Липидные наноформуляции для доставки липофильных растительных компонентов в ЦНС: транспорт через ГЭБ и катехоламинэргическая ноотропная поддержка

Липидные наноформаляции растительных компонентов в жидких капсулах с твердой оболочкой (LFHC) как стратегия доставки липофильных молекул в центральную нервную систему: критический обзор фармакокинетических принципов, механизмов транспорта через гематоэнцефалический барьер и последствий для поддержки ноотропной катехоламинергической системы

Аннотация

Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой ключевое препятствие при лечении заболеваний центральной нервной системы (ЦНС), поскольку он регулирует приток веществ в головной мозг и поддерживает гомеостаз ЦНС, причем для многих соединений прохождение через него ограничено.[1–3] На практике ГЭБ ограничивает поступление в головной мозг многочисленных фитохимических веществ, в частности, из-за селективности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и эффлюкса транспортеров, что снижает клиническую трансляцию и обосновывает «вспомогательные» стратегии на основе липидных наноносителей.[4, 5] Одновременно многие фитохимические соединения страдают от неблагоприятного фармакокинетического профиля, и наноносители описываются как средства, которые увеличивают биодоступность, стабильность и доставку, служа отправной точкой для разработки пероральных систем, стабилизирующих и солюбилизирующих липофильную нагрузку.[6] Целью данного обзора является критический синтез данных, указывающих на то, что липидные наноформы (наноэмульсии, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, липосомы и фосфолипидные комплексы) могут увеличивать системное и/или церебральное поступление растительных компонентов, а также указание на те случаи, когда доказательства остаются косвенными (увеличение AUC плазмы), а не прямыми (измерение концентрации в головном мозге или в моделях ГЭБ).[7–9] В частности, технология капсул с твердой оболочкой, заполненных жидкостью (LFHC), обсуждается в качестве платформы для введения смесей масло–ПАВ–ко-ПАВ (SEDDS), представляющих собой стабильные смеси, вводимые в мягких или твердых желатиновых капсулах, наряду с данными о самоэмульгирующихся гранулах в твердых капсулах, которые увеличивают высвобождение и проникновение липофильного лекарственного средства в кишечных моделях.[10, 11] В обзоре собраны количественные примеры повышенной биодоступности (например, наноэмульсия куркуминоидов: общая биодоступность куркуминоидов 46% против 8,7% в дисперсии; или пероральный куркумин NLC: увеличение AUC головного мозга в 11,93 раза) и примеры повышенной проницаемости в моделях ГЭБ (например, увеличение проницаемости функционализированных ApoE ресвератрол-SLN через монослои hCMEC/D3 в 1,8 раза).[12–14] В нейрофармакологическом разделе выделяется «катехоламиновый парадокс»: катехоламины обычно не проникают через зрелый ГЭБ (за исключением перивентрикулярных зон), поэтому «катехоламиновый гомеостаз», достигаемый с помощью пероральных растительных компонентов, носит косвенный характер (модуляция сигнализации, ферментов, нейротрофии), а не за счет прямой доставки дофамина или норадреналина в головной мозг.[15] Выводы показывают, что наиболее устоявшимися данными являются: (i) улучшение системного поступления после применения липидных формуляций, (ii) наличие доклинических свидетельств повышенного поступления в головной мозг для отдельных соединений (куркумин, α-азарон, андрографолид, Ginkgo TTL) и (iii) необходимость осторожной экстраполяции на ноотропные продукты, так как некоторые данные касаются внутривенного введения или моделей in vitro, а не пероральных LFHC в популяции людей.[13, 16–18]

Ключевые слова

Обзор посвящен гематоэнцефалическому барьеру, наноэмульсиям, SEDDS/SNEDDS, твердым липидным наночастицам (SLN/NLC), капсулам с твердой оболочкой, заполненным жидкостью, и растительным соединениям с ограниченной биодоступностью и проницаемостью в головной мозг.[4, 7, 9, 19]

1. Введение

Главным препятствием в терапии заболеваний ЦНС является прохождение лекарственных средств через ГЭБ, который в качестве физического барьера регулирует приток веществ и обеспечивает гомеостаз ЦНС.[1, 2] В контексте фитохимических веществ проблема носит двоякий характер: ограниченная системная доступность и ограниченное поступление в головной мозг, поскольку ГЭБ «на практике» ограничивает большинство нативных фитохимических соединений из-за селективности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и эффлюкса транспортеров.[4] Обзорная литература подчеркивает, что уникальные характеристики ГЭБ значительно ограничивают доступ фитохимических веществ к целевой ткани и тем самым ограничивают клиническую трансляцию, что служит прямым обоснованием для платформ нанодоставки, позволяющих осуществлять «оптимизацию» доставки для труднопроницаемых для головного мозга соединений.[5]

Общим знаменателем для многих растительных компонентов является неблагоприятный фармакокинетический профиль, который ограничивает фармакологическую активность, а нанотехнологии указываются как инструмент для улучшения доставки, биодоступности, биосовместимости и стабильности фитохимических веществ.[6] Одновременно обзоры по наномедицине в неврологии описывают липидные носители как подход, направленный на преодоление ГЭБ с целью улучшения терапии неврологических состояний и минимизации токсичности биомиметическим путем, в том числе для соединений природного происхождения, таких как ресвератрол или куркумин.[20]

