Nanoformulazioni lipidiche per il rilascio nel SNC di composti botanici lipofili: trasporto attraverso la BBB e supporto nootropico catecolaminergico

Nanoformulazioni lipidiche di estratti botanici in capsule rigide riempite di liquido (LFHC) come strategia per veicolare molecole lipofile al sistema nervoso centrale: una rassegna critica dei principi farmacocinetici, dei meccanismi di trasporto attraverso la barriera emato-encefalica e delle implicazioni per il supporto del sistema catecolaminergico nootropico

Abstract

La barriera emato-encefalica (BEE) rappresenta un ostacolo cruciale nel trattamento delle malattie del sistema nervoso centrale (SNC), in quanto regola l'afflusso di sostanze nel cervello e mantiene l'omeostasi del SNC, e molti composti mostrano un passaggio limitato attraverso di essa.[1–3] In pratica, la BEE limita l'esposizione cerebrale di numerosi fitochimici, tra gli altri motivi, a causa della selettività delle giunzioni strette, del rapido metabolismo, della bassa solubilità e dell'efflusso mediato da trasportatori, il che riduce la traslazione clinica e giustifica strategie "abilitanti" basate su nanovettori lipidici.[4, 5] Contemporaneamente, molti fitochimici soffrono di un profilo farmacocinetico sfavorevole e i nanovettori sono descritti come veicoli che aumentano la biodisponibilità, la stabilità e la veicolazione, fungendo da punto di partenza per la progettazione di sistemi orali che stabilizzano e solubilizzano un carico lipofilo.[6] Lo scopo di questa rassegna è una sintesi critica dei dati che indicano come le nanoforme lipidiche (nanoemulsioni, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi e complessi fosfolipidici) possano aumentare l'esposizione sistemica e/o cerebrale dei prodotti botanici, e indicare dove le prove rimangono indirette (aumento dell'AUC plasmatica) piuttosto che dirette (misurazione della concentrazione nel cervello o in modelli di BEE).[7–9] Nello specifico, viene discussa la tecnologia delle capsule rigide riempite di liquido (LFHC) come piattaforma per la somministrazione di miscele di olio-tensioattivo-co-tensioattivo (SEDDS), che sono miscele stabili somministrabili in capsule di gelatina molle o rigida, insieme a dati su granuli auto-nanoemulsionanti in capsule rigide che aumentano il rilascio e la permeazione di un farmaco lipofilo in modelli intestinali.[10, 11] La rassegna raccoglie esempi quantitativi di aumento della biodisponibilità (ad es. nanoemulsione di curcuminoidi: biodisponibilità totale dei curcuminoidi 46% rispetto all'8,7% in dispersione; o NLC di curcuma per via orale: aumento di 11,93 volte dell'AUC cerebrale) ed esempi di aumento della permeabilità in modelli di BEE (ad es. aumento di 1,8 volte della permeabilità di SLN di resveratrolo funzionalizzate con ApoE attraverso monostrati hCMEC/D3).[12–14] Nella sezione neurofarmacologica, viene evidenziato il "paradosso delle catecolamine": le catecolamine in genere non attraversano la BEE matura (al di fuori delle aree periventricolari), quindi "l'omeostasi delle catecolamine" ottenuta con i prodotti botanici orali è indiretta (modulazione della segnalazione, degli enzimi, della neurotrofia) piuttosto che tramite la somministrazione diretta di dopamina o noradrenalina al cervello.[15] Le conclusioni indicano che le scoperte più consolidate sono: (i) miglioramento dell'esposizione sistemica dopo formulazioni lipidiche, (ii) presenza di evidenze precliniche di aumento dell'esposizione cerebrale per composti selezionati (curcuma, α-asarone, andrografolide, Ginkgo TTL) e (iii) necessità di una cauta estrapolazione ai prodotti nootropici, poiché alcuni dati si riferiscono alla somministrazione endovenosa o a modelli in vitro, e non alle LFHC orali nella popolazione umana.[13, 16–18]

Parole chiave

La rassegna si concentra sulla barriera emato-encefalica, sulle nanoemulsioni, sui SEDDS/SNEDDS, sulle nanoparticelle lipidiche solide (SLN/NLC), sulle capsule rigide riempite di liquido e sui composti botanici con biodisponibilità e accesso cerebrale limitati.[4, 7, 9, 19]

1. Introduzione

Il maggiore ostacolo nella terapia delle malattie del SNC è il passaggio dei farmaci attraverso la BEE, la quale, come barriera fisica, regola l'afflusso di sostanze e garantisce l'omeostasi del SNC.[1, 2] Nel contesto dei fitochimici, il problema è duplice: limitata disponibilità sistemica e limitata esposizione cerebrale, poiché la BEE "in pratica" limita la maggior parte dei fitochimici nativi a causa della selettività delle giunzioni strette, del rapido metabolismo, della bassa solubilità e dell'efflusso mediato da trasportatori.[4] La letteratura di revisione sottolinea che le caratteristiche uniche della BEE limitano significativamente l'accesso dei fitochimici al tessuto bersaglio e quindi limitano la traslazione clinica, fornendo una giustificazione diretta per le piattaforme di nanoveicolazione che consentono "l'ottimizzazione" della veicolazione al cervello per i composti impermeabili.[5]

Un denominatore comune per molti prodotti botanici è un profilo farmacocinetico sfavorevole che limita l'attività farmacologica, e le nanotecnologie sono indicate come uno strumento per migliorare la veicolazione, la biodisponibilità, la biocompatibilità e la stabilità dei fitochimici.[6] Allo stesso tempo, le revisioni sulla nanomedicina in neurologia descrivono i vettori lipidici come un approccio volto ad attraversare la BEE per migliorare le terapie per le condizioni neurologiche e minimizzare la tossicità in modo biomimetico, anche per composti di origine naturale come il resveratrolo o la curcuma.[20]

