Lipidne nanoformulacije za dostavu lipofilnih biljnih tvari u SIZ: transport kroz krvno-moždanu barijeru i kateholaminergička nootropna podrška

Lipidne nanoformulacije biljnih tvari u mekim/tvrdim kapsulama punjenim tekućinom (LFHC) kao strategija za dopremu lipofilnih molekula u središnji živčani sustav: Kritički pregled farmakokinetičkih načela, mehanizama prijenosa kroz krvno-moždanu barijeru i implikacija za potporu nootropnom kateholaminergičkom sustavu

Sažetak

Krvno-moždana barijera (KMB) predstavlja ključnu prepreku u liječenju bolesti središnjeg živčanog sustava (SŽS) jer regulira priljev tvari u mozak i održava homeostazu SŽS-a, pri čemu mnogi spojevi kroz nju prolaze otežano.[1–3] U praksi KMB ograničava cerebralnu izloženost brojnim fitokemikalijama, među ostalim, zbog selektivnosti čvrstih spojeva (tight junctions), brzog metabolizma, niske topljivosti i izbacivanja putem transportera, što smanjuje kliničku primjenjivost i opravdava „omogućujuće” strategije temeljene na lipidnim nanonosačima.[4, 5] Istodobno, mnoge fitokemikalije pate od nepovoljnog farmakokinetičkog profila, a nanonosači se opisuju kao vozila koja povećavaju bioraspoloživost, stabilnost i dopremu, služeći kao polazna točka za dizajniranje oralnih sustava koji stabiliziraju i solubiliziraju lipofilni teret.[6] Cilj je ovog pregleda kritička sinteza podataka koji upućuju na to da lipidne nanoforme (nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi i fosfolipidni kompleksi) mogu povećati sistemsku i/ili moždanu izloženost biljnih tvari te ukazati na to gdje dokazi ostaju neizravni (povećanje plazmatske AUC) umjesto izravni (mjerenje koncentracije u mozgu ili u modelima KMB-a).[7–9] Konkretno, tehnologija tvrdih kapsula punjenih tekućinom (LFHC) raspravlja se kao platforma za primjenu mješavina ulja, surfaktanata i ko-surfaktanata (SEDDS), koji su stabilne mješavine primjenjive u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, uz podatke o samonanoemulgirajućim granulama u tvrdim kapsulama koje povećavaju oslobađanje i permeaciju lipofilnog lijeka u crijevnim modelima.[10, 11] Pregled prikuplja kvantitativne primjere povećane bioraspoloživosti (npr. nanoemulzija kurkuminoida: ukupna bioraspoloživost kurkuminoida 46% naspram 8,7% u disperziji; ili oralni NLC kurkumina: 11,93-struko povećanje moždane AUC) i primjere povećane permeabilnosti u modelima KMB-a (npr. 1,8-struko povećanje permeabilnosti resveratrol-SLN funkcionaliziranih s ApoE preko hCMEC/D3 monoslojeva).[12–14] U neurofarmakološkom dijelu ističe se „kateholaminska parafraza” (u izvorniku: kateholaminski paradoks): kateholamini obično ne prolaze kroz zrelu KMB (izvan periventrikularnih područja), pa je „kateholaminska homeostaza” postignuta oralnim biljnim tvarima neizravna (modulacija signalizacije, enzima, neurotrofije) prije nego izravnom dopremom dopamina ili norepinefrina u mozak.[15] Zaključci pokazuju da su najbolje utvrđeni nalazi: (i) poboljšana sistemska izloženost nakon lipidnih formulacija, (ii) prisutnost predkliničkih dokaza o povećanoj moždanoj izloženosti za odabrane spojeve (kurkumin, α-azaron, andrografolid, Ginkgo TTL) i (iii) nužnost oprezne ekstrapolacije na nootropne proizvode, budući da se neki podaci odnose na intravensku primjenu ili in vitro modele, a ne na oralni LFHC u ljudskoj populaciji.[13, 16–18]

Ključne riječi

Pregled se usredotočuje na krvno-moždanu barijeru, nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, čvrste lipidne nanopartikule (SLN/NLC), tvrde kapsule punjene tekućinom i biljne spojeve s ograničenom bioraspoloživošću i pristupom mozgu.[4, 7, 9, 19]

1. Uvod

Najveća prepreka u terapiji bolesti SŽS-a jest prolazak lijekova kroz KMB, koja kao fizička barijera regulira priljev tvari i osigurava homeostazu SŽS-a.[1, 2] U kontekstu fitokemikalija problem je dvostruk: ograničena sistemska dostupnost i ograničena moždana izloženost, budući da KMB „u praksi” ograničava većinu nativnih fitokemikalija zbog selektivnosti čvrstih spojeva, brzog metabolizma, niske topljivosti i izbacivanja putem transportera.[4] Pregledna literatura naglašava da jedinstvene karakteristike KMB-a značajno ograničavaju pristup fitokemikalija ciljnom tkivu i time ograničavaju kliničku primjenjivost, što pruža izravno opravdanje za platforme za nanodopremu koje omogućuju „optimizaciju” dopreme neprobojnih spojeva u mozak.[5]

Zajednički nazivnik za mnoge biljne tvari jest nepovoljan farmakokinetički profil koji ograničava farmakološku aktivnost, a nanotehnologija se navodi kao alat za poboljšanje dopreme, bioraspoloživosti, biokompatibilnosti i stabilnosti fitokemikalija.[6] Istodobno, pregledni radovi iz nanomedicine u neurologiji opisuju lipidne nosače kao pristup usmjeren na prelazak KMB-a radi poboljšanja terapija za neuorološka stanja i smanjenja toksičnosti na biomimetički način, uključujući i spojeve prirodnog podrijetla poput resveratrola ili kurkumina.[20]

U tom su kontekstu posebno atraivne lipidne platforme koje nakon oralne primjene drže teret u solubiliziranom stanju i stvaraju mikro-/nanoemulzije u gastrointestinalnom okruženju, budući da SEDDS drži lijek u otopljenom obliku, olakšava stvaranje stabilnih emulzija na ciljnim mjestima i povećava apsorpciju.[8] Također je važno da se SEDDS opisuje kao mješavina ulja, surfaktanta i ko-surfaktanta s otopljenom aktivnom tvari, koji su fizikalno stabilni i mogu se primjenjivati oralno u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, što pruža izravnu premisu za koncept LFHC-a kao doznog oblika za tekuće lipidne mješavine u suplementaciji i farmaceutskoj praksi.[10]

