Липидные наноформуляции для доставки липофильных растительных компонентов в CNS: транспорт через BBB и катехоламинергическая ноотропная поддержка

Липидные наноформуляции растительных соединений в твердых капсулах с жидким наполнением (LFHC) как стратегия доставки липофильных молекул в центральную нервную систему: критический обзор фармакокинетических принципов, механизмов транспорта через гематоэнцефалический барьер и значения для поддержки ноотропной катехоламинергической системы

Аннотация

Гематоэнцефалический барьер (BBB) представляет собой критическое препятствие при терапии заболеваний центральной нервной системы (CNS), поскольку он регулирует проникновение веществ в мозг и поддерживает гомеостаз CNS, при этом прохождение многих соединений через него ограничено.[1–3] На практике BBB ограничивает воздействие многочисленных фитохимических веществ на мозг, помимо прочего, из-за избирательности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и эффлюкса транспортерами, что снижает клиническую трансляцию и обосновывает применение стратегий «enabling» на основе липидных наноносителей.[4, 5] Одновременно с этим многие фитохимические соединения обладают неблагоприятным фармакокинетическим профилем, и наноносители описываются как транспортные системы, повышающие биодоступность, стабильность и доставку, служа отправной точкой для разработки пероральных систем, которые стабилизируют и солюбилизируют липофильную нагрузку.[6] Целью данного обзора является критический синтез данных, указывающих на то, что липидные наноформы (наноэмульсии, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, liposomes и фосфолипидные комплексы) могут увеличивать системную экспозицию и/или экспозицию в мозге растительных соединений, а также указание на то, в каких случаях доказательства остаются косвенными (увеличение AUC в плазме крови), а не прямыми (измерение концентрации в мозге или в моделях BBB).[7–9] В частности, технология твердых капсул с жидким наполнением (LFHC) рассматривается как платформа для введения смесей масло–ПАВ–со-ПАВ (SEDDS), представляющих собой стабильные смеси, вводимые в мягких или твердых желатиновых капсулах, наряду с данными о самонаноэмульгирующихся гранулах в твердых капсулах, которые увеличивают высвобождение и проникновение липофильного лекарственного вещества в моделях кишечника.[10, 11] В обзоре обобщены количественные примеры повышения биодоступности (например, наноэмульсия curcuminoids: общая биодоступность curcuminoids 46% против 8.7% в дисперсии; или пероральные NLC с curcumin: 11.93-кратное увеличение AUC в головном мозге) и примеры повышенной проницаемости в моделях BBB (например, 1.8-кратное увеличение проницаемости функционализированных ApoE resveratrol-SLN через монослои hCMEC/D3).[12–14] В нейрофармакологическом разделе освещается «катехоламиновый парадокс»: катехоламины обычно не проникают через зрелый BBB (за пределами перивентрикулярных областей), поэтому «катехоламиновый гомеостаз», достигаемый при пероральном приеме растительных средств, является косвенным (модуляция сигналинга, ферментов, нейротрофии), а не результатом прямой доставки dopamine или norepinephrine в мозг.[15] Выводы указывают на то, что наиболее твердо установленными фактами являются: (i) улучшение системной экспозиции после применения липидных рецептур, (ii) наличие доклинических доказательств увеличения экспозиции в мозге для отдельных соединений (curcumin, α-asarone, andrographolide, Ginkgo TTL) и (iii) необходимость осторожной экстраполяции на ноотропные продукты, поскольку некоторые данные относятся к внутривенному введению или моделям in vitro, а не к пероральному приему LFHC в человеческой популяции.[13, 16–18]

Ключевые слова

В обзоре основное внимание уделяется гематоэнцефалическому барьеру, наноэмульсиям, SEDDS/SNEDDS, твердым липидным наночастицам (SLN/NLC), твердым капсулам с жидким наполнением и растительным соединениям с ограниченной биодоступностью и проникновением в мозг.[4, 7, 9, 19]

1. Введение

Наибольшим препятствием в терапии заболеваний CNS является прохождение лекарственных средств через BBB, который в качестве физического барьера регулирует приток веществ и обеспечивает гомеостаз CNS.[1, 2] В контексте фитохимических веществ проблема носит двоякий характер: ограниченная системная биодоступность и ограниченное поступление в головной мозг, поскольку BBB «на практике» ограничивает большинство нативных фитохимических веществ из-за селективности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и эффлюксного транспорта.[4] Обзорная литература подчеркивает, что уникальные характеристики BBB значительно ограничивают доступ фитохимических веществ к целевой ткани и, следовательно, препятствуют клинической трансляции, что служит прямым обоснованием для разработки платформ нанодоставки, обеспечивающих «оптимизацию» доставки непроникающих соединений в головной мозг.[5]

Общим знаменателем для многих растительных компонентов является неблагоприятный фармакокинетический профиль, ограничивающий их фармакологическую активность, при этом нанотехнологии позиционируются как инструмент для улучшения доставки, биодоступности, биосовместимости и стабильности фитохимических веществ.[6] В то же время в обзорах по наномедицине в области неврологии липидные носители описываются как подход, направленный на преодоление BBB с целью повышения эффективности терапии неврологических заболеваний и минимизации токсичности биомиметическим путем, в том числе для соединений природного происхождения, таких как resveratrol или curcumin.[20]

