Полезные статьи

Эфирные масла: фармацевтическое применение и стратегии инкапсуляции в системы доставки на основе липидов

Абстракт

Эфирные масла изучаются уже более 60 лет, но в последние десятилетия возник растущий интерес к ним из-за желания заново открыть для себя природные лечебные средства. Эфирные масла известны на протяжении тысячелетий, и уже в доисторические времена они использовались в лечебных и ритуальных целях благодаря своим лечебным свойствам. Используя различные методы, усовершенствованные веками, эфирные масла извлекаются из растительного сырья: выбор метода экстракции имеет решающее значение, поскольку он определяет тип, количество и стереохимическую структуру молекул эфирного масла. К этим компонентам относятся все свойства, которые делают эфирные масла столь интересными для фармацевтического применения; наиболее изученными из них являются антиоксидантное, противовоспалительное, противомикробное, ранозаживляющее и анксиолитическое действие. Однако основными ограничениями их применения являются их гидрофобность, нестабильность, высокая летучесть и риск токсичности. Успешной стратегией преодоления этих ограничений является инкапсулирование в системах доставки, что позволяет повысить биодоступность эфирных масел и улучшить их химическую стабильность при одновременном снижении их летучести и токсичности. Среди всех подходящих платформ наш обзор был сосредоточен на платформах на основе липидов, в частности на микро- и наноэмульсиях, липосомах, твердых липидных наночастицах и наноструктурированных липидных носителях.

Ключевые слова: способ экстракции, противовоспалительное, антиоксидантное, антимикробное, ранозаживляющее, анксиолитическое, наноэмульсии, микроэмульсии, липосомы, SLN, NLC

1. История эфирных масел

Эфирные масла известны на протяжении тысячелетий: в эпоху неолита (до 4000 г. до н.э.) их извлекали из растений простым отжимом, и это стало поворотным моментом, который привел к оседлому образу жизни. Это привело к строительству первых священных памятников, где эфирные масла использовались в ритуалах. Помимо глиняных клинописных письмен (2600 г. до н.э.), обнаруженных в Месопотамии, одной из древнейших находок, подтверждающих использование эфирных масел в медицинских целях, является египетский папирус, датированный 2551-2528 гг. до н.э. Более того, египтяне использовали ароматические масла для косметических процедур и духовных ритуалов, включая церемонию мумификации; использование эфирных масел позволило хорошо сохранить некоторые мумии. Как правило, египтяне извлекали масла путем вливания растения в жировую субстанцию и последующего кипячения, таким образом, аромат испарялся и закреплялся в жире. Основываясь на некоторых свидетельствах, они были осведомлены о процедуре извлечения масла путем дистилляции, даже если это обычно не использовалось. “Shennong’s Herbal” — старейшая медицинская книга, датируемая 2700 годом до н.э. и принадлежащая китайской традиции: в ней содержатся рекомендации по использованию 365 растений.

Китай по-прежнему остается ведущим мировым производителем эфирных масел. Использование эфирных масел было фундаментальной частью индийской медицинской практики на протяжении пяти тысяч лет. Аюрведа — это традиционная книга, в которой описывается использование, как медицинское, так и религиозное, более 700 различных видов растений, и она по-прежнему является основой индийского здравоохранения. Открытие стимулирующих и успокаивающих свойств некоторых эфирных масел принадлежит греческой культуре; в храмах Асклепия и Афродиты были найдены мраморные таблички с выгравированными рецептами некоторых лекарственных ароматов.

Гиппократ, считающийся отцом современной медицины, задокументировал лекарственное значение более 300 растений. Он твердо верил в медицинские преимущества окуривания ароматическими маслами при лечении чумы; он также был убежден, что местное применение ароматических препаратов может вызвать системные эффекты.