В этом контексте особенно привлекательны липидные платформы, которые после перорального введения удерживают полезное вещество в солюбилизированном состоянии и образуют микро-/наноэмульсии в желудочно-кишечной среде, так как SEDDS удерживают препарат в растворенной форме, способствуют образованию стабильных эмульсий в целевом месте и увеличивают абсорбцию.[8] Важно также то, что SEDDS описываются как смеси масла, поверхностно-активного вещества и со-поверхностно-активного вещества с растворенным активным веществом, которые физически стабильны и могут вводиться перорально в мягких или твердых желатиновых капсулах, обеспечивая прямую предпосылку для концепции LFHC как лекарственной формы жидких липидных смесей в практике нутрицевтиков и фармацевтики.[10]

2. Гематоэнцефалический барьер

ГЭБ описывается как физический барьер, регулирующий проникновение веществ в головной мозг и обеспечивающий гомеостаз ЦНС, что делает доставку терапевтических средств в ЦНС особенно сложной задачей.[1, 2] В контексте фитохимических веществ в обзорах явно указано, что ГЭБ ограничивает большинство нативных растительных молекул посредством селективности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и эффлюкса транспортеров, что представляет собой синтетическое описание основных барьеров на уровне церебрального эндотелия и периваскулярной среды.[4]

Экспериментальные данные показывают, что целостность барьера является динамичной и может ослабляться или укрепляться в зависимости от воспаления и эндогенных факторов, так как дефицит кортистатина предрасполагает к ослаблению эндотелия с повышенной проницаемостью и разрушением плотных контактов, в то время как введение кортистатина обращает вспять гиперпроницаемость и снижает утечку через ГЭБ in vivo на модели LPS.[21] С механистической точки зрения также важно, что в модели повреждения ГЭБ человека (совместное культивирование in vitro) повреждения увеличивают «лабильный пул железа» (LIP) и нарушают пути стресса (HIF2α), а хелатор железа (Дефераль, DFO) спасает выживание эндотелия, что интерпретируется как сигнал о том, что пути метаболического стресса связаны с целостностью барьера и могут предоставить дополнительное измерение при разработке вмешательств, поддерживающих стабильное поступление в головной мозг.[22]

Катехоламиновый парадокс

Ключевым ограничением для перспективы «катехоламинового гомеостаза» является тот факт, что катехоламины, как правило, не способны проникать через зрелый ГЭБ и проникать в головной мозг, за исключением перивентрикулярных участков, где ГЭБ отсутствует или поврежден.[15] На крысиной модели также было показано, что ГЭБ в различных областях мозга формируется последовательно после рождения, с ранним формированием физических и ионоограничивающих элементов и последующим развитием ферментативных элементов, что подчеркивает, что проницаемость для катехоламиноподобных молекул является функцией не только свойств молекулы, но и состояния/стадии барьера.[15]

С другой стороны, сам дофамин может модулировать свойства барьера, так как в условиях окислительного стресса (H2O2) дофамин и агонист A68930 снижают гиперпроницаемость монослоя, защищают целостность плотных контактов и сборку актинового цитоскелета, а защитный механизм связан с ингибированием инфламмасомы NLRP3, а не с прямым ингибированием АФК.[23] Следовательно, в ноотропном контексте целесообразно различать: (i) прямую поставку катехоламиннов в ЦНС (обычно неэффективную через ГЭБ) и (ii) косвенную модуляцию среды ЦНС и эндотелия, которая может влиять на нейровоспалительный и нейротрофический «гомеостаз» в головном мозге.[15, 23]

Фармакологическая модуляция проницаемости

Существуют также стратегии открытия ГЭБ, такие как NEO100, который в исследованиях обратимо и нетоксично открывает ГЭБ in vitro и in vivo и увеличивает поступление многих терапевтических средств в головной мозг, при этом механистически наблюдается влияние на различные транспортные пути ГЭБ и транслокация белков плотных контактов из мембраны в цитоплазму в эндотелиальных клетках головного мозга.[24] С точки зрения растительных формуляций, однако, такая стратегия качественно отличается от подходов, основанных на солюбилизации и увеличении системного поступления, а ее применение в области нутрицевтиков потребовало бы тщательной оценки безопасности и баланса пользы и риска, возникающего из-за временного увеличения проницаемости ГЭБ.[24]

3. Фармакокинетические проблемы липофильных фитохимических веществ

Фитохимические вещества часто демонстрируют ограниченную клиническую трансляцию в неврологии, поскольку ГЭБ ограничивает их доступ к целевой ткани, и в литературе подчеркивается, что полярность и «большой размер» многих фитохимических веществ препятствуют прохождению через избирательный гематоэнцефалический барьер.[5, 25] Кроме того, ограничения не заканчиваются на ГЭБ: обзоры указывают на то, что фитохимические вещества страдают от плохого фармакокинетического профиля, который ограничивает их фармакологическую активность, а улучшение биодоступности и стабильности часто является необходимым условием для достижения измеримых биологических эффектов.[6]

Куркумин является примером соединения с желательными свойствами (включая антиоксидантную и противовоспалительную активность), но одновременно с низкой пероральной биодоступностью из-за нестабильности при физиологическом pH, низкой растворимости в воде и быстрого метаболизма, что стимулирует разработку формуляций, улучшающих экспозицию.[26] Аналогичным образом, ресвератрол имеет технологические ограничения, поскольку он обладает плохой растворимостью в воде и химической нестабильностью (деградация путем изомеризации в ответ на температуру, pH, УФ-излучение или ферменты), что приводит к низкой биодоступности и ограниченным биологическим преимуществам.[27]

Стоит отметить, что даже когда формула увеличивает концентрацию в плазме, интерпретация биодоступности может осложняться аналитическими проблемами, так как обзоры по куркумину указывают на то, что «уровни свободного, биоактивного куркумина в плазме не определяются», несмотря на существование многих нано-/липидных формуляций, что ограничивает сопоставимость исследований и их перенос на «реальную» экспозицию активной формы.[28]