In questo contesto, le piattaforme lipidiche che, dopo la somministrazione orale, mantengono il carico in uno stato solubilizzato e formano micro-/nanoemulsioni nell'ambiente gastrointestinale sono particolarmente attraenti, poiché i SEDDS mantengono il farmaco in forma disciolta, facilitano la formazione di emulsioni stabili nel sito bersaglio e aumentano l'assorbimento.[8] È inoltre importante che i SEDDS siano descritti come miscele di olio, tensioattivo e co-tensioattivo con una sostanza attiva disciolta, che sono fisicamente stabili e possono essere somministrate per via orale in capsule di gelatina molle o rigida, fornendo una premessa diretta per il concetto di LFHC come forma di dosaggio per miscele lipidiche liquide nella supplementazione e nella pratica farmaceutica.[10]

2. Barriera emato-encefalica

La BEE è descritta come una barriera fisica che regola l'ingresso delle sostanze nel cervello e garantisce l'omeostasi del SNC, il che rende particolarmente difficile la somministrazione di terapie al SNC.[1, 2] Nel contesto dei fitochimici, le revisioni affermano esplicitamente che la BEE limita la maggior parte delle molecole vegetali native attraverso la selettività delle giunzioni strette, il rapido metabolismo, la bassa solubilità e l'efflusso mediato da trasportatori, il che costituisce una descrizione sintetica delle barriere principali a livello dell'endotelio cerebrale e dell'ambiente perivascolare.[4]

Le prove sperimentali indicano che l'integrità della barriera è dinamica e può essere indebolita o rafforzata a seconda dell'infiammazione e di fattori endogeni, poiché la carenza di cortistatina predispone all'indebolimento endoteliale con aumento della permeabilità e rottura delle giunzioni strette, mentre la somministrazione di cortistatina inverte l'iperpermeabilità e riduce la perdita della BEE in vivo in un modello con LPS.[21] Da una prospettiva meccanicistica, è anche importante che in un modello di danno alla BEE umana (co-coltura in vitro), gli insulti aumentino il "pool di ferro labile" (LIP) e interrompano le vie dello stress (HIF2α), e un chelante del ferro (Desferal, DFO) ripristini la sopravvivenza endoteliale, il che viene interpretato come un segnale che le vie dello stress metabolico sono accoppiate all'integrità della barriera e possono fornire una dimensione aggiuntiva nella progettazione di interventi che supportano una stabile esposizione cerebrale.[22]

Il paradosso delle catecolamine

Una limitazione chiave per la promessa "dell'omeostasi delle catecolamine" è il fatto che le catecolamine sono generalmente incapaci di penetrare la BEE matura e di entrare nel cervello, ad eccezione dei siti periventricolari in cui la BEE è assente o difettosa.[15] In un modello di ratto, è stato anche dimostrato che la BEE in diverse regioni cerebrali si forma sequenzialmente dopo la nascita, con la formazione precoce di elementi fisici e restrittivi agli ioni e il successivo sviluppo di elementi enzimatici, sottolineando che la permeabilità alle molecole simili alle catecolamine è una funzione non solo delle proprietà della molecola, ma anche dello stato/stadio della barriera.[15]

D'altra parte, la dopamina stessa può modulare le proprietà della barriera, poiché in condizioni di stress ossidativo (H2O2), la dopamina e l'agonista A68930 riducono l'iperpermeabilità del monostrato, proteggono l'integrità delle giunzioni strette e l'assemblaggio del citoscheletro di actina, e il meccanismo protettivo è collegato all'inibizione dell'infiammasoma NLRP3, non all'inibizione diretta dei ROS.[23] Di conseguenza, in un contesto nootropico, è sensato distinguere tra: (i) apporto diretto di catecolamine al SNC (solitamente inefficace attraverso la BEE) e (ii) modulazione indiretta dell'ambiente e dell'endotelio del SNC, che può influenzare "l'omeostasi" neuroinfiammatoria e neurotrofica all'interno del cervello.[15, 23]

Modulazione farmacologica della permeabilità

Esistono anche strategie per l'apertura della BEE, come NEO100, che in studi apre in modo reversibile e non tossico la BEE in vitro e in vivo e aumenta l'ingresso cerebrale di molte terapie, osservando meccanicamente un effetto su varie vie di trasporto della BEE e sulla traslocazione delle proteine delle giunzioni strette dalla membrana al citoplasma nelle cellule endoteliali cerebrali.[24] Dal punto di vista delle formulazioni botaniche, tuttavia, una tale strategia è qualitativamente diversa dagli approcci basati sulla solubilizzazione e sull'aumento dell'esposizione sistemica, e la sua applicazione nel campo dell'integrazione richiederebbe una rigorosa valutazione della sicurezza e un bilancio rischio-beneficio derivante da aumenti temporanei della permeabilità della BEE.[24]

3. Sfide farmacocinetiche dei fitochimici lipofili

I fitochimici mostrano spesso una limitata traslazione clinica in neurologia perché la BEE limita il loro accesso al tessuto bersaglio, e la letteratura sottolinea che la polarità e le "grandi dimensioni" di molti fitochimici ostacolano il passaggio attraverso la barriera emato-encefalica selettiva.[5, 25] Inoltre, i limiti non finiscono alla BEE: le revisioni indicano che i fitochimici soffrono di uno scarso profilo farmacocinetico che limita la loro attività farmacologica, e il miglioramento della biodisponibilità e della stabilità è spesso una condizione necessaria per ottenere effetti biologici misurabili.[6]

La curcuma è un esempio di composto con proprietà desiderabili (tra cui attività antiossidante e antinfiammatoria) ma allo stesso tempo con una bassa biodisponibilità orale dovuta all'instabilità al pH fisiologico, alla bassa solubilità in acqua e al rapido metabolismo, il che motiva lo sviluppo di formulazioni che migliorano l'esposizione.[26] Analogamente, il resveratrolo presenta limitazioni di formulazione poiché mostra una scarsa solubilità in acqua e instabilità chimica (degradazione per isomerizzazione in risposta a temperatura, pH, raggi UV o enzimi), con conseguente bassa biodisponibilità e benefici biologici limitati.[27]

Vale la pena notare che, anche quando una formula aumenta l'esposizione plasmatica, l'interpretazione della biodisponibilità può essere complicata da problemi analitici, poiché una revisione sulla curcuma indica che "i livelli di curcuma libera e bioattiva nel plasma non sono determinati", nonostante l'esistenza di molte formulazioni nano-/lipidiche, il che limita la comparabilità degli studi e la loro traslazione all'esposizione "reale" alla forma attiva.[28]