В данном контексте особенно привлекательными являются липидные платформы, которые после перорального введения удерживают доставляемое вещество в солюбилизированном состоянии и образуют микро-/наноэмульсии в среде желудочно-кишечного тракта, поскольку SEDDS поддерживают лекарственное средство в растворенной форме, способствуют образованию стабильных эмульсий в целевом участке и повышают абсорбцию.[8] Также важно, что SEDDS описываются как смеси масла, сурфактанта и косурфактанта с растворенным активным веществом, которые физически стабильны и могут вводиться перорально в мягких или твердых желатиновых капсулах, создавая прямую предпосылку для концепции LFHC как лекарственной формы для жидких липидных смесей в нутрицевтической и фармацевтической практике.[10]

2. Гематоэнцефалический барьер

BBB описывается как физический барьер, регулирующий проникновение веществ в головной мозг и обеспечивающий гомеостаз CNS, что делает доставку терапевтических препаратов в CNS особенно сложной.[1, 2] В контексте фитохимических соединений в обзорах прямо указывается, что BBB ограничивает проникновение большинства нативных растительных молекул за счет селективности плотных контактов, быстрого метаболизма, низкой растворимости и активного выведения транспортерами (эффлюкса), что представляет собой обобщенное описание основных барьеров на уровне церебрального эндотелия и периваскулярного микроокружения.[4]

Экспериментальные данные указывают на то, что целостность барьера динамична и может ослабевать или укрепляться в зависимости от воспалительных процессов и эндогенных факторов. Так, дефицит кортистатина предрасполагает к ослаблению эндотелия с повышением проницаемости и разрушением плотных контактов, в то время как введение кортистатина нивелирует гиперпроницаемость и снижает утечку через BBB in vivo на модели LPS.[21] С механистической точки зрения также важно, что на модели повреждения BBB человека (сокультура in vitro) патогенные воздействия увеличивают «пул лабильного железа» (LIP) и нарушают пути стресс-ответа (HIF2α), а хелатор железа (Desferal, DFO) способствует выживанию эндотелиоцитов. Это интерпретируется как свидетельство того, что пути метаболического стресса сопряжены с целостностью барьера и могут открыть новое измерение в разработке терапевтических подходов для поддержания стабильной экспозиции препаратов в головном мозге.[22]

Парадокс катехоламинов

Ключевым ограничением для реализации концепции «катехоламинового гомеостаза» является тот факт, что катехоламины в целом неспособны проникать через зрелый BBB и попадать в головной мозг, за исключением перивентрикулярных областей, где BBB отсутствует или функционирует неполноценно.[15] На модели крыс также было показано, что BBB в различных отделах головного мозга формируется последовательно после рождения, с ранним образованием физических и ион-ограничивающих элементов и более поздним развитием ферментативных компонентов. Это подчеркивает, что проницаемость для катехоламиноподобных молекул зависит не только от свойств самой молекулы, но и от состояния/стадии развития барьера.[15]

С другой стороны, сам дофамин способен модулировать свойства барьера: так, в условиях окислительного стресса (H2O2) дофамин и агонист A68930 снижают гиперпроницаемость монослоя, защищают целостность плотных контактов и сборку актинового цитоскелета, причем этот защитный механизм связан с ингибированием инфламмасомы NLRP3, а не с прямым подавлением ROS.[23] Следовательно, в контексте применения ноотропов целесообразно разграничивать: (i) прямое снабжение CNS катехоламинами (как правило, неэффективное из-за наличия BBB) и (ii) опосредованную модуляцию микроокружения CNS и эндотелия, которая может влиять на нейровоспалительный и нейротрофический «гомеостаз» внутри головного мозга.[15, 23]

Фармакологическая модуляция проницаемости

Существуют также стратегии открытия BBB, например, с использованием препарата NEO100, который в исследованиях обратимо и нетоксично открывает BBB in vitro и in vivo, облегчая проникновение в головной мозг многих терапевтических средств. Механистически при этом наблюдается воздействие на различные пути транспорта через BBB и транслокация белков плотных контактов из мембраны в цитоплазму клеток эндотелия головного мозга.[24] Однако с точки зрения создания растительных препаратов такая стратегия качественно отличается от подходов, основанных на солюбилизации и повышении системной экспозиции, а ее применение в области нутрицевтиков потребовало бы строгой оценки безопасности и тщательного сопоставления пользы и рисков, возникающих при временном повышении проницаемости BBB.[24]

3. Фармакокинетические проблемы липофильных фитохимических соединений

Фитохимические соединения часто демонстрируют ограниченную клиническую трансляцию в неврологии, поскольку BBB ограничивает их доступ к тканям-мишеням, а в литературе подчеркивается, что полярность и «крупный размер» многих фитохимических веществ препятствуют прохождению через селективный гематоэнцефалический барьер.[5, 25] Кроме того, ограничения не исчерпываются BBB: обзоры показывают, что фитохимические соединения обладают неудовлетворительным фармакокинетическим профилем, ограничивающим их фармакологическую активность, а повышение биодоступности и стабильности часто является необходимым условием для достижения измеримых биологических эффектов.[6]

Curcumin является примером соединения с желаемыми свойствами (включая антиоксидантную и противовоспалительную активность), но одновременно низкой пероральной биодоступностью вследствие нестабильности при физиологических значениях pH, плохой растворимости в воде и быстрого метаболизма, что стимулирует разработку формуляций, улучшающих экспозицию.[26] Аналогичным образом, resveratrol имеет ограничения, связанные с созданием формуляций, поскольку он демонстрирует плохую растворимость в воде и химическую нестабильность (деградация путем изомеризации под влиянием температуры, pH, UV или ферментов), что приводит к низкой биодоступности и ограниченному биологическому эффекту.[27]