4. Липидные системы доставки

Липидные наноносители разрабатываются для улучшения доставки лекарственных средств через ГЭБ и повышения биодоступности и специфичности таргетирования, а в обзорах подчеркивается использование липидных носителей, нагруженных соединениями природного происхождения, для усиления доставки в головной мозг и терапевтического потенциала при неврологических расстройствах.[3, 20] Одновременно литература указывает на то, что инкапсуляция фитохимических веществ в липидные наноносители улучшает физиологическую стабильность, способствует прохождению через ГЭБ и увеличивает кумуляцию в ткани мозга по сравнению со свободной формой, что обеспечивает общую предпосылку для «липофильной инкапсуляции растительных компонентов».[25, 29]

Классы липидных систем

SEDDS определяются как смеси масел, поверхностно-активных веществ и со-ПАВ, которые при разбавлении водой образуют микро- или наноэмульсии, способные переносить большие количества липофильных лекарственных средств; их задачи включают ограничение преципитации в месте абсорбции, улучшение проницаемости через абсорбтивные мембраны и повышение стабильности лабильных молекул против ферментативной активности.[30] SNEDDS описываются как системы, состоящие из липидов, поверхностно-активных веществ и сорастворителей, которые спонтанно образуют наноэмульсии при смешивании с водой, могут быть выполнены в жидкой или твердой форме и улучшают абсорбцию за счет таких механизмов, как увеличение межфазной площади, защита от деградации и облегчение лимфатического транспорта.[31] Обзоры подчеркивают, что полезными особенностями SNEDDS являются улучшенная растворимость, скорость растворения и проницаемость, сниженный метаболизм в стенке кишечника, сниженный эффлюкс P-gp и обход эффекта первого прохождения за счет стимуляции лимфатического транспорта.[32]

Липидные наночастицы (включая SLN и NLC) описываются как один из эффективных подходов для «обхода» ГЭБ и улучшения биодоступности в головном мозге, причем SLN и NLC изучаются особенно интенсивно в контексте доставки в головной мозг.[9] В случае ресвератрола указывается, что «роль нанотехнологий» в неврологии обусловлена необходимостью маскировать физико-химические свойства лекарственных средств для пролонгации их периода полувыведения и обеспечения преодоления ГЭБ, при этом ресвератрол часто инкапсулируется, в частности, в липосомы и липидные наночастицы.[27]

Для наноэмульсий приводятся аргументы в пользу того, что наноразмерные капли улучшают проницаемость кишечника и ГЭБ, что приводит к увеличению проникновения лекарственного средства в системный кровоток и головной мозг, а типичный диапазон размеров капель для наноэмульсий указан как 50–500 нм в обзоре коллоидных систем доставки липофильных биологически активных веществ.[7, 33]

В таблице ниже обобщены отдельные классы липидных систем доставки лекарственных средств с точки зрения определения состава, типичных размеров частиц/капель по имеющимся данным и примеров применения, связанных с улучшением системной экспозиции или экспозиции в головном мозге.

Механизмы увеличения системной экспозиции

Увеличение системной экспозиции является ключевым «узким местом» перед возможным прохождением ГЭБ, а обзор по наноинкапсуляции нейропротекторных соединений указывает на то, что желудочно-кишечная абсорбция может ингибировать поглощение свободных и наноинкапсулированных соединений в кровь, следствием чего является ограничение концентрации в головном мозге.[2] В этом смысле механизмы лимфатической абсорбции особенно важны для липофильных соединений, поскольку липидный транспорт описывается как параллельный путь абсорбции для липидов и растущего числа липофильных лекарственных средств, где после абсорбции молекулы могут связываться с липопротеинами энтероцитов и секретироваться в лимфатическое русло вместо воротной системы кровообращения, тем самым обходя метаболически активную печень и уменьшая эффект первого прохождения.[39] Для высоколипофильных соединений, таких как CBD, указывается, что перенаправление в лимфатическое русло путем связывания с хиломикронами (в присутствии длинноцепочечных триглицеридов или жирных кислот) может уменьшить метаболизм первого прохождения, повысить биодоступность и снизить вариабельность экспозиции.[40]

С точки зрения механизмов, в наноэмульсиях также играют роль переваривание липидов и формирование смешанных мицелл, поскольку в тонком кишечнике триглицериды гидролизуются до свободных жирных кислот и моноацилглицеринов, которые вместе с желчными солями и фосфолипидами совместно образуют смешанные мицеллы, обеспечивающие миграцию липофильных соединений в гидрофобное ядро мицелл и проникновение через слизистый барьер, где абсорбция происходит посредством эндоцитоза или пассивной диффузии.[41] В том же ключе подчеркивается, что неперевариваемые масла (например, ароматические/эфирные масла, минеральное масло) не расщепляются липазой, что препятствует образованию смешанных мицелл и «задерживает» липофильные вещества в масляных каплях, снижая биодоступность.[41] Кроме того, указывается, что длинноцепочечные триглицериды в перевариваемых маслах более склонны к образованию смешанных мицелл, чем ССТ (MCT), что имеет значение при выборе масляной фазы при конструировании липидных формулировок для максимальной абсорбции.[41]

5. Твердые капсулы с жидким наполнением

SEDDS описываются как простые в производстве, физически стабильные смеси масла, поверхностно-активного вещества и со-ПАВ, которые вводятся перорально в мягких или твердых желатиновых капсулах, создавая прямую предпосылку для рассмотрения форм LFHC в качестве носителей жидких липидных смесей в единичных дозах.[10] Обзоры также показывают, что липидные формулировки в капсулах значительно улучшают растворимость и скорость растворения плохо растворимых лекарственных средств по сравнению с нелипидными формулировками, а успех абсорбции зависит от размера частиц, эмульсификации, скорости диспергирования и преципитации лекарственного средства после диспергирования, что напрямую транслируется на дизайн наполнения жидких капсул и их поведение при высвобождении в желудочно-кишечном тракте.[42]