4. Sistemi di veicolazione lipidici

I nanovettori lipidici vengono sviluppati per migliorare la veicolazione dei farmaci attraverso la BEE e aumentare la biodisponibilità e la specificità di targeting, e le revisioni evidenziano l'uso di vettori lipidici caricati con composti di derivazione naturale per migliorare la veicolazione cerebrale e il potenziale terapeutico nei disturbi neurologici.[3, 20] Allo stesso tempo, la letteratura indica che l'incapsulamento dei fitochimici in nanovettori lipidici migliora la stabilità fisiologica, promuove il passaggio della BEE e aumenta l'accumulo nel tessuto cerebrale rispetto alla forma libera, il che fornisce una premessa generale per "l'incapsulamento lipofilo di prodotti botanici".[25, 29]

Classi di sistemi lipidici

I SEDDS sono definiti come miscele di oli, tensioattivi e co-tensioattivi che, per diluizione con acqua, formano micro- o nanoemulsioni in grado di trasportare grandi quantità di farmaci lipofili; i loro obiettivi includono la limitazione della precipitazione nel sito di assorbimento, il miglioramento della permeazione attraverso le membrane assorbenti e il miglioramento della stabilità delle molecole labili contro l'attività enzimatica.[30] Gli SNEDDS sono descritti come sistemi composti da lipidi, tensioattivi e co-solventi che formano spontaneamente nanoemulsioni se mescolati con acqua, possono essere progettati in forme liquide o solide e migliorano l'assorbimento attraverso meccanismi quali l'aumento dell'area interfacciale, la protezione contro la degradazione e la facilitazione del trasporto linfatico.[31] Le revisioni sottolineano che le caratteristiche vantaggiose degli SNEDDS includono una migliore solubilità, velocità di dissoluzione e permeabilità, un ridotto metabolismo nella parete intestinale, un ridotto efflusso mediato da P-gp e il superamento dell'effetto di primo passaggio stimolando il trasporto linfatico.[32]

Le nanoparticelle lipidiche (incluse SLN e NLC) sono descritte come uno degli approcci efficaci per "aggirare" la barriera emato-encefalica (BBB) e migliorare la biodisponibilità cerebrale, con SLN e NLC studiate in modo particolarmente intenso nel contesto del rilascio cerebrale.[9] Nel caso del resveratrolo, viene indicato che il "ruolo delle nanotecnologie" in neurologia deriva dalla necessità di mascherare le proprietà chimico-fisiche dei farmaci per prolungarne l'emivita e consentire il superamento della BBB, e il resveratrolo viene spesso incapsulato, tra l'altro, in liposomi e nanoparticelle lipidiche.[27]

Per quanto riguarda le nanoemulsioni, viene sostenuto che le goccioline su scala nanometrica migliorano la permeabilità intestinale e della BBB, portando a una maggiore permeazione del farmaco nella circolazione sistemica e nel cervello; in una revisione sui sistemi di rilascio colloidale per sostanze bioattive lipofile, l'intervallo tipico delle dimensioni delle goccioline per le nanoemulsioni è indicato tra 50 e 500 nm.[7, 33]

La tabella seguente sintetizza classi selezionate di sistemi di rilascio di farmaci a base lipidica in termini di definizione della composizione, dimensioni tipiche delle particelle/goccioline nei dati disponibili e applicazioni esemplificative relative al miglioramento dell'esposizione sistemica o cerebrale.

Meccanismi per l'aumento dell'esposizione sistemica

L'aumento dell'esposizione sistemica costituisce un "collo di bottiglia" chiave prima dell'eventuale passaggio cerebrale, e una revisione sulla nanoincapsulazione di composti neuroprotettivi indica che l'assorbimento gastrointestinale può inibire l'assorbimento di composti liberi e nanoincapsulati nel sangue, limitando di conseguenza la concentrazione cerebrale.[2] In questo senso, i meccanismi di assorbimento linfatico sono particolarmente importanti per i composti lipofili, poiché il trasporto linfatico è descritto come una via di assorbimento parallela per i lipidi e per un numero crescente di farmaci lipofili, in cui, a seguito dell'assorbimento, le molecole possono associarsi alle lipoproteine degli enterociti ed essere secrete nella circolazione linfatica anziché in quella portale, aggirando in tal modo il fegato metabolicamente attivo e riducendo l'effetto di primo passaggio.[39] Per i composti altamente lipofili, come il CBD, viene indicato che il reindirizzamento alla circolazione linfatica mediante il legame con i chilomicroni (in presenza di trigliceridi a catena lunga o acidi grassi) può ridurre il metabolismo di primo passaggio, aumentare la biodisponibilità e diminuire la variabilità dell'esposizione.[40]

Meccanisticamente, nelle nanoemulsioni svolgono un ruolo anche la digestione dei lipidi e la formazione di micelle miste, poiché nell'intestino tenue i trigliceridi vengono idrolizzati in acidi grassi liberi e monoacilgliceroli che, insieme a sali biliari e fosfolipidi, co-formano micelle miste consentendo la migrazione dei composti lipofili nel nucleo idrofobico delle micelle e la penetrazione della barriera mucosa, dove l'assorbimento avviene per endocitosi o diffusione passiva.[41] Sulla stessa linea, viene sottolineato che gli oli non digeribili (ad es. oli essenziali/fragranze, olio minerale) non vengono degradati dalla lipasi, il che inibisce la formazione di micelle miste e "intrappola" le sostanze lipofile nelle goccioline di olio, riducendo la bioaccessibilità.[41] Inoltre, viene indicato che i trigliceridi a catena lunga presenti negli oli digeribili sono più inclini a formare micelle miste rispetto agli MCT, il che risulta rilevante quando si seleziona la fase oleosa nella progettazione di formulazioni lipidiche per il massimo assorbimento.[41]

