than an unformulated mixture. However, only phase II metabolites were detectable, and plasma concentrations were still significantly lower than those required to inhibit most anti-inflammatory targets of curcumin, which limits overinterpretation of "multi-fold bioavailability increase" as an automatic improvement in CNS effect.[38]
Resveratrol
Resveratrol requires formulation strategies because its poor solubility and chemical instability limit its bioavailability and biological benefits. Reviews indicate a trend towards encapsulation and brain targeting of resveratrol and justify the role of nanotechnology in enabling BBB crossing by masking physicochemical properties and extending half-life.[27] In an in vitro BBB model, functionalization of SLNs with apolipoprotein E increased permeability through hCMEC/D3 monolayers, with 1.8-fold higher permeability for SLN-ApoE compared to unfunctionalized ones, providing direct evidence of improved transport across the BBB model through "ligandation" of the lipid nanocarrier.[14]
In in vivo studies, SLNs with resveratrol in a rat model with Alzheimer's disease characteristics supported the hypothesis of improved "neural targeting," as SLN/resveratrol increased HSP70 expression fourfold and decreased IL-1β, and behavioral tests showed improved passive avoidance memory in the model, suggesting that the lipid carrier may enhance resveratrol's functional effect in the CNS (although the cited passage itself does not report direct brain concentrations).[49] In another model (Aβ1–42 i.c.v.), lipid-core nanocapsules enabled resveratrol to "rescue" the deleterious effects of Aβ1–42, and the authors link this to a "robust increase" in brain tissue resveratrol concentration achieved by nanocapsules, which represents an interpretation of efficacy mechanism based on brain exposure.[50]
More targeted liposomal strategies report simultaneous "transport" and "neurotrophic" effects, as a resveratrol liposome with an ANG ligand in cellular experiments increased resveratrol's ability to cross the BBB and neuronal uptake, and in a mouse aging model, it improved cognitive function by reducing oxidative stress and inflammation in the brain and increased BDNF.[51] Such data thus combine in a single intervention: (i) technological enhancement of BBB crossing, (ii) improvement of inflammation/oxidative stress biomarkers, and (iii) increase in a neurotrophic factor, which is significant for the narrative of "neurogenesis" and plasticity, although the evidence comes from an animal model and a specific liposomal platform, not from oral LFHC.[51]
Bacopa monnieri
In the case of Bacopa monnieri, it is indicated that bacoside A has low water solubility and "BBB limitation," which restricts its bioavailability and clinical efficacy in neurodegenerative diseases, providing a rationale for carrier strategies such as niosomes.[52] A study of a niosomal formulation of a bacoside A-rich fraction (Fort-BAF) included an in vivo assessment of procognitive properties compared to the fraction, and the authors conclude that niosomes can significantly improve the stability and bioavailability of Fort-BAF, which suggests that vesicular systems may support CNS-directed delivery.[52]
In the area of self-nanoemulsifying systems, it was shown that to increase the solubility and bioavailability of poorly soluble bacosides, SNEDDS with various oils/surfactants/co-surfactants were used, and a "novel lipophilic formulation" was evaluated for brain penetration and pharmacokinetic profile in rats, directly linking Bacopa to the paradigm of lipid nanosystems for CNS exposure (although the cited passage does not contain PK numbers).[53] In terms of nootropic mechanisms, a review indicates that Bacopa acts, among other things, by modulating neurotransmitter systems, including noradrenaline and dopamine, which provides a direct link to the "catecholamine homeostasis" narrative while obviating the need for direct catecholamine supply across the BBB.[15, 54]