Стоит отметить, что даже когда формула увеличивает экспозицию в плазме крови, интерпретация биодоступности может осложняться аналитическими проблемами; так, в обзоре по curcumin указывается, что «уровни свободного, биоактивного curcumin в плазме не определены», несмотря на существование множества нано- и 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 веществ через BBB и повышения биодоступности и специфичности таргетинга, а в обзорах подчеркивается использование липидных носителей, нагруженных соединениями природного происхождения, для улучшения доставки в головной мозг и повышения терапевтического потенциала при неврологических расстройствах.[3, 20] В то же время литературные данные указывают на то, что инкапсулирование фитохимических веществ в липидные наноносители повышает физиологическую стабильность, способствует прохождению через BBB и увеличивает накопление в тканях мозга по сравнению со свободной формой, что создает общую предпосылку для «липофильного инкапсулирования растительных компонентов».[25, 29]

Classes of Lipid Systems

SEDDS определяются как смеси масел, сурфактантов и сосурфактантов, которые при разбавлении водой образуют микро- или наноэмульсии, способные переносить большие количества липофильных лекарственных веществ, а их цели включают ограничение преципитации в месте всасывания, улучшение проникновения через абсорбирующие мембраны и повышение стабильности лабильных молекул к ферментативному расщеплению.[30] SNEDDS описываются как системы, состоящие из липидов, сурфактантов и сорастворителей, которые спонтанно образуют наноэмульсии при смешивании с водой, могут быть разработаны в жидкой или твердой формах и улучшают всасывание за счет таких механизмов, как увеличение площади межфазной поверхности, защита от деградации и облегчение лимфатического транспорта.[31] В обзорах подчеркивается, что к преимуществам SNEDDS относятся улучшение растворимости, скорости растворения и проницаемости, снижение метаболизма в кишечной стенке, уменьшение P-gp эффлюкса и обход эффекта первого прохождения за счет стимуляции лимфатического транспорта.[32]

Липидные наночастицы (включая SLN и NLC) описываются как один из эффективных подходов к «обходу» BBB и улучшению биодоступности в головном мозге, причем SLN и NLC особенно интенсивно изучаются в контексте доставки в мозг.[9] В случае ресвератрола указывается, что «роль нанотехнологий» в неврологии обусловлена необходимостью маскировки физико-химических свойств лекарственных веществ для продления периода их полувыведения и обеспечения возможности преодоления BBB; при этом ресвератрол часто инкапсулируют, среди прочего, в липосомы и липидные наночастицы.[27]

В отношении наноэмульсий приводятся аргументы в пользу того, что наноразмерные капли улучшают проницаемость кишечника и BBB, что приводит к увеличению проникновения лекарственного вещества в системный кровоток и головной мозг, а типичный диапазон размеров капель для наноэмульсий составляет 50–500 nm согласно обзору коллоидных систем доставки липофильных биологически активных веществ.[7, 33]

В таблице ниже обобщены отдельные классы LBDDS с точки зрения определения состава, типичных размеров частиц/капель по имеющимся данным и примеров применения, связанных с увеличением системной экспозиции или экспозиции в головном мозге.

Mechanisms for Increasing Systemic Exposure

Повышенная системная экспозиция является ключевым «узким местом» перед последующим проникновением в головной мозг, а в обзоре по наноинкапсулированию нейропротекторных соединений указывается, что желудочно-кишечное всасывание может препятствовать поступлению свободных и наноинкапсулированных соединений в кровь, следовательно, ограничивая их концентрацию в мозге.[2]

В этом смысле механизмы лимфатического всасывания особенно важны для липофильных соединений, поскольку лимфатический транспорт описывается как параллельный путь всасывания для липидов и растущего числа липофильных лекарственных средств, при котором после всасывания молекулы могут связываться с липопротеинами энтероцитов и секретироваться в лимфоток вместо воротного кровотока, тем самым обходя метаболически активную печень и снижая эффект первого прохождения.[39]

Для высоколипофильных соединений, таких как CBD, указывается, что перенаправление в лимфоток путем связывания с хиломикронами (в присутствии длинноцепочечных триглицеридов или жирных кислот) может снизить метаболизм первого прохождения, повысить биодоступность и уменьшить вариабельность экспозиции.[40]

С точки зрения механизма действия, в наноэмульсиях переваривание липидов и образование смешанных мицелл также играют роль, поскольку в тонкой кишке триглицериды гидролизуются до свободных жирных кислот и моноацилглицеринов, которые вместе с солями желчных кислот и фосфолипидами совместно формируют смешанные мицеллы, обеспечивая миграцию липофильных соединений в гидрофобное ядро мицелл и проникновение через слизистый барьер, где всасывание происходит путем эндоцитоза или пассивной диффузии.[41]

В том же ключе подчеркивается, что неперевариваемые масла (например, парфюмерные/эфирные масла, минеральное масло) не расщепляются липазой, что препятствует образованию смешанных мицелл и «запирает» липофильные вещества в каплях масла, снижая их биодоступность.[41]

Кроме того, указывается, что длинноцепочечные триглицериды в перевариваемых маслах более склонны к образованию смешанных мицелл, чем MCT, что имеет важное значение при выборе масляной фазы при разработке липидных рецептур для максимального всасывания.[41]

5. Твердые капсулы с жидким наполнением

SEDDS описываются как простые в производстве, физически стабильные смеси масла, сурфактанта и сосурфактанта, которые вводятся перорально в мягких или твердых желатиновых капсулах, что создает прямую предпосылку для рассмотрения форм LFHC в качестве носителей жидких липидных смесей в дозированных формах.[10]