5. Capsule rigide riempite di liquido

I SEDDS sono descritti come miscele di olio, tensioattivo e co-tensioattivo, di facile produzione e fisicamente stabili, somministrate per via orale in capsule di gelatina dura o molle, fornendo una premessa diretta per considerare le forme LFHC come vettori di miscele lipidiche liquide in dosi unitarie.[10] Le revisioni indicano inoltre che le formulazioni lipidiche in capsule migliorano significativamente la solubilità e la velocità di dissoluzione di farmaci poco solubili rispetto alle formulazioni non lipidiche, e il successo dell'assorbimento dipende dalle dimensioni delle particelle, dall'emulsificazione, dalla velocità di dispersione e dalla precipitazione del farmaco dopo la dispersione, il che si traduce direttamente nella progettazione dei riempimenti delle capsule liquide e del loro comportamento al momento del rilascio nel tratto gastrointestinale.[42]

Uno studio sui granuli auto-nanoemulsionanti (SNEG) riempiti in capsule di gelatina dura ha mostrato che tale forma (SNEG incapsulati) ha prodotto un rilascio da 2 a 3 volte maggiore di una molecola lipofila (cilostazol) rispetto a una compressa convenzionale e al farmaco puro, illustrando il potenziale dell'"incapsulamento" dei sistemi auto-nanoemulsionanti per migliorare il rilascio.[11] Lo stesso materiale ha rilevato che la quantità di farmaco che permea dai SNEG è stata doppia rispetto a quella di una sospensione in compressa in un modello di intestino di ratto ex vivo (sacca non eversione), a sostegno della tesi che i sistemi LFHC/incapsulati possono migliorare la fase di assorbimento ancor prima di considerare la permeazione target della BBB.[11]

6. Evidenze per botanici selezionati

Curcuma

In uno studio sui ratti, una nanoemulsione di curcuminoidi preparata con lecitina, Tween 80 e acqua ha raggiunto una dimensione delle particelle di 12,1 nm e un'efficienza di incapsulamento del 98,8%. I parametri farmacocinetici (Tmax, Cmax e AUC) dopo la somministrazione orale sono risultati superiori per la nanoemulsione rispetto alla dispersione alla stessa dose, fornendo una conferma quantitativa del miglioramento dell'esposizione sistemica ottenuto dalla nanoemulsione.[12] Nello stesso studio, le biodisponibilità orali per BDMC, DMC, curcuma e curcuminoidi totali nella nanoemulsione rispetto alla dispersione sono state rispettivamente del 34,39% rispetto al 4,65%, del 39,93% rispetto al 5,49%, del 47,82% rispetto al 9,38% e del 46% rispetto all'8,7%, indicando un incremento di molteplici volte della biodisponibilità orale con l'impiego della nanoemulsione.[12]

In un modello murino, una nanoemulsione di curcuma "pratica" per via orale (fino al 20%) ha determinato un aumento di 10 volte dell'AUC(0–24h) e un aumento >40 volte della Cmax rispetto a una sospensione di curcuma in metilcellulosa all'1%, dimostrando l'entità del possibile miglioramento dell'esposizione plasmatica mediante la formulazione in nanoemulsione.[43] In un modello di ratto con oli (SNO/LSO), la nanoemulsificazione ha aumentato il trasporto nelle sacche intestinali del 79% (SNO) e del 437% (LSO) rispetto alla somministrazione non emulsionata. Inoltre, è stato riportato che una "piccola quantità" di curcuma è stata osservata nel cervello e nel cuore dopo la somministrazione di nanocurcuma, fornendo un segnale limitato ma diretto dell'esposizione tissutale nel SNC in seguito a una strategia lipidica.[44]

Ulteriori prove quantitative di una maggiore esposizione cerebrale derivano da lavori sulle NLC, poiché dopo somministrazione intragastrica i vettori lipidici nanostrutturati di curcuma hanno prodotto una Cmax plasmatica più elevata (564,94 ± 14,98 ng/mL rispetto a 279,43 ± 7,21 ng/mL), un Tmax più breve (0,5 ± 0,01 h rispetto a 1,0 ± 0,12 h) e un'AUC0–∞ più elevata (820,36 ± 25,11 mg×h/L rispetto a 344,11 ± 10,01 mg×h/L) rispetto a una sospensione, indicando una migliore esposizione sistemica.[13] Lo stesso materiale ha affermato direttamente che la formulazione NLC ha migliorato la capacità della curcuma di superare la BBB, con un aumento di 11,93 volte dell'AUC cerebrale rispetto a una sospensione, il che costituisce uno degli argomenti più diretti a favore dei nanovettori lipidici per l'esposizione al SNC attraverso la via orale (modello animale).[13]

Dati aggiuntivi indicano che la modifica superficiale delle SLN (chitosano quaternizzato, TMC-SLCN) ha fornito un rilascio controllato nei fluidi intestinali simulati e una biodisponibilità orale e una distribuzione cerebrale della curcuma "significativamente superiori" rispetto alla curcuma libera, al chitosano e alle SLN non rivestite, collegando stabilità, rilascio e meccanismi di distribuzione nel SNC in un unico risultato preclinico.[45] In un modello di pesce zebra, una microemulsione di curcuma in olio di curcuma, progettata "per il targeting cerebrale", ha determinato un miglioramento di 2 volte della PK plasmatica e di 1,87 volte della PK cerebrale, insieme a una migliore memoria spaziale e a una ridotta ossidazione da stress, suggerendo che una migliore esposizione cerebrale tramite un sistema lipidico può essere associata a effetti funzionali misurabili in un modello di neurodegenerazione.[46]

Nei dati clinici (umani), le formulazioni di curcumina lipidica possono fornire un assorbimento rapido e misurabile, poiché uno studio CRM-LF ha riportato un Tlag di circa 0,18 h (12 min), un Tmax di 0,60 ± 0,05 h, un Cmax di 183,35 ± 37,54 ng/mL e un AUC0–∞ di 321,12 ± 25,55 ng·h/mL a una dose di 750 mg, indicando una fase di rapido assorbimento e una significativa esposizione sistemica (senza misurazione del SNC).[47] Uno studio AQUATURM® ha dimostrato un aumento >7 volte dell'AUC0–12h e ha mantenuto livelli di curcumina rilevabili per ben 12 h (mentre la preparazione comparativa è scesa al di sotto del limite di quantificazione dopo 4 h nella maggior parte dei partecipanti), il che costituisce evidenza clinica della possibilità di un'esposizione sistemica prolungata da parte della formulazione (sebbene si tratti di una formulazione "idrosolubile", non di una classica nanoemulsione lipidica).[48]