2. Krvno-moždana barijera

KMB se opisuje kao fizička barijera koja regulira ulazak tvari u mozak i osigurava homeostazu SŽS-a, što dopremu terapija u SŽS čini osobito teškom.[1, 2] U kontekstu fitokemikalija pregledni radovi izričito navode da KMB ograničava većinu nativnih biljnih molekula putem selektivnosti čvrstih spojeva, brzog metabolizma, niske topljivosti i izbacivanja putem transportera, što predstavlja sintetski opis glavnih barijera na razini cerebralnog endotela i perivaskularnog okruženja.[4]

Eksperimentalni dokazi pokazuju da je integritet barijere dinamičan te može slabiti ili jačati ovisno o upali i endogenim čimbenicima, budući da nedostatak kortistatina predisponira endotelnu slabost s povećanom permeabilnošću i razgradnjom čvrstih spojeva, dok primjena kortistatina preokreće hiperpermeabilnost i smanjuje propuštanje KMB-a in vivo u LPS modelu.[21] Iz mehaničke perspektive također je važno da u modelu oštećenja ljudske KMB-a (in vitro su-kultura) uvredljivi čimbenici povećavaju „labilni fond željeza” (LIP) i remete stresne putove (HIF2α), a kelator željeza (Desferal, DFO) spašava preživljenje endotela, što se tumači kao signal da su putovi metaboličkog stresa povezani s integritetom barijere i mogu pružiti dodatnu dimenziju u dizajniranju intervencija koje podupiru stabilnu izloženost mozga.[22]

Kateholaminski paradoks

Ključno ograničenje za obećanje „kateholaminske homeostaze” jest činjenica da kateholamini uglavnom nisu u stanju prodrijeti kroz zrelu KMB i ući u mozak, s iznimkom periventrikularnih mjesta gdje KMB nedostaje ili je oštećena.[15] U modelu na štakorima također je pokazano da KMB u različitim regijama mozga nastaje sekvencijski nakon rođenja, uz rano stvaranje fizičkih elemenata i elemenata koji ograničavaju ione te kasniji razvoj enzimskih elemenata, naglašavajući da je permeabilnost za molekule slične kateholaminima funkcija ne samo svojstava molekule već i stanja/stadija barijere.[15]

S druge strane, sam dopamin može modulirati svojstva barijere, budući da u uvjetima oksidativnog stresa (H2O2) dopamin i agonisti A68930 smanjuju hiperpermeabilnost monosloja, štite integritet čvrstih spojeva i sklop aktinskog citoskeleta, a zaštitni mehanizam povezan je s inhibicijom NLRP3 inflamasoma, a ne izravnom inhibicijom ROS-a.[23] Posljedično, u nootropnom kontekstu razumno je razlikovati: (i) izravnu opskrbu SŽS-a kateholaminima (obično neučinkovito preko KMB-a) i (ii) neizravnu modulaciju okruženja SŽS-a i endotela, što može utjecati na neuroinflamatornu i neurotrofnu „homeostazu” unutar mozga.[15, 23]

Farmakološka modulacija permeabilnosti

Postoje i strategije za otvaranje KMB-a, kao što je NEO100, koji u studijama reverzibilno i netoksično otvara KMB in vitro i in vivo te povećava ulazak mnogih terapija u mozak, pri čemu se mehanički primjećuje učinak na različite putove prijenosa kroz KMB i translokaciju proteina čvrstih spojeva s membrane u citoplazmu u moždanim endotelnim stanicama.[24] Iz perspektive biljnih formulacija, međutim, takva je strategija kvalitativno drugačija od pristupa temeljenih na solubilizaciji i povećanju sistemske izloženosti, a njezina primjena u području suplementacije zahtijevala bi rigoroznu procjenu sigurnosti i ravnotežu rizika i koristi koja proizlazi iz privremenih povećanja permeabilnosti KMB-a.[24]

3. Farmakokinetički izazovi lipofilnih fitokemikalija

Fitokemikalije često pokazuju ograničenu kliničku primjenjivost u neurologiji jer KMB ograničava njihov pristup ciljnom tkivu, a literatura naglašava da polarnost i „velika veličina” mnogih fitokemikalija otežavaju prolazak kroz selektivnu krvno-moždanu barijeru.[5, 25] Osim toga, ograničenja ne završavaju na KMB-u: pregledni radovi ukazuju na to da fitokemikalije pate od slabog farmakokinetičkog profila koji ograničava njihovu farmakološku aktivnost, a poboljšanje bioraspoloživosti i stabilnosti često je nužan uvjet za postizanje mjerljivih bioloških učinaka.[6]

Kurkumin je primjer spoja s poželjnim svojstvima (uključujući antioksidativno i protuupalno djelovanje), ali istodobno niskom oralnom bioraspoloživošću zbog nestabilnosti pri fiziološkom pH, niske topljivosti u vodi i brzog metabolizma, što potiče razvoj formulacija koje poboljšavaju izloženost.[26] Slično tome, resveratrol ima ograničenja u formulaciji jer pokazuje slabu topljivost u vodi i kemijsku nestabilnost (razgradnju izomerizacijom kao odgovor na temperaturu, pH, UV zračenje ili enzime), što rezultira niskom bioraspoloživošću i ograničenim biološkim prednostima.[27]

Vrijedi napomenuti da čak i kada formula povećava izloženost u plazmi, tumačenje bioraspoloživosti može biti komplicirano analitičkim problemima, budući da pregledni rad o kurkuminu pokazuje da „razine slobodnog, bioaktivnog kurkumina u plazmi nisu utvrđene”, unatoč postojanju mnogih nano-/lipidnih formulacija, što ograničava usporedivost studija i njihovu primjenu na „stvarnu” izloženost aktivnom obliku.[28]