Обзоры также показывают, что липидные композиции в капсулах значительно улучшают растворимость и скорость растворения плохо растворимых препаратов по сравнению с нелипидными рецептурами, а успешность всасывания зависит от размера частиц, эмульгирования, скорости диспергирования и преципитации лекарственного вещества после диспергирования, что напрямую связано с разработкой составов жидкого наполнения капсул и их поведением при высвобождении в желудочно-кишечном тракте.[42]

Исследование самонаноэмульгирующихся гранул (SNEGs), помещенных в твердые желатиновые капсулы, показало, что такая форма (капсулированные SNEGs) обеспечивала в 2–3 раза более высокое высвобождение липофильной молекулы (cilostazol) по сравнению с обычной таблеткой и чистым лекарственным веществом, что иллюстрирует потенциал «капсулирования» самонаноэмульгирующихся систем для улучшения высвобождения.[11]

В том же источнике отмечалось, что количество лекарственного вещества, проникающего из SNEGs, в два раза превышало аналогичный показатель для суспензии таблеток в модели кишечника крысы ex vivo (метод невывернутого мешка), что подтверждает тезис о том, что системы LFHC / капсулированные системы могут улучшать стадию всасывания еще до рассмотрения целевого проникновения через BBB.[11]

6. Доказательная база по отдельным растительным экстрактам

Curcumin

В исследовании на крысах curcuminoid-наноэмульсия, приготовленная с использованием lecithin, Tween 80 и воды, позволила достичь размера частиц 12.1 nm 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 улучшенной системной экспозиции при использовании наноэмульсии.[12] В том же исследовании биодоступность при пероральном приеме для BDMC, DMC, curcumin и общего количества curcuminoids в наноэмульсии по сравнению с дисперсией составила 34.39% против 4.65%, 39.93% против 5.49%, 47.82% против 9.38% и 46% против 8.7% соответственно, что указывает на многократное увеличение пероральной биодоступности при использовании наноэмульсии.[12]

На мышиной модели пероральная «практическая» наноэмульсия curcumin (до 20%) привела к 10-кратному увеличению AUC(0–24h) и более чем 40-кратному увеличению Cmax по сравнению с суспензией curcumin в 1% methylcellulose, демонстрируя масштаб возможного улучшения плазменной экспозиции с помощью препаративной формы наноэмульсии.[43] На крысиной модели с использованием масел (SNO/LSO) наноэмульгирование увеличило транспорт в кишечных мешках на 79% (SNO) и 437% (LSO) относительно неэмульгированного введения. Кроме того, сообщалось, что после введения nanocurcumin в головном мозге и сердце наблюдалось «небольшое количество» curcumin, что дает ограниченный, но прямой сигнал о тканевой экспозиции в CNS при использовании липидной стратегии.[44]

Более количественные доказательства повышенной экспозиции в головном мозге получены в работе по NLCs, поскольку после внутрижелудочного введения наноструктурированные липидные носители curcumin обеспечили более высокую Cmax в плазме (564.94 ± 14.98 ng/mL против 279.43 ± 7.21 ng/mL), более короткое время Tmax (0.5 ± 0.01 h против 1.0 ± 0.12 h) и более высокую AUC0–∞ (820.36 ± 25.11 mg×h/L против 344.11 ± 10.01 mg×h/L) по сравнению с суспензией, что указывает на улучшенную системную экспозицию.[13] В том же материале прямо утверждалось, что препаративная форма NLC улучшила способность curcumin преодолевать BBB, продемонстрировав 11.93-кратное увеличение AUC в головном мозге по сравнению с суспензией, что является одним из наиболее прямых аргументов в пользу использования липидных наноносителей для обеспечения экспозиции в CNS при пероральном пути введения (на животной модели).[13]

Дополнительные данные указывают на то, что модификация поверхности SLN (кватернизованный chitosan, TMC-SLCN) обеспечила контролируемое высвобождение в моделированных кишечных жидкостях и «значительно более высокую» пероральную биодоступность и распределение curcumin в головном мозге по сравнению со свободным curcumin, chitosan и непокрытыми SLCNs, связывая механизмы стабильности, высвобождения и распределения в CNS в едином доклиническом результате.[45] На модели zebrafish микроэмульсия curcumin в turmeric oil, разработанная «для таргетной доставки в головной мозг», привела к 2-кратному улучшению PK в плазме и 1.87-кратному улучшению PK в головном мозге, наряду с улучшением пространственной памяти и снижением окислительного стресса, что позволяет предположить, что повышенная экспозиция в головном мозге через липидную систему может быть связана с измеримыми функциональными эффектами на модели нейродегенерации.[46]

Согласно клиническим данным (на людях), липидные формы curcumin могут обеспечивать быстрое и измеримое всасывание: в исследовании CRM-LF сообщалось о Tlag примерно 0.18 h (12 min), Tmax 0.60 ± 0.05 h, Cmax 183.35 ± 37.54 ng/mL и AUC0–∞ 321.12 ± 25.55 ng·h/mL при дозе 750 mg, что указывает на быструю фазу всасывания и значительную системную экспозицию (без измерения показателей в CNS).[47] Исследование AQUATURM® продемонстрировало более чем 7-кратное увеличение AUC0–12h и сохранение определяемых уровней curcumin в течение полных 12 h (тогда как препарат сравнения у большинства участников упал ниже предела количественного определения через 4 h), что служит клиническим доказательством возможности пролонгированной системной экспозиции благодаря данной препаративной форме (хотя это «водорастворимая» рецептура, а не классическая липидная наноэмульсия).[48]