Le formulazioni a base di fosfolipidi (fitosoma) rappresentano un paradigma distinto, poiché uno studio incrociato sull'uomo ha dimostrato che Meriva (una formulazione a base di lecitina di una miscela di curcuminoidi) ha determinato un assorbimento totale di curcuminoidi superiore di circa 29 volte rispetto a una miscela non formulata. Tuttavia, erano rilevabili solo i metaboliti di fase II e le concentrazioni plasmatiche erano ancora significativamente inferiori a quelle richieste per inibire la maggior parte dei target antinfiammatori della curcumina, il che limita la sovrainterpretazione di un "aumento multifold della biodisponibilità" come un automatico miglioramento dell'effetto sul SNC.[38]

Resveratrolo

Il resveratrolo richiede strategie di formulazione poiché la sua scarsa solubilità e instabilità chimica limitano la sua biodisponibilità e i suoi benefici biologici. Le revisioni indicano una tendenza verso l'incapsulamento e il targeting cerebrale del resveratrolo e giustificano il ruolo delle nanotecnologie nel consentire il superamento della BGB mascherando le proprietà chimico-fisiche ed estendendo l'emivita.[27] In un modello di BGB in vitro, la funzionalizzazione di SLN con apolipoproteina E ha aumentato la permeabilità attraverso i monostrati hCMEC/D3, con una permeabilità 1,8 volte superiore per SLN-ApoE rispetto a quelle non funzionalizzate, fornendo evidenza diretta di un miglioramento del trasporto attraverso il modello di BGB mediante "ligandazione" del nanocarettore lipidico.[14]

Negli studi in vivo, le SLN con resveratrolo in un modello di ratto con caratteristiche della malattia di Alzheimer hanno supportato l'ipotesi di un miglioramento del "targeting neurale", poiché SLN/resveratrolo hanno aumentato di quattro volte l'espressione di HSP70 e diminuito IL-1β, e i test comportamentali hanno mostrato una migliore memoria di evitamento passivo nel modello, suggerendo che il veicolo lipidico possa potenziare l'effetto funzionale del resveratrolo nel SNC (sebbene il passaggio citato di stesse non riporti concentrazioni cerebrali dirette).[49] In un altro modello (Aβ1–42 i.c.v.), i nanocapsule a nucleo lipidico hanno permesso al resveratrolo di "salvare" gli effetti dannosi di Aβ1–42, e gli autori collegano ciò a un "robusto aumento" della concentrazione di resveratrolo nel tessuto cerebrale ottenuto dalle nanocapsule, il che rappresenta un'interpretazione del meccanismo di efficacia basata sull'esposizione cerebrale.[50]

Strategie liposomiche più mirate riportano effetti simultanei di "trasporto" e "neurotrofici", poiché un liposoma di resveratrolo con un ligando ANG in esperimenti cellulari ha aumentato la capacità del resveratrolo di attraversare la BGB e l'assorbimento neuronale, e in un modello di invecchiamento di topo, ha migliorato la funzione cognitiva riducendo lo stress ossidativo e l'infiammazione nel cervello e ha aumentato il BDNF.[51] Tali dati combinano quindi in un unico intervento: (i) il potenziamento tecnologico dell'attraversamento della BGB, (ii) il miglioramento dei biomarcatori di infiammazione/stress ossidativo e (iii) l'aumento di un fattore neurotrofico, il che è significativo per la narrazione della "neurogenesi" e della plasticità, sebbene l'evidenza provenga da un modello animale e da una specifica piattaforma liposomica, non da LFHC orale.[51]

Bacopa monnieri

Nel caso di Bacopa monnieri, viene indicato che il bacoside A ha una bassa solubilità in acqua e una "limitazione della BGB", che ne limita la biodisponibilità e l'efficacia clinica nelle malattie neurodegenerative, fornendo una logica per strategie di trasporto come i niosomi.[52] Uno studio su una formulazione niosomica di una frazione ricca in bacoside A (Fort-BAF) ha incluso una valutazione in vivo delle proprietà procognitive rispetto alla frazione, e gli autori concludono che i niosomi possono migliorare significativamente la stabilità e la biodisponibilità di Fort-BAF, il che suggerisce che i sistemi vescicolari possono supportare il rilascio diretto al SNC.[52]

Nell'ambito dei sistemi auto-nanoemulsionanti, è stato dimostrato che per aumentare la solubilità e la biodisponibilità di bacosidi scarsamente solubili sono stati utilizzati SNEDDS con vari oli/tensioattivi/co-tensioattivi, e una "nuova formulazione lipofila" è stata valutata per la penetrazione cerebrale e il profilo farmacocinetico nei ratti, collegando direttamente Bacopa al paradigma dei nanosistemi lipidici per l'esposizione del SNC (sebbene il passaggio citato non contenga valori di PK).[53] In termini di meccanismi nootropi, una revisione indica che Bacopa agisce, tra le altre cose, modulando i sistemi neurotrasmettitoriali, inclusi noradrenalina e dopamina, il che fornisce un legame diretto con la narrazione dell'"omeostasi delle catecolamine" pur eliminando la necessità di un apporto diretto di catecolamine attraverso la BGB.[15, 54]

Withania somnifera

Per quanto riguarda la neurogenesi, una revisione indica che gli studi preclinici suggeriscono che i witanolidi possono promuovere la neurogenesi, proteggere dalle malattie neurodegenerative e ridurre lo stress ossidativo e l'infiammazione, e i progressi nei metodi di rilascio (liposomici e a nanoemulsione) ne migliorano la biodisponibilità.[55] A livello cellulare, è stato dimostrato che le nanoparticelle MPEG-PCL contenenti estratto di Withania somnifera (WSE) vengono efficacemente captate dalle cellule U251 e forniscono una maggiore protezione contro il danno ossidativo (95,1%) rispetto al PCL con WSE (56,4%) e al WSE libero (39,0%), supportando l'ipotesi che l'incapsulamento aumenti l'efficacia d'azione in condizioni di stress ossidativo (in assenza di misurazione diretta dell'attraversamento della BGB).[56]