4. Sustavi za dopremu putem lipida

Lipidni nanonosači razvijaju se radi poboljšanja dopreme lijekova kroz KMB te povećanja bioraspoloživosti i specifičnosti ciljanja, a pregledni radovi naglašavaju upotrebu lipidnih nosača opterećenih spojevima prirodnog podrijetla radi poboljšanja dopreme u mozak i terapijskog potencijala kod neuroloških poremećaja.[3, 20] Istodobno, literatura pokazuje da enkapsulacija fitokemikalija u lipidne nanonosače poboljšava fiziološku stabilnost, potiče prolazak kroz KMB i povećava nakupljanje u moždanom tkivu u usporedbi sa slobodnim oblikom, što pruža opću premisu za „lipofilnu enkapsulaciju biljnih tvari”.[25, 29]

Klase lipidnih sustava

SEDDS se definiraju kao smjese ulja, surfaktanata i kosurfaktanata koje razrjeđivanjem vodom tvore mikroemulzije ili nanoemulzije sposobne nositi velike količine 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 kosolvenasa koji spontano tvore nanoemulzije nakon miješanja s vodom, mogu se dizajnirati u tekućim ili krutim oblicima te poboljšavaju apsorpciju mehanizmima kao što su povećanje međupovršinske površine, zaštita od razgradnje i olakšavanje limfnog transporta.[31] Pregledni radovi naglašavaju da korisne značajke SNEDDS-a uključuju poboljšanu topljivost, brzinu otapanja i permeabilnost, smanjeni metabolizam u stijenci crijeva, 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 iskoristivosti u mozgu, pri čemu se SLN i NLC posebno intenzivno proučavaju u kontekstu dostave u mozak.[9] U slučaju resveratrola navodi se da "uloga nanotehnologije" u neurologiji proizlazi iz potrebe za prikrivanjem fiziokemijskih svojstava lijekova kako bi im se produžio poluvijek i omogućilo prelazak BBB-a, a resveratrol je između ostalog često enkapsuliran u liposome i lipidne nanočestice.[27]

Za nanoemulzije iznose se argumenti da kapljice u nanometarskom rasponu poboljšavaju crijevnu permeabilnost i permeabilnost BBB-a, što dovodi do povećane permeacije lijeka u sistemsku cirkulaciju i mozak, a tipični raspon veličine kapljica za nanoemulzije navodi se kao 50–500 nm u preglednom radu o koloidnim sustavima za dostavu lipofilnih bioaktivnih tvari.[7, 33]

Tablica u nastavku sintetizira odabrane klase lipidnih sustava za dostavu lijekova u pogledu definicije sastava, tipičnih veličina čestica/kapljica u dostupnim podacima i primjera primjene povezanih s poboljšanjem sistemske izloženosti ili izloženosti mozga.

Mehanizmi za povećanje sistemske izloženosti

Povećana sistemska izloženost ključno je "usko grlo" prije eventualnog prolaza u mozak, a pregledni rad o nanoenkapsulaciji neuroprotektivnih spojeva pokazuje da gastrointestinalna apsorpcija može inhibirati unos slobodnih i nanoenkapsuliranih spojeva u krv, čime se posljedično ograničava koncentracija u mozgu.[2] U tom su smislu mehanizmi limfne apsorpcije posebno važni za lipofilne spojeve, budući da se limfni transport opisuje kao paralelni apsorpcijski put za lipide i sve veći broj lipofilnih lijekova, pri čemu se molekule nakon apsorpcije mogu udružiti s lipoproteinskim česticama enterocita i izlučiti u limfnu cirkulaciju umjesto u portalnu cirkulaciju, čime se zaobilazi metabolitički aktivna jetra i smanjuje efekt prvog prolaza.[39] Za izrazito lipofilne spojeve, kao što je CBD, naznačeno je da preusmjeravanje u limfnu cirkulaciju vezanjem za hilomikrone (u prisutnosti triglicerida dugog lanca ili masnih kiselina) može smanjiti metabolizam prvog prolaza, povećati bioraspoloživost i smanjiti varijabilnost izloženosti.[40]

Mehanistički gledano, u nanoemulzijama ulogu imaju i probava lipida te stvaranje miješanih micela, budući da se u tankom crijevu trigliceridi hidroliziraju u slobodne masne kiseline i monoacilglicerole, koji zajedno s žučnim solima i fosfolipidima sukonstruiraju miješane micele koje omogućuju migraciju lipofilnih spojeva u hidrofobnu jezgricu micela i prodiranje kroz sluznu barijeru, gdje se apsorpcija odvija endocitozom ili pasivnom difuzijom.[41] U istom tonu naglašava se da se neprobavljiva ulja (npr. mirisna/eterična ulja, mineralno ulje) ne razgrađuju pomoću lipaze, što inhibira stvaranje miješanih micela i "zarobljava" lipofilne tvari u uljnim kapljicama, smanjujući bioraspoloživost.[41] Osim toga, naznačeno je da su trigliceridi dugog lanca u probavljivim uljima podložniji stvaranju miješanih micela nego srednjolančani trigliceridi (MCT), što je relevantno pri odabiru uljne faze u dizajnu lipidnih formulacija za maksimalnu apsorpciju.[41]

5. Tvrde kapsule punjene tekućinom

SEDDS se opisuju kao lako proizvedive, fizički stabilne smjese ulja, surfaktanta i kosurfaktanta koje se primjenjuju peroralno u mekim ili tvrdim želatinskim kapsulama, što pruža izravnu premisu za razmatranje oblika kapsula punjenih tekućinom (LFHC) kao nosača tekućih lipidnih smjesa u pojedinačnim dozama.[10] Pregledni radovi također pokazuju da lipidne formulacije u kapsulama značajno poboljšavaju topljivost i brzinu otapanja slabo topivih lijekova u usporedbi s nelipidnim formulacijama, a uspjeh apsorpcije ovisi o veličini čestica, emulgiranju, brzini disperzije i precipitaciji lijeka nakon disperzije, što se izravno odnosi na dizajn punjenja tekućih kapsula i njihovo ponašanje nakon oslobađanja u gastrointestinalnom traktu.[42]