Withania somnifera
Regarding neurogenesis, a review indicates that preclinical studies suggest that withanolides can promote neurogenesis, protect against neurodegenerative diseases, and reduce oxidative stress and inflammation, and advances in delivery methods (liposomal and nanoemulsion) improve their bioavailability.[55] At the cellular level, it was shown that MPEG-PCL nanoparticles containing Withania somnifera extract (WSE) are effectively taken up by U251 cells and provide greater protection against oxidative damage (95.1%) than PCL with WSE (56.4%) and free WSE (39.0%), supporting the hypothesis that encapsulation increases the effectiveness of action under oxidative stress conditions (in the absence of direct measurement of BBB crossing).[56]
Ginkgo biloba
In a rat study, after a single oral administration of 600 mg/kg of standardized extract EGb 761®, significant concentrations of ginkgolide A (GA), ginkgolide B (GB), and bilobalide (Bb) were demonstrated in plasma and the CNS, with brain concentrations rapidly increasing to 55 ng/g (GA), 40 ng/g (GB), and 98 ng/g (Bb), providing direct evidence that selected terpene trilactones penetrate the CNS via the oral route in an animal model.[18] In a review, it is stated that significant levels of TTLs and Ginkgo biloba flavonoids cross the BBB and enter the CNS of rats after oral GBE administration, supporting the generality of the observation, although not specifying PK parameters.[57]
At the same time, in vitro transport models suggest the existence of absorption and efflux limitations, as low permeability in the absorptive direction (Papp 0.2–0.3×10−6 cm/s) and significantly higher flux in the secretory direction (Papp 2.9–3.6×10−6 cm/s) were observed in the MDR-MDCK model. This is consistent with inhibition of net absorption by efflux mechanisms and indicates that lipid formulations reducing efflux or improving solubilization may be useful in this context.[32, 58] Conversely, in an animal model, co-administration of Ginkgo biloba extract with a mixture of sesame extract and turmeric oil increased ginkgolide A concentration in the mouse brain compared to GBE alone, suggesting that oil co-formulations may increase brain exposure of TTLs.[59]
α-Asarone
In animal studies, lipid nanoparticles (A-LNPs) provided "prolonged and sustained" release of α-asarone, and after intravenous administration, significantly higher levels of α-asarone were observed in plasma and brain parenchyma fractions compared to free α-asarone, confirming the ability of A-LNPs to maintain therapeutic plasma concentrations and simultaneously transport across the BBB.[16] This result is important for the thesis of "stabilization of exposure profile," but it should be emphasized that it comes from intravenous administration and thus does not directly prove the effectiveness of oral LFHCs in this class of compounds.[16]
Andrographolide
Andrographolide is described as a compound with low bioavailability, poor water solubility, and high chemical and metabolic instability, which justifies its formulation in lipid nanoparticles.[17] In in vitro studies, it was shown that nanoparticles improved andrographolide permeability compared to the free form, and after intravenous administration, fluorescent SLNs were detected in brain parenchyma outside the vascular bed, confirming the ability of this carrier and/or its cargo to "overcome the BBB" in an animal model.[17]
Cannabidiol
In mouse studies and an in vitro BBB model, "cannabinoid-decorated" lipid nanocapsules (LNCs) achieved the highest brain-targeting ability for the smallest sizes, and the enhancement of brain-targeting after CBD conjugation to LNCs surpassed by six-fold the enhancement observed for the clinical "G-Technology" strategy.[60] This result highlights the importance of carrier size and surface functionalization design for BBB transport and brain distribution, although the platform is specialized and not equivalent to classical oral SEDDS in LFHC.[60]