Ginkgo biloba

In uno studio sui ratti, dopo una singola somministrazione orale di 600 mg/kg di estratto standardizzato EGb 761®, sono state dimostrate concentrazioni significative di ginkgolide A (GA), ginkgolide B (GB) e bilobalide (Bb) nel plasma e nel SNC, con concentrazioni cerebrali in rapido aumento fino a 55 ng/g (GA), 40 ng/g (GB) e 98 ng/g (Bb), fornendo evidenza diretta che i trilattoni terpenici selezionati penetrano nel SNC per via orale in un modello animale.[18] In una revisione, viene affermato che livelli significativi di TTL e flavonoidi di Ginkgo biloba attraversano la BGB ed entrano nel SNC dei ratti dopo la somministrazione orale di GBE, supportando la generalità dell'osservazione, sebbene non vengano specificati i parametri PK.[57]

Al contempo, i modelli di trasporto in vitro suggeriscono l'esistenza di limitazioni di assorbimento ed efflusso, poiché nel modello MDR-MDCK sono state osservate una bassa permeabilità nella direzione di assorbimento (Papp 0,2–0,3×10−6 cm/s) e un flusso significativamente superiore nella direzione secretoria (Papp 2,9–3,6×10−6 cm/s). Ciò è coerente con l'inibizione dell'assorbimento netto da parte di meccanismi di efflusso e indica che le formulazioni lipidiche che riducono l'efflusso o migliorano la solubilizzazione possono essere utili in questo contesto.[32, 58] Per contro, in un modello animale, la co-somministrazione di estratto di Ginkgo biloba con una miscela di estratto di sesamo e olio di curcuma ha aumentato la concentrazione di ginkgolide A nel cervello del topo rispetto al solo GBE, suggerendo che le co-formulazioni di olio possono aumentare l'esposizione cerebrale dei TTL.[59]

α-Asarone

Negli studi sugli animali, le nanoparticelle lipidiche (A-LNP) hanno fornito un rilascio "prolungato e sostenuto" di α-asarone e, dopo somministrazione endovenosa, sono stati osservati livelli significativamente più elevati di α-asarone nel plasma e nelle frazioni di parenchima cerebrale rispetto all'α-asarone libero, confermando la capacità delle A-LNP di mantenere concentrazioni plasmatiche terapeutiche e di trasportare simultaneamente attraverso la BGB.[16] Questo risultato è importante per la tesi della "stabilizzazione del profilo di esposizione", ma va sottolineato che deriva da una somministrazione endovenosa e pertanto non dimostra direttamente l'efficacia degli LFHC orali in questa classe di composti.[16]

Andrografolide

L'andrografolide è descritto come un composto a bassa biodisponibilità, scarsa solubilità in acqua e alta instabilità chimica e metabolica, il che ne giustifica la formulazione in nanoparticelle lipidiche.[17] Negli studi in vitro, è stato dimostrato che le nanoparticelle hanno migliorato la permeabilità dell'andrografolide rispetto alla forma libera e, dopo somministrazione endovenosa, SLN fluorescenti sono state rilevate nel parenchima cerebrale al di fuori del letto vascolare, confermando la capacità di questo vettore e/o del suo carico di "superare la BGB" in un modello animale.[17]

Cannabidiolo

Negli studi sui topi e in un modello di BGB in vitro, i nanocapsule lipidiche (LNC) "decorate con cannabinoidi" hanno raggiunto la massima capacità di targeting cerebrale per le dimensioni più piccole, e il potenziamento del targeting cerebrale dopo la coniugazione del CBD alle LNC ha superato di sei volte il potenziamento osservato per la strategia clinica "G-Technology".[60] Questo risultato evidenzia l'importanza delle dimensioni del vettore e della progettazione della funzionalizzazione superficiale per il trasporto attraverso la BGB e la distribuzione cerebrale, sebbene la piattaforma sia specializzata e non equivalente ai SEDDS orali classici in LFHC.[60]

7. Meccanismi di aumentata penetrazione cerebrale

La letteratura di revisione indica che le goccioline di nanoemulsione su scala nanometrica possono migliorare la permeabilità intestinale e della BGB, aumentando la permeabilità dei farmaci nella circolazione sistemica e nel cervello, suggerendo un effetto simultaneo sulle fasi di assorbimento e distribuzione nel SNC.[7] Allo stesso tempo, le revisioni enfatizzano che il rilascio fitochimico tramite nanoparticelle lipidiche migliora la stabilità fisiologica, promuove l'attraversamento della BGB e aumenta l'accumulo nel tessuto cerebrale, fornendo un quadro meccanicistico generale indipendentemente dalla chimica specifica del carico.[29]

Per i sistemi mirati alla BGB, le evidenze in vitro suggeriscono un ruolo per i trasportatori e la ligandazione, poiché una nanoemulsione funzionalizzata con glucosilceramide (GlcCer) è stata progettata per sfruttare l'assorbimento dipendente dal trasportatore del glucosio (GLUT), e sono stati osservati quantitativamente un aumento di 1,6 volte dell'assorbimento neuronale e un miglioramento di 1,4 volte del trasporto endoteliale rispetto ai controlli non mirati.[61] Analogamente, la funzionalizzazione di SLN con apolipoproteina E ha aumentato la permeabilità del resveratrolo attraverso i monostrati hCMEC/D3 di 1,8 volte, in linea con il concetto che la funzionalizzazione superficiale può potenziare il trasporto transendoteliale nei modelli di BGB.[14]

Per i sistemi auto-nanoemulsionanti, è cruciale il meccanismo di mantenimento del farmaco in forma solubilizzata e la formazione di un'emulsione stabile nel sito di assorbimento, poiché i SEDDS mantengono il farmaco sciolto nei fluidi gastrointestinali e facilitano la formazione di emulsioni stabili che potenziano l'assorbimento, il che rappresenta una condizione necessaria per raggiungere un'esposizione sistemica sufficiente per la distribuzione nel SNC.[8] Nel contesto degli SNEDDS, viene enfatizzato l'aumento multimeccanicistico della biodisponibilità, inclusi una riduzione del metabolismo intra-enterocitico (CYP P450), una riduzione dell'efflusso di P-gp e il bypass dell'effetto di primo passaggio attraverso l'assorbimento linfatico, il che costituisce un meccanismo logico per "attenuare" il profilo di esposizione sistemica per i composti lipofili.[34]