Римляне, под влиянием греков, использовали эфирные масла для купания и массажа. Среди находок, принадлежащих римлянам, есть интересный трактат по фитотерапии, датируемый первым веком нашей эры, Венский Диоскорид (De Materia Medica), в котором Педаний Диоскорид сообщил о более чем 600 лекарствах; в последующие столетия эффективность большинства из них была подтверждена. В Святой Библии, как в Ветхом, так и в Новом Завете, упоминается не менее 12 различных типов эфирных масел. В Средние века католическая церковь запретила использование эфирных масел для лечения: тех, кто их использовал, сжигали на костре, потому что они были связаны с колдовством. Несмотря на гонения, монахи тайно соблюдали традицию. Письменность, найденная на острове Кипр и датируемая Османской империей (1571-1878), описывает 231 растение и 494 рецепта трав, которые использовались православными монахами в своих больницах.

В 10 веке персидский алхимик Авиценна внес большой вклад в науку и медицину, открыв метод дистилляции: первое эфирное масло было извлечено из розы. В 13 веке практика дистилляции масла значительно расширилась, извлекая большое разнообразие ароматов.

В 17 веке от использования натуральных экстрактов отказались из-за открытия химических веществ. Интерес к эфирным маслам возродился в 1928 году благодаря Рене-Морису Гаттефоссе, который ввел термин “Ароматерапия” и открыл целебные свойства лавандового эфирного масла. В 1990 году была опубликована книга “L’Aromatherapie Exactement”, в которой Даниэль Пено и Пьер Франшом сообщили о лечебных свойствах более 270 эфирных масел, и это стало отправной точкой для многих исследований.

2. Основные методы экстракции эфирных масел

Согласно определению, данному Международной организацией по стандартизации (ISO), термин эфирное масло относится к “продукту, полученному из растительного сырья либо путем дистилляции с водой или паром, либо из эпикарпии цитрусовых плодов механическим способом или путем сухой дистилляции”. Для извлечения эфирных масел из растительного сырья могут использоваться различные методы, которые можно разделить на две категории: классические (или традиционные) методы и инновационные (или усовершенствованные). Выбор метода экстракции является решающим, поскольку он определяет тип, количество и стереохимическую структуру молекул эфирного масла. Важно подчеркнуть, что на состав масла строго влияют сорт растения, место, где оно выросло (климат и окружающая среда, перенесенный стресс), тип питания и используемые удобрения. Ниже приводится краткое описание основных методов. Обычные методы не очень выгодны из-за термолабильности эфирных масел (используются высокие температуры) и низкого качества экстракта (образование химических артефактов из-за длительного времени экстракции). Среди этих методов гидродистилляцию можно считать простой и старой техникой (ее использовал Авиценна в 10 веке). Части растений (особенно цветы и лепестки) кипятят непосредственно в воде; этот перегонный куб соединен с конденсатором (в котором хранится эфирное масло) и графином (в котором собирается выпаренная вода).

Другим методом, используемым для извлечения эфирных масел, является Унос водяным паром. Принцип тот же, что и при гидродистилляции, но растение не контактирует с водой. Существует несколько вариантов этого метода, таких как парогидродистилляция, паровая дистилляция, гидродиффузия.

Экстракция органическим растворителем является третьим распространенным методом. Части растения помещают в органический растворитель и подвергают мацерации; растворитель удаляют под давлением, чтобы сконцентрировать экстракт.

Извлечение эфирного масла также может быть выполнено методом холодного прессования. Это традиционный метод, используемый для извлечения эфирных масел из цедры цитрусовых. Масляные мешочки или сальные железы разрываются во время экстракции, высвобождая летучее масло, которое механически извлекается центрифугированием.

Инновационные методы, по сравнению с классическими, имеют многочисленные преимущества, обусловленные сокращением использования растворителей и времени экстракции.

Сверхкритическая флюидная экстракция является одним из наиболее распространенных инновационных методов. В качестве растворителя обычно используется CO2, который сжимают и нагревают до сверхкритического состояния; проходя через части установки, сверхкритический co2 насыщается летучими компонентами и экстрактами; в конце концов, фаза депрессии позволяет отделить масло. Подкритические экстракционные жидкости могут быть использованы с использованием воды и CO2 в докритическом состоянии, таким образом, используя более низкие температуры.

При экстракции с помощью ультразвука растение погружают в воду или другой растворитель: воздействие ультразвука способствует высвобождению эфирного масла из растения из-за механической вибрации клеточных стенок и мембран.