Исследование самонаноэмульгирующихся гранул (SNEG), помещенных в твердые желатиновые капсулы, показало, что такая форма (инкапсулированные SNEG) обеспечивала в 2–3 раза большее высвобождение липофильной молекулы (цилостазол) по сравнению с обычной таблеткой и чистым лекарственным средством, иллюстрируя потенциал «инкапсулирования» самонаноэмульгирующихся систем для улучшения высвобождения.[11] В том же материале отмечалось, что количество лекарственного средства, проникающего из SNEG, было в два раза больше, чем из суспензии в таблетках в модели кишечника крысы ex vivo (метод ненавернутого мешка), что подтверждает тезис о том, что системы LFHC/инкапсулированные системы могут улучшать стадию абсорбции еще до рассмотрения целевой проницаемости ГЭБ.[11]

6. Данные по отдельным растительным компонентам

Куркумин

В исследовании на крысах наноэмульсия куркуминоидов, приготовленная с лецитином, Твином 80 и водой, достигла размера частиц 12,1 нм и эффективности инкапсуляции 98,8%. Фармакокинетические параметры (Tmax, Cmax и AUC) после перорального введения были выше для наноэмульсии, чем для дисперсии в той же дозе, что обеспечивает количественное подтверждение улучшения системной экспозиции наноэмульсией.[12] В том же исследовании пероральная биодоступность BDMC, DMC, куркумина и общих куркуминоидов в наноэмульсии по сравнению с дисперсией составляла соответственно 34,39% против 4,65%, 39,93% против 5,49%, 47,82% против 9,38% и 46% против 8,7%, указывая на многократное увеличение пероральной биодоступности при использовании наноэмульсии.[12]

На мышиной модели пероральная «практическая» наноэмульсия куркумина (до 20%) привела к 10-кратному увеличению AUC(0–24ч) и >40-кратному увеличению Cmax по сравнению с суспензией куркумина в 1% метилцеллюлозе, демонстрируя масштаб возможного улучшения плазменной экспозиции за счет наноэмульсионной формулировки.[43] На крысиной модели с маслами (SNO/LSO) наноэмульсификация увеличивала транспорт в кишечных мешках на 79% (SNO) и 437% (LSO) по сравнению с неэмульсифицированным введением. Кроме того, сообщалось, что «небольшое количество» куркумина наблюдалось в головном мозге и сердце после введения нанокуркумина, что обеспечивает ограниченный, но прямой сигнал экспозиции в тканях ЦНС после применения липидной стратегии.[44]

Более количественные доказательства повышенной экспозиции в головном мозге поступают из работ по NLC, поскольку после интрагастрального введения наноструктурированные липидные носители куркумина давали более высокую Cmax в плазме (564,94 ± 14,98 нг/мл против 279,43 ± 7,21 нг/мл), более короткое время Tmax (0,5 ± 0,01 ч против 1,0 ± 0,12 ч) и более высокое значение AUC0–∞ (820,36 ± 25,11 мг·ч/л против 344,11 ± 10,01 мг·ч/л) по сравнению с суспензией, что указывает на улучшенную системную экспозицию.[13] В том же материале прямо утверждалось, что формулировка NLC улучшила способность куркумина пересекать ГЭБ, с 11,93-кратным увеличением AUC в головном мозге по сравнению с суспензией, что является одним из самых прямых аргументов в пользу липидных наноносителей для экспозиции в ЦНС при пероральном пути введения (животная модель).[13]

Дополнительные данные указывают на то, что модификация поверхности SLN (кватернизированный хитозан, TMC-SLCN) обеспечивала пролонгированное высвобождение в симулированных кишечных жидкостях и «значительно более высокую» пероральную биодоступность и распределение куркумина в головном мозге по сравнению со свободным куркумином, хитозаном и немодифицированными SLN, связывая механизмы стабильности, высвобождения и распределения в ЦНС в едином доклиническом результате.[45] В модели на рыбах данио-рерио микроэмульсия куркумина в масле куркумы, разработанная «для таргетирования головного мозге», привела к 2-кратному улучшению фармакокинетики в плазме и 1,87-кратному улучшению фармакокинетики в головном мозге наряду с улучшением пространственной памяти и снижением окислительного стресса, что предполагает, что улучшенная экспозиция в головном мозге с помощью липидной системы может быть связана с измеримыми функциональными эффектами в модели нейродегенерации.[46]

В клинических данных (на людях) липидные формулы куркумина могут обеспечивать быстрое и измеряемое всасывание: так, в исследовании CRM-LF сообщалось о латентном периоде (Tlag) прибл. 0,18 ч (12 мин), времени достижения максимальной концентрации (Tmax) 0,60 ± 0,05 ч, максимальной концентрации (Cmax) 183,35 ± 37,54 нг/мл и площади под фармакокинетической кривой (AUC0–∞) 321,12 ± 25,55 нг·ч/мл при дозе 750 мг, что указывает на быструю фазу всасывания и значительную системную экспозицию (без измерения показателей в ЦНС).[47] В исследовании AQUATURM® было продемонстрировано увеличение AUC0–12h более чем в 7 раз, а также поддержание определяемых уровней куркумина в течение полных 12 ч (тогда как у препарата сравнения концентрация падала ниже предела количественного определения через 4 ч у большинства участников), что представляет собой клиническое доказательство возможности пролонгированной системной экспозиции данной формулы (хотя эта формула является «водорастворимой», а не классической липидной наноэмульсией).[48]