Фосфолипидные препаративные формы (phytosome) представляют собой отдельную парадигму: перекрестное исследование на людях показало, что Meriva (препаративная форма на основе lecithin и смеси curcuminoid) обеспечила примерно в 29 раз более высокое общее всасывание curcuminoid, чем немодифицированная смесь. Однако обнаруживались только метаболиты фазы II, а плазменные концентрации все еще были значительно ниже тех, которые требуются для ингибирования большинства противовоспалительных мишеней curcumin, что ограничивает чрезмерную интерпретацию «многократного увеличения биодоступности» как автоматического улучшения эффекта в CNS.[38]

Resveratrol

Resveratrol требует применения стратегий разработки препаративных форм, поскольку его плохая растворимость и химическая нестабильность ограничивают его биодоступность и биологическую пользу. Обзоры указывают на тенденцию к инкапсуляции и таргетной доставке resveratrol в головной мозг, а также обосновывают роль нанотехнологий в обеспечении преодоления BBB путем маскировки физико-химических свойств и продления периода полувыведения.[27] На in vitro модели BBB функционализация SLNs с помощью apolipoprotein E повысила проницаемость через монослои hCMEC/D3, при этом проницаемость для SLN-ApoE была в 1.8 раза выше по сравнению с нефункционализированными частицами, что дает прямое подтверждение улучшенного транспорта через модель BBB за счет «лигандирования» липидного наноносителя.[14]

В исследованиях in vivo применение SLNs с resveratrol на крысиной модели с характеристиками болезни Альцгеймера подтвердило гипотезу об улучшенном «нейрональном таргетинге», поскольку SLN/resveratrol увеличивал экспрессию HSP70 в четыре раза и снижал уровень IL-1β, а поведенческие тесты показали улучшение памяти пассивного избегания в этой модели, что позволяет предположить, что липидный носитель может усиливать функциональный эффект resveratrol в CNS (хотя в самом цитируемом фрагменте не приводятся прямые концентрации в головном мозге).[49] В другой модели (Aβ1–42 i.c.v.) нанокапсулы с липидным ядром позволили resveratrol «компенсировать» вредные эффекты Aβ1–42, и авторы связывают это со «значительным увеличением» концентрации resveratrol в тканях головного мозга, достигнутым с помощью нанокапсул, что представляет собой интерпретацию механизма эффективности на основе экспозиции в головном мозге.[50]

Более таргетные липосомальные стратегии демонстрируют одновременный «транспортный» и «нейротрофический» эффекты, поскольку липосома resveratrol с лигандом ANG в клеточных экспериментах повышала способность resveratrol преодолевать BBB и усиливала нейрональный захват, а на мышиной модели старения она улучшала когнические функции за счет снижения окислительного стресса и воспаления в головном мозге и повышала уровень BDNF.[51] Таким образом, эти данные объединяют в одном вмешательстве: (i) технологическое улучшение преодоления BBB, (ii) улучшение биомаркеров воспаления/окислительного стресса и (iii) увеличение нейротрофического фактора, что имеет значение для концепции «нейрогенеза» и пластичности, хотя доказательства получены на животной модели и для конкретной липосомальной платформы, а не для пероральных LFHC.[51]

Bacopa monnieri

В случае Bacopa monnieri указывается, что bacoside A имеет низкую растворимость в воде и «ограничение на прохождение BBB», что снижает его биодоступность и клиническую эффективность при нейродегенеративных заболеваниях, обосновывая необходимость использования стратегий доставки на основе носителей, таких как niosomes.[52] Исследование niosomal-формы фракции, богатой bacoside A (Fort-BAF), включало оценку прокогнитивных свойств in vivo по сравнению со свободной фракцией, и авторы пришли к выводу, что niosomes могут значительно улучшить стабильность и биодоступность Fort-BAF, что указывает на потенциал везикулярных систем в поддержке таргетной доставки в CNS.[52]

В области самонаноэмульгирующихся систем было показано, что для повышения растворимости и биодоступности плохо растворимых bacosides использовались SNEDDS с различными oils/surfactants/co-surfactants, а «новая липофильная препаративная форма» была оценена на предмет проникновения в головной мозг и фармакокинетического профиля у крыс, напрямую связывая Bacopa с парадигмой липидных наносистем для экспозиции в CNS (хотя цитируемый фрагмент не содержит количественных показателей PK).[53] Что касается ноотропных механизмов, обзор указывает на то, что Bacopa действует, помимо прочего, путем модуляции нейромедиаторных систем, включая noradrenaline и dopamine, что обеспечивает прямую связь с концепцией «катехоламинового гомеостаза», устраняя при этом необходимость прямого транспорта catecholamine через BBB.[15, 54]

Withania somnifera

Что касается нейрогенеза, обзор указывает на то, что доклинические исследования предполагают способность withanolides стимулировать нейрогенез, защищать от нейродегенеративных заболеваний, снижать окислительный стресс и воспаление, а достижения в методах доставки (липосомальные формы и наноэмульсии) повышают их биодоступность.[55] На клеточном уровне было показано, что наночастицы MPEG-PCL, содержащие экстракт Withania somnifera (WSE), эффективно поглощаются клетками U251 и обеспечивают более высокую защиту от окислительного повреждения (95.1%), чем PCL с WSE (56.4%) и свободный WSE (39.0%), подтверждая гипотезу о том, что инкапсуляция повышает эффективность действия в условиях окислительного стресса (при отсутствии прямого измерения проникновения через BBB).[56]