Studija o samonanoemulgirajućim granulama (SNEG) napunjenim u tvrde želatinske kapsule pokazala je da takav oblik (enkapsulirani SNEG) daje 2 do 3 puta veće oslobađanje lipofilne molekule (cilostazola) u usporedbi s konvencionalnom tabletom i čistim lijekom, što ilustrira potencijal "enkapsulacije" samonanoemulgirajućih sustava za poboljšanje oslobađanja.[11] Isti materijal bilježi da je količina lijeka koja prožima iz SNEG-a bila dvostruko veća nego iz suspenzije tablete u ex vivo modelu štakorskog crijeva (metoda s izvraćenom vrećicom), što podupire tezu da sustavi s tekućim punjenjem tvrdih kapsula (LFHC) / enkapsulirani sustavi mogu poboljšati korak apsorpcije čak i prije razmatranja ciljne permeacije kroz BBB.[11]

6. Dokazi za odabrane biljne tvari

Kurkumin

U studiji na štakorima, nanoemulzija kurkuminoida pripremljena s lecitinom, Tweenom 80 i vodom postigla je veličinu čestica od 12,1 nm i učinkovitost enkapsulacije od 98,8%. Farmakokinetički parametri (Tmax, Cmax i AUC) nakon peroralne primjene bili su viši za nanoemulziju nego za disperziju pri istoj dozi, čime se kvantitativno potvrđuje poboljšana sistemska izloženost nanoemulzijom.[12] U istoj studiji, peroralne bioraspoloživosti za BDMC, DMC, kurkumin i ukupne kurkuminoide u nanoemulziji naspram disperzije iznosile su redom 34,39% prema 4,65%, 39,93% prema 5,49%, 47,82% prema 9,38% i 46% prema 8,7%, što ukazuje na višestruko povećanje peroralne bioraspoloživosti primjenom nanoemulzije.[12]

U modelima na miševima, peroralna "praktična" nanoemulzija kurkumina (do 20%) rezultirala je 10-strukim povećanjem AUC(0–24h) i više nego 40-strukim povećanjem Cmax u usporedbi sa suspenzijom kurkumina u 1%-tnoj metilcelulozi, čime se demonstrira razmjera mogućeg poboljšanja plazmatske izloženosti formulacijom nanoemulzije.[43] U modelu sa štakorima s uljima (SNO/LSO), nanoemulgiranje je povećalo transport u crijevnim vrećicama za 79% (SNO) i 437% (LSO) u odnosu na ne-emulgiranu primjenu. Dodatno je zabilježeno da je "mala količina" kurkumina uočena u mozgu i srcu nakon primjene nanokurkumina, što pruža ograničen, ali izravan signal izloženosti tkiva u središnjem živčanom sustavu nakon primjene lipidne strategije.[44]

Dodatni kvantitativni dokazi za povećanu izloženost mozga dolaze iz rada na NLC-ima, budući da su nakon intragastrične primjene nanostrukturirani lipidni nosači kurkumina dali viši Cmax u plazmi (564,94 ± 14,98 ng/mL naspram 279,43 ± 7,21 ng/mL), kraći Tmax (0,5 ± 0,01 h naspram 1,0 ± 0,12 h) i viši AUC0–∞ (820,36 ± 25,11 mg×h/L naspram 344,11 ± 10,01 mg×h/L) u usporedbi sa suspenzijom, što ukazuje na poboljšanu sistemsku izloženost.[13] Isti materijal izravno navodi da je NLC formulacija poboljšala sposobnost kurkumina da prijeđe BBB, uz 11,93-struko povećanje AUC-a u mozgu u usporedbi sa suspenzijom, što predstavlja jedan od najizravnijih argumenata za lipidne nanonosače za izloženost CNS-u peroralnim putem (na životinjskom modelu).[13]

Dodatni podaci pokazuju da je površinska modifikacija SLN-a (kvaternizirani kitozan, TMC-SLCN) omogućila kontrolirano oslobođenje u simuliranim crijevnim tekućinama te "značajno višu" peroralnu bioraspoloživost i distribuciju kurkumina u mozgu u usporedbi sa slobodnim kurkuminom, kitozanom i neobloženim SLN-ovima, povezujući mehanizme stabilnosti, oslobađanja i distribucije u CNS-u u jedinstvenom pretkliničkom ishodu.[45] U modelu zebrica, mikroemulzija kurkumina u ulju kurkume, dizajnirana "za ciljanje mozga", rezultirala je dvostrukim poboljšanjem farmakokinetike u plazmi i 1,87-strukim poboljšanjem farmakokinetike u mozgu, uz poboljšano prostorno pamćenje i smanjeni oksidacijski stres, što upućuje na to da poboljšana izloženost mozga putem lipidnog sustava može biti povezana s mjerljivim funkcionalnim učincima u modelu neurodegeneracije.[46]

U kliničkim podacima (kod ljudi), formulacije kurkumina s lipidima mogu osigurati brzu i mjerljivu apsorpciju, budući da je studija CRM-LF izvijestila o Tlag od pribl. 0,18 h (12 min), Tmax od 0,60 ± 0,05 h, Cmax od 183,35 ± 37,54 ng/mL i AUC0–∞ od 321,12 ± 25,55 ng·h/mL pri dozi od 750 mg, što ukazuje na brzu fazu apsorpcije i značajnu sistemsku izloženost (bez mjerenja u SŽS-u).[47] Studija s pripravkom AQUATURM® pokazala je >7 puta veće povećanje AUC0–12h i održavala je mjerljive razine kurkumina punih 12 h (dok je komparativni pripravak pao ispod granice kvantifikacije nakon 4 h kod većine sudionika), što predstavlja klinički dokaz o mogućnosti produljene sistemske izloženosti formulacijom (iako je riječ o "topivoj u vodi" formulaciji, a ne o klasičnoj lipidnoj nanoemulziji).[48]