7. Mehanizmi povećane penetracije u mozak
Pregledna literatura ukazuje na to da kapljice nanoemulzije nanometarskih dimenzija mogu poboljšati intestinalnu i BBB permeabilnost, povećavajući permeabilnost lijeka u sistemskoj cirkulaciji i mozgu, što sugerira simultani učinak na faze apsorpcije i distribucije u CNS.[7] Istodobno, pregledni radovi naglašavaju da isporuka fitokemikalija putem lipidnih nanočestica poboljšava fiziološku stabilnost, potiče prelazak BBB-a i povećava akumulaciju u tkivu mozga, pružajući opći mehanistički okvir bez obzira na specifičnu kemiju tereta.[29]
Za sustave ciljane na BBB, in vitro dokazi sugeriraju ulogu transportera i ligandacije, budući da je nanoemulzija funkcionalizirana s glucosylceramide (GlcCer) dizajnirana za korištenje unosa ovisnog o transporteru glukoze (GLUT), pri čemu je kvantitativno uočeno 1.6-struko povećanje neuronskog unosa i 1.4-struko poboljšanje endotelnog transporta u usporedbi s neciljanim kontrolama.[61] Analogno tome, funkcionalizacija SLNs s apolipoprotein E povećala je permeabilnost resveratrol kroz jednoslojeve hCMEC/D3 za 1.8 puta, što je u skladu s konceptom da površinska funkcionalizacija može poboljšati transendotelni transport u modelima BBB-a.[14]
Za samonanoemulgirajuće sustave, mehanizam održavanja lijeka u solubiliziranom obliku i stvaranje stabilne emulzije na mjestu apsorpcije ključni su, jer SEDDS održavaju lijek otopljenim u gastrointestinalnim tekućinama i olakšavaju stvaranje stabilnih emulzija koje poboljšavaju apsorpciju, što je nužan preduvjet za postizanje dovoljne sistemske izloženosti za distribuciju u CNS.[8] U kontekstu SNEDDS-a, naglašava se višemehanističko povećanje bioraspoloživosti, uključujući smanjenje intraenterocitnog metabolizma (CYP P450), smanjenje P-gp efluksa i zaobilaženje efekta prvog prolaza putem limfne apsorpcije, što predstavlja logičan mehanizam za „izglađivanje” profila sistemske izloženosti za lipofilne spojeve.[34]
Naposljetku, iz perspektive izloženosti mozga, važno je razlikovati „sistemsku bioraspoloživost” i „bioraspoloživost u mozgu”, jer čak i kada lipidni sustav povećava koncentracije u plazmi, BBB i dalje ograničava većinu izvornih fitokemikalija putem čvrstih spojeva i efluksa, te je stoga povećanje AUC u plazmi nužan, ali ne i dovoljan uvjet za učinkovitu izloženost mozga.[2, 4]
8. Katekolamini i neurogeneza
U nootropnom narativu, biljni spojevi se često prikazuju kao oni koji podržavaju "homeostazu katekolamina" i neuroplastičnost, no temeljno ograničenje je to što katekolamini općenito ne prodiru kroz zrelu BBB izvan periventrikularnih regija, što zahtijeva razumijevanje "homeostaze" kao neizravnog učinka unutar CNS-a (npr. modulacija neurotransmisije, neuroinflamacije, neurotrofije), a ne kao izravne opskrbe mozga dopaminom ili noradrenalinom nakon oralne primjene.[15]
Iz perspektive mehanizama BBB-a i oksidativnog stresa, dopamin može zaštititi barijeru od hiperpermeabilnosti inducirane s H2O2 očuvanjem integriteta tijesnih spojeva i citoskeleta te inhibicijom NLRP3 inflamasoma, što ukazuje na to da signalizacija katekolamina može utjecati na mikrookoliš BBB-a i potencijalno neizravno utjecati na distribuciju spojeva u CNS pod patološkim uvjetima.[23]
Što se tiče biljnih pripravaka, pregled mehanizama djelovanja biljke Bacopa monnieri ukazuje na to da ova biljka može modulirati neurotransmitorske sustave, uključujući noradrenalin i dopamin, pružajući izravnu vezu s katekolaminergičkim sustavom, čak i ako ne rješava pitanje u kojoj mjeri ti učinci ovise o prolasku bacosides ili njihovih metabolita kroz BBB.[54]