Infine, dalla prospettiva dell'esposizione cerebrale, è importante distinguere tra "biodisponibilità sistemica" e "biodisponibilità cerebrale", poiché anche quando un sistema lipidico aumenta le concentrazioni plasmatiche, la BGB restringe comunque la maggior parte dei fitochimici nativi attraverso giunzioni strette ed efflusso e, pertanto, un aumento dell'AUC plasmatica è una condizione necessaria ma non sufficiente per un'efficace esposizione cerebrale.[2, 4]

8. Catecolamine e neurogenesi

Nella narrazione sui nootropi, i composti botanici vengono spesso presentati come elementi a supporto dell'"omeostasi delle catecolamine" e della neuroplasticità; tuttavia, un limite fondamentale è rappresentato dal fatto che le catecolamine generalmente non penetrano nella barriera emato-encefalica (BBB) matura oltre le regioni periventricolari, il che impone di considerare l'omeostasi come un effetto indiretto all'interno del SNC (ad esempio, modulazione della neurotrasmissione, della neuroinfiammazione, della neurotrofia), piuttosto che come un apporto diretto di dopamina o noradrenalina al cervello dopo la somministrazione orale.[15]

Dal punto di vista dei meccanismi della BBB e dello stress ossidativo, la dopamina può proteggere la barriera dall'iperpermeabilità indotta da H2O2 preservando l'integrità delle giunzioni strette e il citoscheletro e inibendo l'inflammasoma NLRP3, il che indica che la segnalazione delle catecolamine può influenzare il microambiente della BBB e potenzialmente condizionare in modo indiretto la distribuzione dei composti nel SNC in condizioni patologiche.[23]

Per quanto riguarda i composti botanici, una revisione dei meccanismi di Bacopa monnieri indica che la pianta è in grado di modulare i sistemi neurotrasmettitoriali, inclusi la noradrenalina e la dopamina, fornendo un legame diretto con il sistema catecolaminergico, anche se ciò non risolve la questione di quanto tali effetti dipendano dalla penetrazione dei bacosidi o dei loro metaboliti attraverso la BBB.[54]

Nell'ambito della neurogenesi, esistono dati preclinici relativi ai witanolidi, in cui una revisione indica che essi possono promuovere la neurogenesi ed esercitare effetti neuroprotettivi, mentre il miglioramento della biodisponibilità è supportato dai progressi nelle formulazioni liposomiali e a base di nanoemulsioni.[55] Inoltre, nel modello Ts65Dn (sindrome di Down), il trattamento con polidatina da P3 a P15 ha determinato il completo ripristino della neurogenesi, del numero di neuroni e dello sviluppo dei dendriti, e il trattamento protratto fino all'adolescenza (~P50) ha evidenziato il completo ripristino della memoria dipendente dall'ippocampo senza effetti avversi sul peso corporeo e cerebrale, fornendo un forte segnale proneurogenico e procognitivo per un polifenolo selezionato (senza un legame diretto con la nanoformulazione).[62]

Per contro, nel caso del resveratrolo, un sistema liposomiale mirato al cervello (ANG-RES-LIP) combina una maggiore capacità di attraversare la BBB e l'uptake neuronale con una funzione cognitiva migliorata e livelli incrementati di BDNF nel cervello di topo, in linea con l'ipotesi che un migliore rilascio nel SNC possa potenziare gli assi neurotrofici importanti per la plasticità.[51]

9. Limitazioni

Le prove a supporto di un migliore rilascio nel SNC tramite nanovettori lipidici sono disomogenee, poiché gran parte dei dati riguarda modelli in vitro (ad esempio, la permeabilità attraverso hCMEC/D3) o la somministrazione endovenosa, il che limita l'estrapolazione diretta ai prodotti nutraceutici orali in capsule.[14, 16] Anche quando sono disponibili dati orali con AUC plasmatica incrementata, la BBB può comunque limitare la penetrazione attraverso le giunzioni strette, il metabolismo e l'efflusso, il che significa che una maggiore esposizione sistemica non garantisce l'esposizione cerebrale, e le conclusioni devono essere tratte con cautela.[2, 4]

Nel campo della curcuma, anche i rischi interpretativi sono chiaramente evidenti: nonostante un incremento di 29 volte dell'assorbimento a seguito della formulazione a base di fosfolipidi (Meriva), sono stati rilevati unicamente i metaboliti di fase II e le concentrazioni plasmatiche sono risultate comunque inferiori a quelle necessarie per inibire molti target antinfiammatori in vitro, il che mina la semplice narrazione secondo cui maggiore biodisponibilità equivale a un maggiore effetto biologico.[38] Inoltre, una revisione sulla curcuma evidenzia il problema per cui i livelli di curcuma libera e bioattiva nel plasma non vengono quantificati, complicando i raffronti tra formulazioni (nanoemulsioni, micelle, liposomi, ecc.) e rendendo difficile dedurre quale frazione sia effettivamente disponibile per la distribuzione nel SNC.[28]

Per quanto riguarda i bioenhancer (ad esempio, la piperina), la letteratura presenta quadri divergenti: da un lato, viene riportato che la piperina è in grado di penetrare efficacemente e distribuirsi in modo omogeneo nel cervello, con rapporti AUC0→∞ cervello-plasma pari a 0,95 (totale) e 1,10 (non legato), a supporto del suo potenziale di esposizione nel SNC.[63] D'altro canto, una revisione indica che precedenti rapporti documentavano scarse proprietà farmacocinetiche della piperina, inclusa la permeabilità della BBB, suggerendo la necessità di cautela e verifica in funzione della dose, della formulazione e dei metodi analitici.[64] Inoltre, una revisione sulla sicurezza della piperina evidenzia rischi e limitazioni (scarsa solubilità in acqua, tossicità dose-dipendente, problematiche riproduttive ed epatiche, e potenziali interazioni farmacologiche clinicamente significative derivanti dall'inibizione di CYP3A4 e P-gp), aspetti particolarmente rilevanti quando se ne considera l'impiego in formulazioni nootropiche intelligenti che incrementano l'esposizione a più sostanze simultaneamente.[65]