Fosfolipidne formulacije (fitosomi) predstavljaju drugačiju paradigmu, budući da je studija križanja na ljudima pokazala da je Meriva (lecitinska formulacija mješavine kurkuminoida) rezultirala ~29 puta većom ukupnom apsorpcijom kurkuminoida nego neformulirana mješavina. Međutim, bili su mjerljivi samo metaboliti faze II, a koncentracije u plazmi i dalje su bile znatno niže od onih potrebnih za inhibiciju većine protuupalnih ciljnih mjesta kurkumina, što ograničava prekomjerno tumačenje "višestrukog povećanja bioraspoloživosti" kao automatskog poboljšanja učinka na SŽS.[38]

Resveratrol

Resveratrol zahtijeva strategije formuliranja jer njegova slaba topljivost i kemijska nestabilnost ograničavaju njegovu bioraspoloživost i biološke prednosti. Pregledni radovi ukazuju na trend prema inkapsulaciji i ciljanju mozga resveratrolom te opravdavaju ulogu nanotehnologije u omogućavanju prelaska krvno-moždane barijere maskiranjem fizikalno-kemijskih svojstava i produljenjem poluvijeka.[27] U in vitro modelu krvno-moždane barijere, funkcionalizacija čvrstih lipidnih nanočestica (SLN) apolipoproteinom E povećala je propusnost kroz monoslojeve hCMEC/D3, s 1,8 puta većom propusnošću za SLN-ApoE u usporedbi s nefunkcionaliziranima, što pruža izravan dokaz poboljšanog transporta kroz model krvno-moždane barijere "ligandacijom" lipidnog nanonosača.[14]

U in vivo studijama, čvrste lipidne nanočestice s resveratrolom u modelu štakora s karakteristikama Alzheimerove bolesti podržale su hipotezu o poboljšanom "neuralnom ciljanju", budući da su SLN/resveratrol povećali ekspresiju HSP70 za četiri puta i smanjili IL-1β, a testovi ponašanja pokazali su poboljšano pamćenje pasivnog izbjegavanja u modelu, što sugerira da lipidni nosač može pojačati funkcionalni učinak resveratrola u SŽS-u (iako citirani ulomak sam po sebi ne izvještava o izravnim koncentracijama u mozgu).[49] U drugom modelu (Aβ1–42 i.c.v.), nanokapsule s lipidnom jezgrom omogućile su resveratrolu da "spasi" štetne učinke Aβ1–42, a autori to povezuju s "snažnim povećanjem" koncentracije resveratrola u moždanom tkivu postignutim nanokapsulama, što predstavlja tumačenje mehanizma učinkovitosti temeljeno na izloženosti mozga.[50]

Ciljano usmjerenije liposomske strategije izvještavaju o istovremenim "transportnim" i "neurotrofnim" učincima, budući da je liposom resveratrola s ANG ligandom u stananičnim pokusima povećao sposobnost resveratrola da prijeđe krvno-moždanu barijeru i unesen je u živčane stanice, a u modelu starenja miševa poboljšao je kognitivnu funkciju smanjenjem oksidativnog stresa i upale u mozgu te povećao BDNF.[51] Takvi podaci stoga kombiniraju u jednoj intervenciji: (i) tehnološko poboljšanje prelaska krvno-moždane barijere, (ii) poboljšanje biomarkera upale / oksidativnog stresa i (iii) povećanje neurotrofnog čimbenika, što je značajno za narativ o "neurogenezi" i plastičnosti, iako dokazi potječu iz životinjskog modela i specifične liposomske platforme, a ne iz oralnog LFHC-a.[51]

Bacopa monnieri

U slučaju biljke Bacopa monnieri, naznačeno je da bazid A ima nisku topljivost u vodi i "ograničenje prolaza kroz krvno-moždanu barijeru", što ograničava njegovu bioraspoloživost i kliničku učinkovitost kod neurodegenerativnih bolesti, pružajući obrazloženje za strategije s nosačima kao što su niozomi.[52] Studija niozomske formulacije frakcije bogate bazidom A (Fort-BAF) uključivala je in vivo procjenu prokognitivnih svojstava u usporedbi s frakcijom, a autori zaključuju da niozomi mogu značajno poboljšati stabilnost i bioraspoloživost Fort-BAF-a, što sugerira da vezikularni sustavi mogu podržati dostavu usmjerenu na SŽS.[52]

Na području sustava za samonanoemulgiranje pokazano je da su za povećanje topljivosti i bioraspoloživosti slabo topljivih bazida korišteni SNEDDS sa Sredstvima / surfaktantima / kosurfaktantima te je procijenjena "nova lipofilna formulacija" za prodiranje u mozak i farmakokinetički profil kod štakora, čime se Bacopa izravno povezuje s paradigmom lipidnih nanosustava za izloženost SŽS-u (iako citirani ulomak ne sadrži farmakokinetičke brojne vrijednosti).[53] U pogledu nootropnih mehanizama, pregledni rad ukazuje da Bacopa djeluje, između ostalog, modulacijom sustava neurotransmitera, uključujući noradrenalin i dopamin, što pruža izravnu vezu s narativom o "homeostazi katekolamina", istodobno otklanjajući potrebu za izravnom opskrbom katekolaminima preko krvno-moždane barijere.[15, 54]

Withania somnifera

Što se tiče neurogeneze, pregledni rad pokazuje da pretkliničke studije sugeriraju da witanolidi mogu potaknuti neurogenezu, zaštititi od neurodegenerativnih bolesti te smanjiti oksidativni stres i upalu, dok napredak u metodama dostave (liposomske i nanoemulzije) poboljšava njihovu bioraspoloživost.[55] Na staničnoj razini pokazano je da MPEG-PCL nanočestice koje sadrže ekstrakt biljke Withania somnifera (WSE) učinkovito unose stanice U251 i pružaju veću zaštitu od oksidativnog oštećenja (95,1 %) nego PCL s WSE-om (56,4 %) i slobodni WSE (39,0 %), što podržava hipotezu da inkapsulacija povećava učinkovitost djelovanja u uvjetima oksidativnog stresa (u odsutnosti izravnog mjerenja prelaska krvno-moždane barijere).[56]