Фосфолипидные формулы (фитосомы) представляют собой отдельную парадигму: перекрестное исследование на людях показало, что применение Meriva (лецитиновой формулы смеси куркуминоидов) приводит к примерно в 29 раз более высокой общей абсорбции куркуминоидов по сравнению с неформулированной смесью. Однако обнаруживались только метаболиты II фазы, а концентрации в плазме все еще оставались значительно ниже уровней, необходимых для ингибирования большинства противовоспалительных мишеней куркумина, что ограничивает чрезмерную интерпретацию «многократного увеличения биодоступности» как автоматического улучшения эффекта в ЦНС.[38]

Ресвератрол

Ресвератрол требует разработки специальных подходов к формуляции, поскольку его низкая растворимость и химическая нестабильность ограничивают его биодоступность и биологическую пользу. Обзоры указывают на тенденцию к инкапсуляции и адресной доставке ресвератрола в головной мозг, а также обосновывают роль нанотехнологий в преодолении гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) путем маскировки физико-химических свойств и продления периода полувыведения.[27] В модели ГЭБ in vitro функционализация SLN (твердых липидных наночастиц) аполипопротеином E увеличивала проницаемость через монослои hCMEC/D3 в 1,8 раза по сравнению с нефункционализированными частицами, что служит прямым доказательством улучшенного транспорта через модель ГЭБ за счет «лигандирования» липидного наноносителя.[14]

В исследованиях in vivo SLN с ресвератролом на модели крыс с признаками болезни Альцгеймера поддержали гипотезу об улучшенном «нейрональном таргетировании»: SLN/ресвератрол увеличивали экспрессию HSP70 в четыре раза и снижали уровень IL-1β, а поведенческие тесты показали улучшение памяти пассивного избегания на данной модели, что позволяет предположить, что липидный носитель может усиливать функциональный эффект ресвератрола в ЦНС (хотя в самом цитируемом фрагменте не сообщается о прямых концентрациях в головном мозге).[49] В другой модели (Aβ1–42 i.c.v.) нанокапсулы с липидным ядром позволили ресвератролу «нивелировать» пагубное воздействие Aβ1–42, и авторы связывают это с «резким увеличением» концентрации ресвератрола в ткани головного мозга, достигаемым с помощью нанокапсул, что представляет собой интерпретацию механизма эффективности на основе уровня экспозиции в головном мозге.[50]

В более целенаправленных липосомальных стратегиях сообщается о сочетанном «транспортном» и «нейротрофическом» эффектах: так, липосома ресвератрола с лигандом ANG в клеточных экспериментах повышала способность ресвератрола пересекать ГЭБ и его поглощение нейронами, а на мышиной модели старения улучшала когнитивные функции за счет снижения окислительного стресса и воспаления в головном мозге, а также увеличивала уровень BDNF.[51] Таким образом, такие данные объединяют в рамках одного вмешательства: (i) технологическое улучшение преодоления ГЭБ, (ii) улучшение биомаркеров воспаления / окислительного стресса и (iii) увеличение содержания нейротрофического фактора, что имеет важное значение для концепции «нейрогенеза» и пластичности, хотя доказательства получены на животной модели и конкретной липосомальной платформе, а не при пероральном применении LFHC.[51]

Bacopa monnieri

В случае Bacopa monnieri указывается, что бакозид А обладает низкой растворимостью в воде и «ограничениями со стороны ГЭБ», что снижает его биодоступность и клиническую эффективность при нейродегенеративных заболеваниях, служа обоснованием для использования стратегий применения носителей, таких как ниосомы.[52] Исследование ниосомальной формулы фракции, богатой бакозидом А (Fort-BAF), включало оценку прокогнитивных свойств in vivo по сравнению с чистой фракцией, и авторы приходят к выводу, что ниосомы могут существенно повысить стабильность и биодоступность Fort-BAF, что свидетельствует о способности везикулярных систем обеспечивать доставку, направленную в ЦНС.[52]

В области самонаноэмульгирующихся систем было показано, что для повышения растворимости и биодоступности плохо растворимых бакозидов использовались SNEDDS с различными маслами/ПАВ/со-ПАВ, а «новая липофильная формула» была оценена на предмет проникновения в головной мозг и фармакокинетического профиля на крысах, что напрямую связывает Bacopa с парадигмой липидных наносистем для обеспечения экспозиции в ЦНС (хотя цитируемый фрагмент не содержит фармакокинетических показателей).[53] С точки зрения ноотропных механизмов, в обзоре отмечается, что Bacopa действует, среди прочего, путем модуляции систем нейротрансмиттеров, включая норадреналин и дофамин, что обеспечивает прямую связь с концепцией «гомеостаза катехоламинов», устраняя при этом необходимость в прямой поставке катехоламинов через ГЭБ.[15, 54]

Withania somnifera

Касательно нейрогенеза в обзоре указывается, что доклинические исследования предполагают способность витанолидов стимулировать нейрогенез, защищать от нейродегенеративных заболеваний и уменьшать окислительный стресс и воспаление, а достижения в методах доставки (липосомальной и наноэмульсионной) повышают их биодоступность.[55] На клеточном уровне было показано, что наночастицы MPEG-PCL, содержащие экстракт Withania somnifera (WSE), эффективно поглощаются клетками U251 и обеспечивают большую защиту от окислительного повреждения (95,1%), чем PCL с WSE (56,4%) и свободный WSE (39,0%), что подтверждает гипотезу о том, что инкапсуляция повышает эффективность действия в условиях окислительного стресса (при отсутствии прямого измерения преодоления ГЭБ).[56]