U području neurogeneze postoje pretklinički podaci za withanolides, pri čemu pregled ukazuje na to da oni mogu poticati neurogenezu i ostvarivati neuroprotektivne učinke, a poboljšana bioraspoloživost podržana je napretkom u liposomskim i nanoemulzijskim formulacijama.[55] Nadalje, u Ts65Dn modelu (Downov sindrom), tretman s polydatin od P3 do P15 rezultirao je potpunom obnovom neurogeneze, broja neurona i razvoja dendrita, a tretmanom do adolescencije (~P50) uočena je potpuna obnova pamćenja ovisnog o hipokampusu bez nuspojava na tjelesnu težinu i težinu mozga, što pruža snažan proneurogeni i prokognitivni signal za odabrani polyphenol (bez izravne povezanosti s nanoformulacijom).[62]
Nasuprot tome, u slučaju spoja resveratrol, liposomski sustav usmjeren na mozak (ANG-RES-LIP) kombinira povećanu sposobnost prelaska BBB-a i neuronski unos s poboljšanom kognitivnom funkcijom i povećanom razinom BDNF u mozgu miševa, što je u skladu s hipotezom da poboljšana isporuka u CNS može osnažiti neurotrofne osi važne za plastičnost.[51]
9. Ograničenja
Dokazi o poboljšanoj isporuci u CNS putem lipidnih nanonositelja neujednačeni su, budući da se većina podataka odnosi na in vitro modele (npr. propusnost kroz hCMEC/D3) ili intravensku primjenu, što ograničava izravnu ekstrapolaciju na oralne nutraceutske proizvode u kapsulama.[14, 16] Čak i kada su dostupni podaci o oralnoj primjeni s povećanom plazmatskom AUC, BBB i dalje može ograničiti prodiranje kroz tijesne spojeve, metabolizam i efluks, što znači da povećana sistemska izloženost ne jamči izloženost mozga, te se zaključci moraju donositi s oprezom.[2, 4]
Na području kurkumina interpretacijski rizici također su jasno vidljivi jer su, unatoč 29-strukom povećanju apsorpcije nakon formulacije s fosfolipidima (Meriva), samo metaboliti faze II bili mjerljivi, a koncentracije u plazmi i dalje su bile niže od onih potrebnih za inhibiciju mnogih protuupalnih ciljeva in vitro, što potkopava jednostavnu naraciju o „većoj bioraspoloživosti, jačem biološkom učinku”.[38] Osim toga, pregled literature o kurkuminu ukazuje na problem da razine slobodnog, bioaktivnog kurkumina u plazmi nisu kvantificirane, što komplicira usporedbe između formulacija (nanoemulzije, micele, liposomi itd.) i otežava donošenje zaključka o tome koji je udio doista dostupan za distribuciju u CNS.[28]
Što se tiče „bioenhancera” (npr. piperina), literatura prikazuje oprečne slike: s jedne strane, navodi se da piperin može učinkovito prodrijeti i homogeno se distribuirati u mozgu s omjerima AUC0→∞ u mozgu i plazmi od 0,95 (ukupno) i 1,10 (nevezano), što podupire njegov potencijal za izloženost CNS-u.[63] S druge strane, pregledni rad ukazuje na to da su raniji izvještaji dokumentirali loša PK svojstva piperina, uključujući propusnost BBB-a, što sugerira potrebu za oprezom i verifikacijom ovisno o dozi, formulaciji i analitičkim metodama.[64] Osim toga, sigurnosni pregled piperina ističe rizike i ograničenja (slaba topljivost u vodi, toksičnost ovisna o dozi, reproduktivni i hepatički rizici te potencijalno značajne interakcije između lijekova koje proizlaze iz inhibicije CYP3A4 i P-gp), što je posebno važno kada se razmatra njegova primjena u „pametnim” nootropnim formulacijama koje istovremeno povećavaju izloženost višestrukim tvarima.[65]
U pogledu tehnologije LFHC, treba napomenuti da se citirani dokazi za enkapsulaciju SNEDDS odnose na granule SNEGs u tvrdim kapsulama te pokazuju povećano oslobađanje i permeaciju u intestinalnim modelima, ali još uvijek ne predstavljaju dokaz povećane izloženosti mozga ili kliničkog poboljšanja kognitivne funkcije za specifične biljne pripravke u obliku LFHC.[11]
10. Smjernice za buduća istraživanja
Budući da BBB ograničava većinu izvornih fitokemikalija kroz selektivnost tijesnih spojeva, metabolizam, nisku topljivost i transportni efluks, buduća bi istraživanja trebala kombinirati razvoj formulacija s izravnim mjerenjima izloženosti mozga i procjenom transportnih mehanizama, umjesto da se oslanjaju isključivo na povećani plazmatski AUC.[4] Podaci o sustavima ciljanim na GLUT (GlcCer) te o funkcionalizaciji s ApoE ili ligandom (ANG) pokazuju da funkcionalizacija površine može poboljšati transport u modelima BBB-a i/ili kognitivne učinke i BDNF, što opravdava daljnji rad na nanonosačima „ciljanim ligandima” za visoko lipofilne biljne sastojke i/ili one s ograničenim prodiranjem kroz BBB.[14, 51, 61]