Ginkgo biloba

U studiji na štakorima, nakon jedne peroralne primjene od 600 mg/kg standardiziranog ekstrakta EGb 761®, dokazane su značajne koncentracije ginkgolida A (GA), ginkgolida B (GB) i bilobalida (Bb) u plazmi i SŽS-u, pri čemu su se koncentracije u mozgu brzo povećale na 55 ng/g (GA), 40 ng/g (GB) i 98 ng/g (Bb), što pruža izravan dokaz da odabrani terpenski trilaktoni prodiru u SŽS peroralnim putem u životinjskom modelu.[18] U preglednom radu se navodi da značajne razine TTL-ova i flavonoida biljke Ginkgo biloba prelaze krvno-moždanu barijeru i ulaze u SŽS štakora nakon peroralne primjene GBE-a, podupirući općenitost zapažanja, iako se ne preciziraju farmakokinetički parametri.[57]

Istodobno, in vitro modeli transporta sugeriraju postojanje ograničenja apsorpcije i efluksa, budući da su u MDR-MDCK modelu zabilježeni niska propusnost u smjeru apsorpcije (Papp 0,2–0,3×10−6 cm/s) i znatno viši protok u sekretornom smjeru (Papp 2,9–3,6×10−6 cm/s). To je u skladu s inhibicijom neto apsorpcije mehanizmima efluksa i ukazuje na to da lipidne formulacije koje smanjuju efluks ili poboljšavaju topljivost mogu biti korisne u ovom kontekstu.[32, 58] Suprotno tome, u životinjskom modelu, istodobna primjena ekstrakta biljke Ginkgo biloba s mješavinom ekstrakta sezama i ulja kurkume povećala je koncentraciju ginkgolida A u mozgu miša u usporedbi sa samim GBE-om, što sugerira da istodobne formulacije s uljem mogu povećati izloženost TTL-ova u mozgu.[59]

α-Asaron

U studijama na životinjama, lipidne nanočestice (A-LNP) osigurale su "produženo i trajnu" otpuštanje α-asarona, a nakon intravenske primjene znatno veće razine α-asarona zabilježene su u plazmi i frakcijama moždanog parenhima u usporedbi sa slobodnim α-asronom, potvrđujući sposobnost A-LNP-a da održe terapijske koncentracije u plazmi i istodobno prenose kroz krvno-moždanu barijeru.[16] Ovaj je rezultat važan za tezu o "stabilizaciji profila izloženosti", ali treba naglasiti da potječe iz intravenske primjene i stoga izravno ne dokazuje učinkovitost peroralnih LFHC-a u ovoj klasi spojeva.[16]

Andrografolid

Andrografolid je opisan kao spoj niske bioraspoloživosti, slabe topljivosti u vodi te visoke kemijske i metaboličke nestabilnosti, što opravdava njegovu formulaciju u lipidnim nanočesticama.[17] U in vitro studijama pokazano je da nanočestice poboljšavaju propusnost andrografolida u usporedbi sa slobodnim oblikom, a nakon intravenske primjene fluorescentne SLN-ove otkrivene su u moždanom parenhimu izvan vaskularnog ležišta, potvrđujući sposobnost ovog nosača i/ili njegovog tereta da "savladaju krvno-moždanu barijeru" u životinjskom modelu.[17]

Kanabidiol

U studijama na miševima i in vitro modelu krvno-moždane barijere, lipidne nanokapsule (LNC) "ukrašene kanabinoidima" postigle su najveću sposobnost ciljanja mozga za najmanje veličine, a poboljšanje ciljanja mozga nakon konjugacije CBD-a s LNC-ima premašilo je za šest puta poboljšanje zabilježeno za kliničku strategiju "G-Technology".[60] Ovaj rezultat naglašava važnost veličine nosača i dizajna površinske funkcionalizacije za transport kroz krvno-moždanu barijeru i raspodjelu u mozgu, iako je platforma specijalizirana i nije ekvivalentna klasičnim peroralnim SEDDS-ima u LFHC-u.[60]

7. Mehanizmi povećanog prodiranja u mozak

Pregledna literatura ukazuje da kapljice nanoemulzije nanorazmjera mogu poboljšati crijevnu propusnost i propusnost krvno-moždane barijere, povećavajući propusnost lijeka u sistemskoj cirkulaciji i mozgu, što sugerira istovremeni učinak na faze apsorpcije i raspodjele u SŽS-u.[7] Istodobno, pregledni radovi naglašavaju da isporuka fitokemikalija pomoću lipidnih nanočestica poboljšava fiziološku stabilnost, potiče prelazak krvno-moždane barijere i povećava nakupljanje u moždanom tkivu, pružajući opći mehanički okvir bez obzira na kemiju specifičnog tereta.[29]

Za sustave usmjerene na krvno-moždanu barijeru, in vitro dokazi upućuju na ulogu prijenosnika i ligandacije, budući da je nanoemulzija funkcionalizirana glukozilceramidom (GlcCer) dizajnirana za korištenje unosa ovisnog o prijenosniku glukoze (GLUT), te su kvantitativno zabilježeni 1,6 puta veće povećanje unosa u živčane stanice i 1,4 puta veće poboljšanje endotelnog transporta u usporedbi s kontrolama bez ciljanja.[61] Analogno tomu, funkcionalizacija čvrstih lipidnih nanočestica apolipoproteinom E povećala je propusnost resveratrola kroz monoslojeve hCMEC/D3 za 1,8 puta, što je u skladu s konceptom da površinska funkcionalizacija može pojačati transendotelni transport u modelima krvno-moždane barijere.[14]

Za sustave za samonanoemulgiranje presudan je mehanizam održavanja lijeka u topljivom obliku i stvaranja stabilne emulzije na mjestu apsorpcije, budući da SEDDS drži lijek otopljenim u gastrointestinalnim tekućinama i olakšava stvaranje stabilnih emulzija koje pojačavaju apsorpciju, što je nužan uvjet za postizanje dovoljne sistemske izloženosti za raspodjelu u SŽS-u.[8] U kontekstu SNEDDS-a naglašava se višemehanističko povećanje bioraspoloživosti, uključujući smanjenje intraenterocitnog metabolizma (CYP P450), smanjenje efluksa P-gp-a i zaobilaženje efekta prvog prolaza limfnom apsorpcijom, što predstavlja logičan mehanizam za "izglađivanje" profila sistemske izloženosti lipofilnim spojevima.[34]