Ginkgo biloba

В исследовании на крысах после однократного перорального введения 600 mg/kg стандартизированного экстракта EGb 761® в плазме и CNS были обнаружены значительные концентрации ginkgolide A (GA), ginkgolide B (GB) и bilobalide (Bb), при этом концентрации в головном мозге быстро возрастали до 55 ng/g (GA), 40 ng/g (GB) и 98 ng/g (Bb), что дает прямое подтверждение того, что отдельные terpene trilactones проникают в CNS при пероральном пути введения на животной модели.[18] В обзоре утверждается, что значительные уровни TTLs и флавоноидов Ginkgo biloba преодолевают BBB и проникают в CNS крыс после перорального введения GBE, подтверждая универсальность данного наблюдения, хотя параметры PK при этом не уточняются.[57]

В то же время модели транспорта in vitro указывают на существование ограничений на всасывание и эффлюкс, поскольку в модели MDR-MDCK наблюдалась низкая проницаемость в направлении абсорбции (Papp 0.2–0.3×10−6 cm/s) и значительно более высокий поток в секреторном направлении (Papp 2.9–3.6×10−6 cm/s). Это согласуется с ингибированием чистого всасывания механизмами эффлюкса и указывает на то, что липидные препаративные формы, снижающие эффлюкс или улучшающие солюбилизацию, могут быть полезны в данном контексте.[32, 58] Напротив, в исследованиях на животных совместное введение экстракта Ginkgo biloba со смесью кунжутного экстракта и turmeric oil увеличивало концентрацию ginkgolide A в головном мозге мышей по сравнению с введением только GBE, что позволяет предположить, что масляные композиции совместного введения могут повышать экспозицию TTLs в головном мозге.[59]

α-Asarone

В исследованиях на животных липидные наночастицы (A-LNPs) обеспечивали «пролонгированное и непрерывное» высвобождение α-asarone, а после внутривенного введения в плазме и фракциях паренхимы головного мозга наблюдались значительно более высокие уровни α-asarone по сравнению со свободным α-asarone, что подтверждает способность A-LNPs поддерживать терапевтические концентрации в плазме и одновременно обеспечивать транспорт через BBB.[16] Этот результат важен для обоснования тезиса о «стабилизации профиля экспозиции», однако следует подчеркнуть, что он получен при внутривенном введении и, следовательно, напрямую не доказывает эффективность пероральных LFHCs для этого класса соединений.[16]

Andrographolide

Andrographolide описывается как соединение с низкой биодоступностью, плохой растворимостью в воде и высокой химической и метаболической нестабильностью, что обосновывает его введение в состав липидных наночастиц.[17] В исследованиях in vitro было показано, что наночастицы улучшали проницаемость andrographolide по сравнению со свободной формой, а после внутривенного введения флуоресцентные SLNs обнаруживались в паренхиме головного мозга за пределами сосудистого русла, подтверждая способность этого носителя и/или его содержимого «преодолевать BBB» на животной модели.[17]

Cannabidiol

В исследованиях на мышах и на модели BBB in vitro «декорированные cannabinoid» липидные нанокапсулы (LNCs) продемонстрировали наилучшую способность к таргетной доставке в головной мозг при минимальных размерах частиц, а усиление таргетной доставки в мозг после конъюгации CBD с LNCs в шесть раз превзошло эффект, наблюдаемый для клинической стратегии «G-Technology».[60] Этот результат подчеркивает важность размера носителя и дизайна функционализации его поверхности для транспорта через BBB и распределения в головном мозге, хотя данная платформа является специализированной и не эквивалентна классическим пероральным SEDDS в LFHC.[60]

7. Механизмы повышения проникновения в мозг

Обзорная литература указывает на то, что наноразмерные капли наноэмульсий могут улучшать проницаемость кишечного барьера и BBB, повышая проникновение лекарственных веществ в системный кровоток и мозг, что предполагает одновременное влияние на фазы всасывания и распределения в CNS.[7] В то же время в обзорах подчеркивается, что доставка фитохимических соединений с помощью липидных наночастиц повышает физиологическую стабильность, способствует преодолению BBB и увеличивает накопление в тканях мозга, обеспечивая общую механистическую основу независимо от конкретной химической структуры доставляемого вещества.[29]

Для систем, таргетных к BBB, данные in vitro указывают на роль транспортеров и лигандирования: так, наноэмульсия, функционализированная glucosylceramide (GlcCer), была разработана для использования глюкозотранспортер-зависимого (GLUT) поглощения, при этом количественно наблюдалось 1.6-кратное увеличение нейронального захвата и 1.4-кратное улучшение эндотелиального транспорта по сравнению с нетаргетированными контролями.[61]

Аналогичным образом, функционализация SLNs с помощью apolipoprotein E увеличивала проницаемость resveratrol через монослои hCMEC/D3 в 1.8 раза, что согласуется с концепцией о том, что функционализация поверхности может усиливать трансэндотелиальный транспорт в моделях BBB.[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 образованию стабильных эмульсий, улучшающих всасывание, что является необходимым условием для достижения системной экспозиции, достаточной для распределения в CNS.[8]

В контексте SNEDDS подчеркивается многомеханистическое повышение биодоступности, включающее снижение внутриэнтероцитарного метаболизма (CYP P450), снижение P-gp-опосредованного эффлюкса и обход эффекта первого прохождения за счет лимфатического всасывания, что представляет собой логичный механизм для «сглаживания» профиля системной экспозиции липофильных соединений.[34]