Paralelno, razvoj LFHC-a trebao bi uzeti u obzir parametre disperzije i rizik od taloženja nakon razjeđenja u gastrointestinalnom traktu, budući da uspjeh apsorpcije iz lipidne formulacije ovisi o česticama/emulgiranju, brzini disperzije i taloženju, što predstavlja skup kritičnih atributa kvalitete koji se mogu ispitati (CQA/CPP) u razvoju proizvoda (čak i ako specifični parametri proizvodnje enkapsulacije nisu obuhvaćeni citiranim izvorima).[42] Budući da SNEDDS može povećati bioraspoloživost smanjenjem efluksa P-gp-a i zaobilaženjem metabolizma prvog prolaza kroz limfnu apsorpciju, racionalan smjer je dizajniranje formulacija koje maksimiziraju „limfno preusmjeravanje” za lipofilne biljne sastojke, analogno raspravama o CBD-u i hilomikronima, a zatim provjeriti prevodi li se povećana sistemska izloženost u izloženost CNS-u.[34, 40]
Alternativni putevi primjene (npr. intranazalni) razmatraju se u kontekstu SEDDS-a, budući da nosna šupljina može omogućiti djelomično izravnu isporuku u mozak, zaobilazeći BBB, te istovremeno izbjeći jetreni učinak prvog prolaza, što može povećati sistemsku bioraspoloživost visoko metaboliziranih spojeva, a kombiniranje prednosti SEDDS-a i intranazalnog puta može povećati ciljanje mozga i bioraspoloživost.[30, 66] Iako je to drugačija paradigma od oralnog LFHC-a, može poslužiti kao referentna točka za buduće istraživačke programe u području „kognitivnih performansi” kada je cilj maksimizirati izloženost mozga uz istovremeno ograničavanje varijabilnosti GI apsorpcije.[30, 66]
11. Zaključci
Pregledni i pretklinički dokazi podupiru tezu da lipidni nanonosači (nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi) mogu povećati stabilnost i bioraspoloživost fitokemikalija te pospješiti njihov prolazak kroz BBB i akumulaciju u mozgu u usporedbi sa slobodnim oblicima, pružajući znanstveno opravdanje za dizajn „lipofilne enkapsulacije biljnih sastojaka” u nootropicima.[6, 29]
Najjači dokazi za „izloženost mozga” u prikazanom materijalu uključuju, između ostalog, 11.93-struko povećanje AUC-a u mozgu za oralni kurkumin NLC, detekciju SLN-a izvan moždanog krvožilja za andrografolid nakon IV primjene, te mjerljive koncentracije GA/GB/Bb u mozgu nakon oralne primjene EGb 761®, što pokazuje da odabrani biljni ili prirodni lipofilni spojevi mogu postići mjerljivu izloženost CNS-u kada se distribucijska barijera i PK uzmu u obzir pri dizajnu formulacije i/ili odabiru spoja.[13, 17, 18]
Tehnološki gledano, argumenti za LFHC kao praktičan dozirni oblik proizlaze iz činjenice da su SEDDS smjese koje se mogu primijeniti u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, a primjeri SNEGs u tvrdim kapsulama pokazuju 2–3-struko povećanje oslobađanja i 2-struko povećanje permeabilnosti u intestinalnim modelima, što podupire hipotezu da enkapsulirani samonanoemulgirajući sustavi mogu poboljšati korak oralne apsorpcije za lipofilne molekule.[10, 11]
Istovremeno, „homeostazu katekolamina” treba formulirati s oprezom, budući da katekolamini obično ne prelaze zrelu BBB, te će stoga stvarni mehanizmi djelovanja biljnih sastojaka i njihovih formulacija u CNS-u biti neizravni (npr. modulacija neurotransmisije ili neurotrofije, kao u podacima o Bacopa ili BDNF nakon primjene ciljanih liposoma s resveratrolom), a ne utemeljeni na izravnoj isporuci dopamina ili norepinefrina u mozak.[15, 51, 54] Budući rad, kako bi zaslužio naziv „farmaceutske” tehnologije penetracije kroz BBB u području nootropika, trebao bi kombinirati:
- rigorozne PK metode (uključujući razlikovanje slobodnog oblika i metabolita),
- izravna mjerenja izloženosti CNS-u i
- dizajn lipidnih sustava s kontrolom precipitacije/disperzije i potencijalnom ligandacijom, što izravno proizlazi iz opažanja o ograničenjima određivanja slobodnog kurkumina, ovisnosti apsorpcije o disperziji te prednosti funkcionalizacije u modelima BBB-a.[14, 28, 42]