Ginkgo biloba

В исследовании на крысах после однократного перорального введения 600 мг/кг стандартизированного экстракта EGb 761® были продемонстрированы значительные концентрации гинкголида А (GA), гинкголида В (GB) и билобалида (Bb) в плазме и ЦНС, причем концентрации в головном мозге быстро возрастали до 55 нг/г (GA), 40 нг/г (GB) и 98 нг/г (Bb), что служит прямым доказательством того, что отдельные терпентрилактоны проникают в ЦНС пероральным путем на животной модели.[18] В обзоре утверждается, что значительные уровни TTL и флавоноидов Ginkgo biloba пересекают ГЭБ и проникают в ЦНС крыс после перорального введения GBE, что подтверждает всеобщность данного наблюдения, хотя и без указания фармакокинетических параметров.[57]

В то же время модели транспорта in vitro предполагают наличие ограничений в отношении абсорбции и эффлюкса, так как в модели MDR-MDCK наблюдалась низкая проницаемость в направлении абсорбции (Papp 0,2–0,3×10−6 см/с) и значительно более высокий поток в направлении секреции (Papp 2,9–3,6×10−6 см/с). Это согласуется с ингибированием чистой абсорбции механизмами эффлюкса и указывает на то, что липидные формулы, снижающие эффлюкс или улучшающие солюбилизацию, могут быть полезны в данном контексте.[32, 58] С другой стороны, в животной модели совместное введение экстракта Ginkgo biloba со смесью экстракта кунжута и куркумного масла увеличивало концентрацию гинкголида А в головном мозге мышей по сравнению с применением только GBE, что позволяет предположить, что совместные масляные формулы могут усиливать экспозицию TTL в головном мозге.[59]

α-азарон

В исследованиях на животных липидные наночастицы (A-LNP) обеспечивали «пролонгированное и устойчивое» высвобождение α-азарона, и после внутривенного введения в плазме и фракциях паренхимы головного мозга наблюдались значительно более высокие уровни α-азарона по сравнению со свободным α-азароном, что подтверждает способность A-LNP поддерживать терапевтические концентрации в плазме и одновременно осуществлять транспорт через ГЭБ.[16] Этот результат важен для подтверждения тезиса о «стабилизации профиля экспозиции», однако следует подчеркнуть, что он получен при внутривенном введении и поэтому напрямую не доказывает эффективность пероральных LFHC для данного класса соединений.[16]

Андрографолид

Андрографолид описывается как соединение с низкой биодоступностью, слабой растворимостью в воде и высокой химической и метаболической нестабильностью, что обосновывает его включение в состав липидных наночастиц.[17] В исследованиях in vitro было показано, что наночастицы улучшают проницаемость андрографолида по сравнению со свободной формой, а после внутривенного введения флуоресцентные SLN обнаруживались в паренхиме головного мозга за пределами сосудистого русла, подтверждая способность этого носителя и/или доставляемого им вещества «преодолевать ГЭБ» на животной модели.[17]

Каннабидиол

В исследованиях на мышах и в модели ГЭБ in vitro липидные нанокапсулы (LNC), «модифицированные каннабиноидами», обеспечивали наилучшую способность адресной доставки в головной мозг при наименьших размерах, причем усиление адресной доставки после конъюгации КБД с LNC в шесть раз превосходило усиление, наблюдавшееся для клинической стратегии «G-Technology».[60] Этот результат подчеркивает важность размера носителя и дизайна функционализации поверхности для транспорта через ГЭБ и распределения в головном мозге, хотя данная платформа является специализированной и не эквивалентна классическим пероральным SEDDS в составе LFHC.[60]

7. Механизмы усиленного проникновения в головной мозг

Данные обзорной литературы показывают, что наноразмерные капли наноэмульсии способны улучшать кишечную проницаемость и проницаемость ГЭБ, повышая проникновение лекарственных веществ в системный кровоток и головной мозг, что свидетельствует об одновременном влиянии на фазы всасывания и распределения в ЦНС.[7] Одновременно в обзорах подчеркивается, что доставка фитохимических веществ с помощью липидных наночастиц улучшает физиологическую стабильность, способствует пересечению ГЭБ и усиливает накопление в ткани головного мозга, обеспечивая общую механистическую основу независимо от химического состава конкретного доставляемого вещества.[29]

Для систем, нацеленных на ГЭБ, данные in vitro указывают на роль транспортеров и лигандирования: так, наноэмульсия, функционализированная глюкозилцерамидом (GlcCer), была разработана для использования поглощения, зависящего от переносчиков глюкозы (GLUT), при этом количественно наблюдалось увеличение поглощения нейронами в 1,6 раза и улучшение эндотелиального транспорта в 1,4 раза по сравнению с нетаргетированными контрольными образцами.[61] Аналогичным образом, функционализация SLN аполипопротеином E увеличивала проницаемость ресвератрола через монослои hCMEC/D3 в 1,8 раза, что согласуется с концепцией о том, что функционализация поверхности может усиливать трансэндотелиальный транспорт в моделях ГЭБ.[14]

Для самонаноэмульгирующихся систем решающее значение имеет механизм поддержания лекарственного вещества в солюбилизированной форме и образование стабильной эмульсии в месте всасывания, поскольку SEDDS удерживают препарат в растворенном состоянии в желудочно-кишечных жидкостях и способствуют формированию стабильных эмульсий, усиливающих всасывание, что является необходимым условием для достижения достаточной системной экспозиции для распределения в ЦНС.[8] В контексте SNEDDS подчеркивается многомеханистическое увеличение биодоступности, включая снижение метаболизма в энтероцитах (CYP P450), уменьшение эффлюкса P-gp и обход эффекта первого прохождения через лимфатическую абсорбцию, что представляет собой логичный механизм «сглаживания» профиля системной экспозиции для липофильных соединений.[34]