Konačno, iz perspektive izloženosti mozga, važno je razlikovati "sistemsku bioraspoloživost" od "bioraspoloživosti u mozgu", jer čak i kada lipidni sustav poveća koncentracije u plazmi, krvno-moždana barijera i dalje ograničava većinu izvornih fitokemikalija kroz čvrste veze (tight junctions) i efluks, te je stoga povećanje AUC-a u plazmi nužan, ali nedovoljan uvjet za učinkovitu izloženost mozga.[2, 4]

8. Katekolamini i neurogeneza

U nootropnom narativu botanički se spojevi često prikazuju kao podrška "homeostazi kateholamina" i neuroplastičnosti, no temeljna je ograničenost u tome što kateholamini općenito ne prodiru kroz zrelu krvno-moždanu barijeru izvan periventrikularnih regija, što nalaže da se "homeostaza" razumije kao neizravni učinak unutar SIZ-a (npr. modulacija neurotransmisije, neuroinflamacije, neurotrofije), a ne kao izravna opskrba mozga dopaminom ili noradrenalinom nakon peroralne primjene.[15]

Iz perspektive mehanizama krvno-moždane barijere i oksidativnog stresa, dopamin može zaštititi barijeru od hiperpermeabilnosti izazvane vodikovim peroksidom (H2O2) očuvanjem integriteta čvrstih spojeva (tight junctions) i citoskeleta te inhibicijom NLRP3 inflamasoma, što ukazuje na to da signalizacija kateholamina može utjecati na mikroklimu krvno-moždane barijere i potencijalno neizravno utjecati na raspodjelu spojeva u SIZ u patološkim uvjetima.[23]

Što se tiče biljnih preparata, pregled mehanizama biljke Bacopa monnieri pokazuje da ta biljka može modulirati sustave neurotransmitera, uključujući noradrenalin i dopamin, čime se ostvaruje izravna veza s kateholaminergičkim sustavom, čak i ako se time ne rješava pitanje u kojoj mjeri ti učinci ovise o prodiranju bakozida ili njihovih metabolita kroz krvno-moždanu barijeru.[54]

U području neurogeneze postoje prekinički podaci za witanolide, pri čemu pregled literature pokazuje da oni mogu poticati neurogenezu i imati neuroprotektivne učinke, a poboljšana bioraspoloživost poduprta je napretkom u liposomskim i nanoemulzijskim formulacijama.[55] Nadalje, u modelu Ts65Dn (Downov sindrom), liječenje polidatinom od P3 do P15 rezultiralo je potpunom obnovom neurogeneze, broja neurona i razvoja dendrita, dok je liječenje do adolescencije (~P50) pokazalo potpunu obnovu pamćenja ovisnog o hipokampusu bez štetnih učinaka na tjelesnu masu i masu mozga, što pruža snažan poneurogenezni i pokognitivni signal za odabrani polifenol (bez izravne povezanosti s nanoformulacijom).[62]

Nasuprot tome, u slučaju resveratrola, liposomski sustav usmjeren na mozak (ANG-RES-LIP) kombinira povećanu sposobnost prelaska krvno-moždane barijere i unosa u neurone s poboljšanom kognitivnom funkcijom i povišenom razinom BDNF-a u mišjem mozgu, što je u skladu s hipotezom da poboljšana dostava u SIZ može pojačati neurotrofne osi važne za plastičnost.[51]

9. Ograničenja

Dokazi o poboljšanoj dostavi u SIZ pomoću lipidnih nanonosača neujednačeni se jer se mnogi podaci odnose na in vitro modele (npr. permeabilnost kroz hCMEC/D3) ili intravensku primjenu, što ograničava izravnu ekstrapolaciju na oralne nutraceuticike u kapsulama.[14, 16] Čak i kada su dostupni oralni podaci s povećanom plazmatskom površinom ispod krivulje (AUC), krvno-moždana barijera i dalje može ograničavati prodor kroz čvrste spojeve, metabolizam i efluks, što znači da povećana sistemska izloženost ne jamči izloženost mozga te se zaključci moraju donositi oprezno.[2, 4]

U području kurkumina interpretativni su rizici također jasno vidljivi, budući da su unatoč 29-strukom povećanju apsorpcije nakon fosfolipidne formulacije (Meriva) bili mjerljivi samo metaboliti faze II, dok su koncentracije u plazmi i dalje bile niže od onih potrebnih za inhibiciju mnogih protuupalnih ciljnih mjesta in vitro, što potkopava jednostavan narativ o "većoj bioraspoloživosti i snažnijem biološkom učinku".[38] Dodatno, pregled literature o kurkuminu upućuje na problem da se razine slobodnog, bioaktivnog kurkumina u plazmi ne kvantificiraju, što otežava usporedbe među formulacijama (nanoemulzije, miceli, liposomi itd.) i onemogućuje precizno zaključivanje o tome koliki je udio doista dostupan za raspodjelu u SIZ.[28]

Što se tiče "bioaktivatora" (npr. piperina), literatura pruža različite slike: s jedne se strane navodi da piperin može učinkovito prodrijeti i se homogeno rasporediti u mozgu uz omjere AUC0→∞ mozga i plazme od 0,95 (ukupno) i 1,10 (slobodno), što podupire njegov potencijal za izloženost SIZ-u.[63] S druge strane, pregled literature pokazuje da su ranija izvješća dokumentirala slaba farmakokinetička svojstva piperina, uključujući permeabilnost kroz krvno-moždanu barijeru, što upućuje na potrebu za oprezom i verifikacijom ovisno o dozi, formulaciji i analitičkim metodama.[64] Dodatno, sigurnosni pregled piperina ističe rizike i ograničenja (slabu topljivost u vodi, toksičnost ovisnu o dozi, reproduktivne i jetrene rizike te potencijalno značajne interakcije lijekova koje proizlaze iz inhibicije CYP3A4 i P-gp), što je posebno važno pri razmatranju njegove primjene u "pametnim" nootropnim formulacijama koje istovremeno povećavaju izloženost više tvari.[65]