Наконец, с точки зрения воздействия на мозг важно разграничивать «системную биодоступность» и «биодоступность в мозге», поскольку даже когда липидная система повышает концентрацию в плазме крови, BBB все равно ограничивает проникновение большинства нативных фитохимических веществ через плотные контакты и эффлюкс, и, следовательно, увеличение AUC в плазме является необходимым, но не достаточным условием для эффективного воздействия на мозг.[2, 4]

8. Катехоламины и нейрогенез

В рамках ноотропной концепции растительные соединения часто представляются как поддерживающие «гомеостаз катехоламинов» и нейропластичность, однако фундаментальным ограничением является то, что катехоламины в целом не проникают через зрелый BBB за пределы перивентрикулярных областей, что требует понимания «гомеостаза» как опосредованного эффекта в пределах CNS (например, модуляция нейротрансмиссии, нейровоспаления, нейротрофии), а не как прямого поступления dopamine или noradrenaline в головной мозг после перорального введения.[15]

С точки зрения механизмов BBB и окислительного стресса, dopamine может защищать барьер от вызванной H2O2 гиперпроницаемости путем сохранения целостности плотных контактов и цитоскелета, а также ингибирования инфламмасомы NLRP3, что указывает на то, что катехоламиновый сигналинг может влиять на микроокружение BBB и потенциально косвенно воздействовать на распределение соединений в CNS при патологических состояниях.[23]

Что касается растительных средств, обзор механизмов действия Bacopa monnieri показывает, что это растение может модулировать нейромедиаторные системы, включая noradrenaline и dopamine, обеспечивая прямую связь с катехоламинергической системой, даже если это не решает вопрос о том, в какой степени эти эффекты завязаны на проникновение bacosides или их метаболитов через BBB.[54]

В области нейрогенеза имеются доклинические данные для withanolides: обзор показывает, что они могут стимулировать нейрогенез и оказывать нейропротекторное действие, а улучшенная биодоступность подтверждается достижениями в разработке липосомальных и наноэмульсионных форм.[55] Более того, на модели Ts65Dn (синдром Дауна) терапия с использованием polydatin в период с P3 по P15 привела к полному восстановлению нейрогенеза, количества нейронов и развития дендритов, а при продолжении терапии до подросткового возраста (~P50) наблюдалось полное восстановление гиппокамп-зависимой памяти без нежелательного влияния на массу тела и мозга, что свидетельствует о выраженном пронейрогенном и прокогнитивном эффекте выбранного polyphenol (без прямой связи с наноформуляцией).[62]

Напротив, в случае с resveratrol ориентированная на головной мозг липосомальная система (ANG-RES-LIP) сочетает в себе повышенную способность преодолевать BBB и нейрональный захват с улучшением когнитивной функции и повышением уровня BDNF в головном мозге мышей, что согласуется с гипотезой о том, что улучшенная доставка в CNS может усиливать нейротрофические оси, важные для пластичности.[51]

9. Ограничения

Доказательства улучшения доставки в CNS с помощью липидных наноносителей неоднородны, поскольку большинство данных получено на моделях in vitro (например, проницаемость через hCMEC/D3) или при внутривенном введении, что ограничивает прямую экстраполяцию на пероральные нутрицевтики в капсулах.[14, 16] Даже при наличии данных о пероральном применении, демонстрирующих увеличение AUC в плазме, BBB все еще может ограничивать проникновение через плотные контакты, метаболизм и эффлюкс, а значит, повышенная системная экспозиция не гарантирует проникновения в головной мозг, и выводы следует делать с осторожностью.[2, 4]

В отношении куркумина риски интерпретации также очевидны, поскольку, несмотря на 29-кратное увеличение абсорбции при использовании фосфолипидной формы (Meriva), обнаруживались только метаболиты II фазы, а концентрации в плазме все еще оставались ниже уровней, необходимых для ингибирования многих противовоспалительных мишеней in vitro, что подрывает упрощенное представление о том, что «выше биодоступность — сильнее биологический эффект».[38] Кроме того, обзор исследований куркумина указывает на проблему отсутствия количественной оценки уровней свободного, биоактивного куркумина в плазме, что затрудняет сравнение различных форм (наноэмульсий, мицелл, липосом и т. д.) и усложняет оценку того, какая именно фракция действительно доступна для распределения в CNS.[28]

Что касается «биоэнхансеров» (например, пиперина), в литературе представлены противоречивые данные: с одной стороны, сообщается, что пиперин может эффективно проникать в головной мозг и гомогенно распределяться в нем с соотношением AUC0→∞ мозг/плазма 0.95 (общий) и 1.10 (несвязанный), что подтверждает его потенциал для воздействия на CNS.[63] С другой стороны, обзор указывает на то, что в более ранних публикациях отмечались неудовлетворительные PK-свойства пиперина, включая проницаемость BBB, что указывает на необходимость осторожности и верификации в зависимости от дозы, рецептуры и аналитических методов.[64] Кроме того, обзор безопасности пиперина подчеркивает риски и ограничения (плохая растворимость в воде, дозозависимая токсичность, риски для репродуктивной системы и печени, а также потенциально значимые межлекарственные взаимодействия, обусловленные ингибированием CYP3A4 и P-gp), что особенно важно учитывать при его использовании в «умных» ноотропных формулах, повышающих экспозицию нескольких веществ одновременно.[65]