Наконец, с точки зрения экспозиции в головном мозге важно различать «системную биодоступность» и «биодоступность в головном мозге», поскольку даже когда липидная система повышает концентрации в плазме, ГЭБ по-прежнему ограничивает проникновение большинства нативных фитохимических веществ посредством плотных контактов и эффлюкса, и поэтому увеличение AUC в плазме является необходимым, но недостаточным условием для эффективной экспозиции в головном мозге.[2, 4]

8. Катехоламины и нейрогенез

В ноотропной парадигме растительные соединения часто представляются как средства, поддерживающие «гомеостаз катехоламинов» и нейропластичность, однако фундаментальным ограничением является то, что катехоламины, как правило, не проникают через зрелый ГЭБ за пределы перивентрикулярных областей. Это требует понимания «гомеостаза» как косвенного эффекта в ЦНС (например, модуляции нейротрансмиссии, нейровоспаления, нейротрофии), а не как прямой доставки дофамина или норадреналина в головной мозг после перорального приема.[15]

С точки зрения механизмов ГЭБ и окислительного стресса, дофамин может защищать барьер от гиперпроницаемости, индуцированной H2O2, путем сохранения целостности плотных контактов и цитоскелета, а также ингибирования инфламмасомы NLRP3. Это указывает на то, что катехоламинэргическая сигнализация способна влиять на микроокружение ГЭБ и потенциально косвенно воздействовать на распределение соединений в ЦНС в патологических условиях.[23]

Что касается растительных средств, обзор механизмов действия Bacopa monnieri показывает, что это растение способно модулировать системы нейротрансмиттеров, включая норадреналин и дофамин, обеспечивая прямую связь с катехоламинэргической системой, даже если это не снимает вопрос о том, в какой степени данные эффекты зависят от проникновения бакозидов или их метаболитов через ГЭБ.[54]

В области нейрогенеза существуют доклинические данные для витанолидов: в обзоре отмечается, что они способны стимулировать нейрогенез и оказывать нейропротекторное действие, а улучшение биодоступности поддерживается достижениями в области липосомальных формул и наноэмульсий.[55] Кроме того, в модели Ts65Dn (синдром Дауна) применение полидатина с P3 по P15 привело к полному восстановлению нейрогенеза, количества нейронов и развития дендритов, а терапия до подросткового возраста (~P50) обеспечила полное восстановление гиппокамп-зависимой памяти без нежелательных эффектов на массу тела и головного мозга, предоставляя убедительный пронейрогенный и прокогнитивный сигнал для отдельного полифенола (без прямой связи с наноформуляцией).[62]

С другой стороны, в случае ресвератрола нацеленная на головной мозг липосомальная система (ANG-RES-LIP) сочетает в себе повышенную способность преодолевать ГЭБ и нейрональный захват с улучшением когнитивных функций и повышением уровня BDNF в головном мозге мышей, что согласуется с гипотезой о том, что улучшенная доставка в ЦНС может усиливать нейротрофические осями, важные для пластичности.[51]

9. Ограничения

Данные об улучшении доставки в ЦНС с помощью липидных наноносителей неоднородны, так как большая часть информации касается моделей in vitro (например, проницаемости через hCMEC/D3) или внутривенного введения, что ограничивает прямую экстраполяцию на пероральные нутрицевтические продукты в капсулах.[14, 16] Даже когда имеются данные перорального приема с увеличенной площадью под кривой (AUC) в плазме, ГЭБ все еще может ограничивать проникновение через плотные контакты, метаболизм и эффлюкс. Это означает, что повышенная системная экспозиция не гарантирует экспозицию в головном мозге, и выводы следует делать с осторожностью.[2, 4]

В отношении куркумина также четко прослеживаются риски интерпретации: несмотря на 29-кратное увеличение абсорбции после фосфолипидной формулы (Meriva), определялись только метаболиты фазы II, а концентрации в плазме все еще были ниже уровня, необходимого для ингибирования многих противовоспалительных мишеней in vitro, что подрывает простую концепцию «выше биодоступность — сильнее биологический эффект».[38] Кроме того, обзор литературы по куркумину указывает на проблему отсутствия количественного определения уровней свободного биоактивного куркумина в плазме, что затрудняет сравнение формуляций (наноэмульсий, мицелл, липосом и т. д.) и не позволяет достоверно оценить, какая доля действительно доступна для распределения в ЦНС.[28]

Что касается «биоэнхансеров» (например, пиперина), в литературе представлены противоречивые данные: с одной стороны, сообщается, что пиперин способен эффективно проникать и гомогенно распределяться в головном мозге с соотношением AUC0→∞ мозга к плазме 0,15 (общее) и 1,10 (несвязанное), что подтверждает его потенциал для экспозиции в ЦНС.[63] С другой стороны, в обзоре указывается, что более ранние отчеты документировали плохие фармакокинетические свойства пиперина, включая проницаемость через ГЭБ, что говорит о необходимости осторожности и верификации в зависимости от дозы, формуляции и аналитических методов.[64] Кроме того, обзор безопасности пиперина подчеркивает риски и ограничения (плохая растворимость в воде, дозозависимая токсичность, репродуктивные и печеночные проблемы, а также потенциально значительные лекарственные взаимодействия в результате ингибирования CYP3A4 и P-gp), что особенно важно при рассмотрении его использования в «умных» ноотропных формулах, увеличивающих экспозицию нескольких веществ одновременно.[65]