Con riferimento alla tecnologia LFHC, va notato che le evidenze citate per l'incapsulamento in SNEDDS riguardano i granuli di SNEGs in capsule rigide e mostrano un rilascio e una permeazione incrementati nei modelli intestinali, ma non costituiscono ancora una prova di maggiore esposizione cerebrale o di miglioramento clinico della funzione cognitiva per specifici composti botanici in forma LFHC.[11]

10. Direzioni per la ricerca futura

Poiché la BBB limita la maggior parte dei fitochimici nativi attraverso la selettività delle giunzioni strette, il metabolismo, la bassa solubilità e l'efflusso mediato da trasportatori, la ricerca futura dovrebbe combinare lo sviluppo di formulazioni con misurazioni dirette dell'esposizione cerebrale e la valutazione dei meccanismi di trasporto, anziché affidarsi esclusivamente all'aumento dell'AUC plasmatica.[4] I dati sui sistemi mirati ai recettori GLUT (GlcCer) e sulla funzionalizzazione con ApoE o ligandi (ANG) dimostrano che la funzionalizzazione di superficie può migliorare il trasporto nei modelli di BBB e/o gli effetti cognitivi e i livelli di BDNF, il che giustifica ulteriori studi sui nanovettori mirati da ligandi per composti botanici altamente lipofili e/o dotati di limitata penetrazione attraverso la BBB.[14, 51, 61]

Parallelamente, lo sviluppo di LFHC dovrebbe considerare i parametri di dispersione e il rischio di precipitazione dopo la diluizione nel tratto gastrointestinale, poiché il successo dell'assorbimento da una formulazione lipidica dipende dalle particelle/dalla emulsione, dalla velocità di dispersione e dalla precipitazione, costituendo un insieme verificabile di attributi critici di qualità (CQA/CPP) nello sviluppo del prodotto (anche se i parametri specifici di produzione dell'incapsulamento non sono trattati nelle fonti citate).[42] Poiché i SNEDDS possono incrementare la biodisponibilità riducendo l'efflusso della P-gp e aggirando il metabolismo di primo passaggio tramite l'assorbimento linfatico, una direzione razionale consiste nel progettare formulazioni che massimizzino la deviazione linfatica per i composti botanici lipofili, in analogia con quanto discusso per il CBD e i chilomicroni, verificando poi se una maggiore esposizione sistemica si traduca in esposizione a livello del SNC.[34, 40]

Vie di somministrazione alternative (ad esempio, quella intranasale) vengono discusse nel contesto dei SEDDS, poiché la cavità nasale può consentire un rilascio parzialmente diretto al cervello, bypassando la BBB e al contempo evitando l'effetto di primo passaggio epatico, il che può aumentare la biodisponibilità sistemica di composti altamente metabolizzati; la combinazione dei vantaggi dei SEDDS e della via intranasale può potenziare il targeting cerebrale e la biodisponibilità.[30, 66] Sebbene si tratti di un paradigma differente rispetto agli LFHC orali, esso può fungere da punto di riferimento per futuri programmi di ricerca nell'ambito delle prestazioni cognitive quando l'obiettivo sia massimizzare l'esposizione cerebrale limitando al contempo la variabilità dell'assorbimento gastrointestinale.[30, 66]

11. Conclusioni

Le evidenze derivanti da revisioni e studi preclinici supportano la tesi secondo cui i nanovettori lipidici (nanoemulsioni, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomi) possono incrementare la stabilità e la biodisponibilità dei fitochimici, favorendone il passaggio attraverso la BBB e l'accumulo nel cervello rispetto alle forme libere, fornendo così una giustificazione scientifica per la progettazione dell'incapsulamento lipidico di composti botanici nei nootropi.[6, 29] Le prove più solide a supporto dell'esposizione cerebrale nel materiale presentato includono, tra l'altro, un incremento di 11,93 volte dell'AUC cerebrale per la curcuma in NLC orale, il rilevamento di SLN al di fuori del sistema vascolare cerebrale per l'andrographolide dopo somministrazione endovenosa, e concentrazioni misurabili di GA/GB/Bb nel cervello dopo somministrazione orale di EGb 761®, a dimostrazione del fatto che composti botanici o naturali lipofili selezionati possono raggiungere un'esposizione misurabile nel SNC quando la barriera di distribuzione e la farmacocinetica vengono affrontate nella progettazione della formulazione e/o nella selezione dei composti.[13, 17, 18]

Dal punto di vista tecnologico, le argomentazioni a favore degli LFHC come forma di dosaggio pratica derivano dal fatto che i SEDDS sono miscele che possono essere somministrate in capsule di gelatina molle o rigida, e gli esempi di SNEGs in capsule rigide mostrano un incremento di 2–3 volte del rilascio e di 2 volte della permeabilità nei modelli intestinali, a supporto dell'ipotesi che i sistemi auto-nanoemulsionanti incapsulati possano migliorare la fase di assorbimento orale per le molecole lipofile.[10, 11]

Allo stesso tempo, il concetto di omeostasi delle catecolamine dovrebbe essere formulato con cautela, poiché le catecolamine tipicamente non attraversano la BBB matura e, di conseguenza, i reali meccanismi d'azione dei composti botanici e delle loro formulazioni nel SNC saranno di tipo indiretto (ad esempio, modulazione della neurotrasmissione o della neurotrofia, come evidenziato nei dati sulla Bacopa o sul BDNF in seguito all'uso di liposomi di resveratrolo mirati), piuttosto che basarsi su un apporto diretto di dopamina o noradrenalina al cervello.[15, 51, 54] Per meritare la qualifica di tecnologia di penetrazione della BBB di tipo farmaceutico nel campo dei nootropi, i futuri lavori dovranno combinare:

1. metodi farmacocinetici rigorosi (inclusa la differenziazione tra forma libera e metaboliti),
2. misurazioni dirette dell'esposizione nel SNC e
3. la progettazione di sistemi lipidici con controllo della precipitazione/dispersione e potenziale funzionalizzazione con ligandi, il che discende direttamente dalle osservazioni sui limiti della determinazione della curcuma libera, dalla dipendenza dell'assorbimento dalla dispersione e dai benefici della funzionalizzazione nei modelli di BBB.[14, 28, 42]