Что касается технологии LFHC, следует отметить, что приведенные доказательства инкапсуляции SNEDDS относятся к гранулам SNEGs в твердых капсулах и демонстрируют повышенное высвобождение и проникновение в кишечных моделях, но пока не являются доказательством повышенной экспозиции в головном мозге или клинического улучшения когнитивных функций для конкретных растительных компонентов в форме LFHC.[11]

10. Направления для будущих исследований

Поскольку BBB ограничивает проникновение большинства нативных фитохимических соединений из-за селективности плотных контактов, метаболизма, низкой растворимости и эффлюксного транспорта, будущие исследования должны сочетать разработку рецептур с прямым измерением экспозиции в головном мозге и оценкой механизмов транспорта, а не полагаться исключительно на увеличение AUC в плазме крови.[4] Данные о GLUT-таргетных системах (GlcCer) и о функционализации ApoE или лигандом (ANG) показывают, что функционализация поверхности может улучшить транспорт в моделях BBB и/или когнитивные эффекты и BDNF, что обосновывает целесообразность дальнейшей работы над «лиганд-таргетными» наноносителями для высоколипофильных растительных компонентов и/или веществ с ограниченным проникновением через BBB.[14, 51, 61]

Параллельно с этим при разработке LFHC следует учитывать параметры диспергирования и риск преципитации после разбавления в желудочно-кишечном тракте, так как успешность абсорбции из липидной формы зависит от характеристик частиц/эмульгирования, скорости диспергирования и осаждения, что представляет собой подлежащий проверке набор критических показателей качества и критических параметров процесса (CQA/CPP) в разработке продуктов (даже если конкретные технологические параметры инкапсуляции не рассматриваются в цитируемых источниках).[42] Поскольку SNEDDS могут повышать биодоступность за счет снижения эффлюкса, опосредованного P-gp, и обхода первичного метаболизма в печени посредством лимфатического всасывания, рациональным направлением является создание рецептур, максимизирующих «лимфатическое перенаправление» для липофильных растительных компонентов по аналогии с дискуссиями о CBD и хиломикронах, с последующей верификацией того, трансформируется ли повышенная системная экспозиция в экспозицию в CNS.[34, 40]

Альтернативные пути введения (например, интраназальный) обсуждаются в контексте SEDDS, поскольку полость носа может обеспечить частично прямую доставку в головной мозг в обход BBB и одновременно избежать эффекта первого прохождения через печень, что способно повысить системную биодоступность соединений, подвергающихся интенсивному метаболизму; при этом сочетание преимуществ SEDDS и интраназального пути может улучшить таргетную доставку в мозг и биодоступность.[30, 66] Хотя это иная парадигма, отличная от пероральных LFHC, она может служить отправной точкой для будущих исследовательских программ в области «когнитивных функций», когда целью является максимизация экспозиции в головном мозге при ограничении вариабельности абсорбции в GI-тракте.[30, 66]

11. Выводы

Обзорные и доклинические данные подтверждают тезис о том, что липидные наноносители (наноэмульсии, SEDDS/SNEDDS, SLN/NLC, липосомы) могут повышать стабильность и биодоступность фитохимических соединений, а также способствовать их прохождению через BBB и накоплению в головном мозге по сравнению со свободными формами, обеспечивая научное обоснование для разработки концепции «липофильной инкапсуляции растительных компонентов» в составе ноотропов.[6, 29] Наиболее убедительные доказательства «экспозиции в мозге» в представленном материале включают, помимо прочего, 11.93-кратное увеличение AUC в головном мозге для пероральных NLC куркумина, обнаружение SLN за пределами сосудистого русла головного мозга для андрографолида после IV введения, а также измеримые концентрации GA/GB/Bb в головном мозге после перорального применения EGb 761®, что демонстрирует способность отдельных растительных или природных липофильных соединений достигать измеримой экспозиции в CNS, если барьер распределения и PK учитываются при проектировании готовой формы и/или выборе соединений.[13, 17, 18]

С технологической точки зрения аргументы в пользу LFHC как практичной лекарственной формы основаны на том, что SEDDS представляют собой смеси, которые могут вводиться в мягких или твердых желатиновых капсулах, а примеры применения SNEGs в твердых капсулах демонстрируют 2–3-кратное увеличение высвобождения и 2-кратное увеличение проницаемости на моделях кишечника, подтверждая гипотезу о том, что инкапсулированные самонаноэмульгирующиеся системы способны улучшать этап перорального всасывания липофильных молекул.[10, 11]

В то же время к формулированию концепции «катехоламинового гомеостаза» следует подходить с осторожностью, поскольку катехоламины обычно не проникают через зрелый BBB, и, следовательно, реальные механизмы действия растительных компонентов и их рецептур в CNS будут опосредованными (например, модуляция нейротрансмиссии или нейротрофии, согласно данным по Bacopa или BDNF после применения таргетных липосом ресвератрола), а не основанными на прямой доставке дофамина или норадреналина в головной мозг.[15, 51, 54] Будущие работы, чтобы претендовать на статус «фармацевтической» технологии преодоления BBB в области ноотропов, должны сочетать в себе:

1. строгие методы PK (включая дифференциацию свободной формы и метаболитов),
2. прямые измерения экспозиции в CNS и
3. разработку липидных систем с контролем преципитации/дисперсии и потенциальным лигандированием, что напрямую следует из наблюдений об ограничениях определения свободного куркумина, зависимости всасывания от дисперсии и преимуществах функционализации на моделях BBB.[14, 28, 42]