Справочно по технологии LFHC следует отметить, что цитируемые данные об инкапсуляции в SNEDDS относятся к гранулам SNEGs в твердых капсулах и демонстрируют повышенное высвобождение и проницаемость в моделях кишечника, но пока не являются доказательством повышенной экспозиции в головном мозге или улучшения когнитивных функций для конкретных растительных экстрактов в форме LFHC.[11]

10. Направления для будущих исследований

Поскольку ГЭБ ограничивает проникновение большинства нативных фитохимических соединений за счет селективности плотных контактов, метаболизма, низкой растворимости и транспортерного эффлюкса, будущие исследования должны объединять разработку формуляций с прямыми измерениями экспозиции в головном мозге и оценкой механизмов транспорта, а не опираться исключительно на увеличение AUC в плазме.[4] Данные о системах, нацеленных на GLUT (GlcCer), и о функционализации ApoE или лигандом (ANG) показывают, что поверхностная функционализация способна улучшать транспорт в моделях ГЭБ и/или когнитивные эффекты и уровень BDNF, что оправдывает дальнейшую работу над «лиганд-нацеленными» наноносителями для высоколипофильных растительных компонентов и/или соединений с ограниченным проникновением через ГЭБ.[14, 51, 61]

Параллельно при разработке LFHC следует учитывать параметры диспергирования и риск преципитации после разведения в желудочно-кишечном тракте, так как успех всасывания из липидной формуляции зависит от частиц/эмульгирования, скорости диспергирования и осаждения. Это представляет собой проверяемый набор критических показателей качества (CQA/CPP) при разработке продукта (даже если конкретные параметры производства инкапсуляции не охвачены в цитируемых источниках).[42] Поскольку SNEDDS могут увеличивать биодоступность за счет снижения эффлюкса P-gp и обхода пресистемного метаболизма посредством лимфатической абсорбции, рациональным направлением является создание формул, максимизирующих «лимфатическое шунтирование» для липофильных фитохимических веществ, по аналогии с обсуждением КБД (CBD) и хиломикронов, с последующей верификацией того, трансформируется ли повышенная системная экспозиция в экспозицию в ЦНС.[34, 40]

Альтернативные пути введения (например, интраназальный) обсуждаются в контексте SEDDS, так как носовая полость может обеспечить частично прямую доставку в головной мозг в обход ГЭБ и одновременно избежать эффекта первого прохождения через печень, что способно повысить системную биодоступность интенсивно метаболизирующихся соединений. Сочетание преимуществ SEDDS и интраназального пути может усилить нацеливание на головной мозг и биодоступность.[30, 66] Хотя это иная парадигма по сравнению с пероральными LFHC, она может служить ориентиром для будущих исследовательских программ в области «когнитивной производительности», когда целью является максимальное увеличение экспозиции в мозге при ограничении вариабельности желудочно-кишечной абсорбции.[30, 66]

11. Выводы

Обзорные и доклинические данные поддерживают тезис о том, что липидные наноносители (наноэмульсии, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, липосомы) способны повышать стабильность и биодоступность фитохимических соединений, способствовать их прохождению через ГЭБ и накоплению в головном мозге по сравнению со свободными формами, что обеспечивает научное обоснование для разработки «липофильной инкапсуляции растительных экстрактов» в ноотропах.[6, 29] Наиболее веские доказательства «экспозиции в мозге» в представленном материале включают, среди прочего, 11,93-кратное увеличение AUC в головном мозге для перорального NLC куркумина, обнаружение SLN за пределами сосудистого русла мозга для андрографолида после внутривенного введения, а также определяемые концентрации GA/GB/Bb в головном мозге после перорального приема EGb 761®, что демонстрирует способность отдельных растительных или природных липофильных соединений достигать измеряемой экспозиции в ЦНС при условии учета барьеров распределения и фармакокинетики при разработке формуляции и/или выборе соединений.[13, 17, 18]

С технологической точки зрения аргументы в пользу LFHC как практичной лекарственной формы проистекают из того факта, что SEDDS представляют собой смеси, которые могут вводиться в мягких или твердых желатиновых капсулах. Примеры SNEGs в твердых капсулах показывают увеличение высвобождения в 2–3 раза и увеличение проницаемости в 2 раза в моделях кишечника, что подтверждает гипотезу о том, что инкапсулированные самонаноэмульгирующиеся системы способны улучшать этап пероральной абсорбции для липофильных молекул.[10, 11]

В то же время понятие «гомеостаза катехоламинов» следует формулировать с осторожностью, поскольку катехоламины обычно не проникают через зрелый ГЭБ, и поэтому реальные механизмы действия растительных компонентов и их формуляций в ЦНС будут носить опосредованный характер (например, модуляция нейротрансмиссии или нейротрофии, как в данных по бакопе или BDNF после применения целевых липосом с ресвератролом), а не основываться на прямой доставке дофамина или норадреналина в мозг.[15, 51, 54] Для того чтобы соответствовать статусу «фармацевтической» технологии преодоления ГЭБ в области ноотропов, будущая работа должна сочетать:

1. строгие фармакокинетические методы (включая дифференциацию свободной формы и метаболитов),
2. прямые измерения экспозиции в ЦНС и
3. разработку липидных систем с контролем преципитации/диспергирования и возможной лигандацией, что напрямую вытекает из наблюдений об ограничениях определения свободного куркумина, зависимости абсорбции от диспергирования и преимуществах функционализации в моделях ГЭБ.[14, 28, 42]