Экстракция с помощью микроволновой печи это один из самых мощных и перспективных методов экстракции. Существует много вариантов: экстракция микроволнами без растворителя (SFME); микроволновая гидродиффузия и гравитация (MHG); микроволновая паровая дистилляция (MSD); микроволновая паровая диффузия (MSDf). Фархат и соавторы изучали использование MSDf для извлечения эфирного масла лаванды. По сравнению с другими методами экстракции эфирных масел лаванды, предложенными Перино-Иссартье и его коллегами, было доказано, что MSDf более эффективен с точки зрения времени экстракции, а качество экстракта выше.

Мгновенный контролируемый перепад давления (DIC) метод состоит из четырех этапов: сначала растения должны быть помещены в вакуум, паровая баня применяется при определенном давлении и температуре, затем пустота мгновенно задерживается, и образец возвращается к атмосферному давлению.

3. Основные области применения и ограничения эфирных масел в фармацевтической области

Эфирные масла представляют собой жидкие смеси летучих компонентов, образующихся в результате вторичного метаболизма ароматических растений. Основными компонентами являются монотерпены и сесквитерпены и, в меньшей степени, ароматические и алифатические соединения, поэтому сложные смеси соединений обычно включают терпеноиды, спирты, простые и сложные эфиры, кетоны и альдегиды в различных концентрациях и могут быть получены более чем 60 семействами растений. Вариабельность концентрации приводит к значительной неоднородности продуктов, используемых в различных исследованиях, и затрудняет сравнение результатов. Как правило, эфирное масло содержат от 20-60 компонентов до более чем 100 отдельных веществ в совершенно разных концентрациях. Обычно два или три являются основными компонентами в высоких концентрациях (20-70%) по сравнению с другими компонентами, присутствующими в следовых количествах. Эфирные масла проявляют характерные физические свойства (например, цвет и растворимость в воде), которые могут представлять некоторые критерии для классификации и отнесения к различным группам. Применение эфирных масел ограничено из-за следующих недостатков: гидрофобности (и, следовательно, нерастворимости в воде); нестабильности (вызванной гидролизом и окислением); высокой летучести. Поэтому в настоящее время усилия исследователей сосредоточены на возможности использования инновационной рецептуры для инкапсуляции эфирных масел.

Однако было изучено терапевтическое применение эфирных масел в виде чистых соединений, в основном для наружного применения (полоскания рта или вдыхания), поскольку оно в целом безопасно, за исключением некоторых кожных реакций и чувствительности к ультрафиолетовому излучению (воздействие солнечного света может вызвать раздражение или потемнение кожи). Важно не превышать в количестве вводимую дозу эфирного масла и избегать их нанесения на поврежденную кожу, что может вызвать возникновение значительной системной абсорбции и, следовательно, серьезных побочных эффектов. Введение эфирных масел путем ингаляции является наиболее быстрым способом (за которым следует основной). Не рекомендуется использовать сильные масла (для прямого вдыхания или для распыления), поскольку они могут вызвать раздражение глаз. Пероральный прием эфирных масел встречается редко, даже если он считается безопасным, и эфирные масла обычно разводят в оливковом масле или молоке.

4. Стратегии инкапсуляции эфирных масел в системах доставки лекарств

Несмотря на множество интересных применений, эфирные масла являются хрупкими и нестабильными летучими соединениями, подверженными ферментативным реакциям, которые ставят под угрозу их биологические свойства, вызывая снижение активности и повышение токсичности (раздражение, фотосенсибилизация и т.д.), что ограничивает их традиционное использование. Эти ограничения можно было бы улучшить, используя инкапсуляцию эфирных масел в системах доставки лекарств (DDS), которые обеспечивают контролируемое высвобождение лекарств, повышая биодоступность и эффективность эфирных масел, обеспечивая, таким образом, оптимальный фармакокинетический профиль. Литература по инкапсуляции эфирных масел в основном касается пищевой, текстильной и косметической промышленности, даже если в последнее десятилетие интерес к фармацевтической области возрос, о чем свидетельствует растущее число опубликованных работ, касающихся доставки эфирных масел для фармацевтических применений.