S obzirom na LFHC tehnologiju, valja napomenuti da citirani dokazi za enkapsulaciju pomoću SNEDDS-a se odnose na SNEGs granule u tvrdim kapsulama te pokazuju povećano oslobađanje i permeaciju u intestinalnim modelima, ali još uvijek ne predstavljaju dokaz o povećanoj izloženosti mozga ili kliničkom poboljšanju kognitivne funkcije za specifične biljne tvari u LFHC obliku.[11]

10. Smjernice za buduća istraživanja

Budući da krvno-moždana barijera ograničava većinu izvornih fitokemikalija selektivnošću čvrstih spojeva, metabolizmom, niskom topljivošću i efluksom posredovanim transporterima, buduća bi istraživanja trebala kombinirati razvoj formulacija s izravnim mjerenjima izloženosti mozga i procjenom transportnih mehanizama, umjesto oslanjanja isključivo na povišenu plazmatsku površinu ispod krivulje (AUC).[4] Podaci o sustavima usmjerenima na GLUT (GlcCer) te o funkcionalizaciji s ApoE ili ligandom (ANG) pokazuju da površinska funkcionalizacija može poboljšati transport u modelima krvno-moždane barijere i/ili kognitivne učinke te razinu BDNF-a, što opravdava daljnji rad na "ligandno usmjerenim" nanonosačima za visoko lipofilne biljne tvari i/ili one s ograničenim prodiranjem kroz krvno-moždanu barijeru.[14, 51, 61]

Paralelno s tim, razvoj LFHC-a trebao bi uzeti u obzir parametre disperzije i rizik od precipitacije nakon razrjeđivanja u gastrointestinalnom traktu, budući da uspjeh apsorpcije iz lipidne formulacije ovisi o česticama/emulgiranju, brzini disperzije i precipitaciji, što predstavlja mjerljiv skup kritičnih svojstava kvalitete (CQA/CPP) u razvoju proizvoda (čak i ako specifični parametri proizvodnje enkapsulacije nisu obuhvaćeni citiranim izvorima).[42] Budući da SNEDDS može povećati bioraspoloživost smanjenjem P-gp efluksa i zaobilaženjem metabolizma prvog prolaza putem limfne apsorpcije, racionalan je smjer dizajniranje formulacija koje maksimiziraju "limfno usmjeravanje" za lipofilne biljne tvari, analogno raspravama o CBD-u i hilomikronima, te naknadno provjeravanje prevodi li se povećana sistemska izloženost u izloženost SIZ-u.[34, 40]

Alternativni putovi primjene (npr. intranazalni) raspravljaju se u kontekstu SEDDS-a, budući da nosna šupljina može omogućiti djelomično izravnu dostavu u mozak zaobilaženjem krvno-moždane barijere i istodobno izbjegavanje učinka prvog prolaza kroz jetru, što može povećati sistemsku bioraspoloživost visoko metaboliziranih spojeva, a kombiniranje prednosti SEDDS-a i intranazalnog puta može pojačati ciljanje mozga i bioraspoloživost.[30, 66] Iako je ovo drugačija paradigma od oralnog LFHC-a, ona može poslužiti kao referentna točka za buduće istraživačke programe u području "kognitivne učinkovitosti" kada je cilj maksimizirati izloženost mozga uz ograničavanje varijabilnosti gastrointestinalne apsorpcije.[30, 66]

11. Zaključci

Pregled i predklinički dokazi podupiru tezu da lipidni nanonosači (nanoemulzije, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi) mogu povećati stabilnost i bioraspoloživost fitokemikalija te potaknuti njihov prijelaz preko krvno-moždane barijere i nakupljanje u mozgu u usporedbi sa slobodnim oblicima, čime se osigurava znanstveno opravdanje za dizajn "lipofilne enkapsulacije biljnih tvari" u nootropicima.[6, 29] Najsnažniji dokazi za "izloženost mozga" u prikazanom materijalu uključuju, između ostalog, 11,93-struko povećanje površine ispod krivulje (AUC) u mozgu za oralni NLC kurkumin, detekciju SLN-a izvan moždane vaskulature za andrografolid nakon intravenske primjene te mjerljive koncentracije GA/GB/Bb u mozgu nakon peroralne primjene pripravka EGb 761®, što pokazuje da odabrane biljne ili prirodne lipofilne tvari mogu postići mjerljivu izloženost SIZ-u kada su barijera raspodjele i farmakokinetika uzete u obzir pri dizajnu formulacije i/ili odabiru spojeva.[13, 17, 18]

Tehnološki gledano, argumenti za LFHC kao praktičan oblik doziranja proizlaze iz činjenice da su SEDDS mješavine koje se mogu primjenjivati u kapsulama od meke ili tvrde želatine, a primjeri SNEGs-a u tvrdim kapsulama pokazuju 2 do 3 puta veće oslobađanje i dvostruko veću permeabilnost u intestinalnim modelima, što podupire hipotezu da enkapsulirani sustavi za samosamoemulgiranje mogu poboljšati korak oralne apsorpcije za lipofilne molekule.[10, 11]

Istodobno, pojam "homeostaze kateholamina" treba formulirati oprezno jer kateholamini obično ne prelaze zrelu krvno-moždanu barijeru, te će stoga stvarni mehanizmi djelovanja biljnih tvari i njihovih formulacija u SIZ-u biti neizravni (npr. modulacija neurotransmisije ili neurotrofije, kao u podatcima o Bacopi ili BDNF-u nakon ciljanih liposoma resveratrola), a ne temeljeni na izravnoj dostavi dopamina ili noradrenalina u mozak.[15, 51, 54] Budući rad, kako bi zaslužio naziv "farmaceutske" tehnologije za prodiranje kroz krvno-moždanu barijeru u području nootropika, trebao bi kombinirati:

1. rigorozne farmakokinetičke metode (uključujući diferencijaciju slobodnog oblika i metabolita),
2. izravna mjerenja izloženosti SIZ-u i
3. dizajn lipidnih sustava s kontrolom precipitacije/disperzije i potencijalnom ligandacijom, što izravno proizlazi iz opažanja o ograničenjima određivanja slobodnog kurkumina, ovisnosti apsorpcije o disperziji i prednosti funkcionalizacije u modelima krvno-moždane barijere.[14, 28, 42]