Многие преимущества можно перечислить при использовании инкапсуляции эфирных масел в DDS, такие как: повышенная биодоступность (из-за способности DDS прилипать к слизистой оболочке); защита от гидролиза и окисления, что повышает химическую стабильность эфирного масла; снижение токсичности и летучести; возможность достижения целевых участков терапевтическими дозами, таким образом, повышается комплаентность пациента. Были изучены различные стратегии, связанные с использованием DDS, для потенциальной инкапсуляции эфирного масла, включая полимерные наночастицы и комплексы включения с циклодекстринами, которые были подробно рассмотрены. Здесь мы фокусируемся на везикулярных и наночастичных составах для доставки на основе липидов, таких как микро- и наноэмульсии, липосомы, твердые липидные наночастицы (SLN) и наноструктурированные липидные носители (NLC).

5. Мнение авторов и перспективы на будущее

Насколько нам известно, нет никаких доказательств эффективности эфирных масел в качестве основного средства при фармакологическом лечении. Стоит напомнить, что в отличие от многих растений, которые продаются как биохимические активные вещества для людей, поэтому классифицируются как лекарственные средства, после надлежащих научных исследований эффективности и безопасности, эфирные масла не подвергаются таким же исследованиям на предмет воспроизводимой полезности и безопасности. На сегодняшний день в США По классификации Управления по санитарному НАДЗОРУ за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA), эфирные масла считаются либо косметикой / пищевыми добавками, либо лекарствами, в зависимости от их предполагаемого использования, однако их продажа и использование не регулируются FDA. Компании, которые производят или продают эфирные масла, несут юридическую ответственность за обеспечение их безопасности. Поэтому исследователи и пользователи должны принимать во внимание качество эфирных масел, основанное на репутации их источников. Тем не менее, интерес исследователей к эфирным маслам возрастает из-за возможности их использования.

Необходимость инкапсуляции эфирных масел представляет собой правильную стратегию для достижения их фармацевтического применения, которое ограничено их многочисленными недостатками. Здесь мы описали различные потенциальные применения эфирных масел в фармацевтической области, и мы представили результаты, полученные различными исследователями при разработке DDS на основе липидов для инкапсуляции эфирных масел, таких как микро- и наноэмульсии, липосомы, SLN и NLC. Согласно литературным данным, все стратегии продемонстрировали хорошую способность улучшать стабильность и эффективность эфирных масел, повышая их биодоступность по сравнению с чистым соединением. Некоторые интересные недавние применения связаны с комбинированной инкапсуляцией эфирного масла с обычным синтетическим лекарственным средством с целью повышения эффективности, биосовместимости и уменьшения механизмов резистентности. Как обсуждалось выше, выбор количественно-качественного состава препарата и способа приготовления представляют собой ключевые параметры для получения конечного состава с наиболее подходящими свойствами для желаемого фармацевтического применения. Прямое сравнение различных изученных систем доставки на основе липидов нелегко достижимо из-за существенных различий, существующих между ними с точки зрения структуры и поведения. В частности, при проектировании надлежащей системы доставки конкретного эфирного масла следует учитывать различные переменные, такие как способ производства (использование тепла или органических растворителей), выбор биосовместимого и биоразлагаемого сырья и желаемые свойства наноносителя (т.е. средний размер, стабильность, эффективность инкапсуляции и профиль высвобождения).

Однако, рассматривая перспективы потенциального применения эфирного масла в ближайшем будущем среди различных носителей на основе коллоидных липидов, проанализированных в этом обзоре, авторы считают, что NLC имеют большую возможность быть использованными в качестве наномедицины при комбинированной доставке эфирных масел и обычных лекарств. Фактически, возможность использования эфирных масел в качестве внутренних компонентов липидного матрикса в сочетании с твердыми липидами и поверхностно-активными веществами, одобренными международными комитетами по безопасности лекарств и администрации, может представлять собой новый рубеж комбинированной коадъювантной терапии эфирного масла в наномедицине.

По нашему мнению, усилия исследователей должны быть в большей степени сосредоточены на разработке патентоспособных продуктов с помощью масштабируемых методов производства, представляющих интерес для фармацевтической промышленности. Чтобы использовать потенциальное применение эфирных масел в качестве сопутствующего средства к традиционным лекарственным средствам и методам лечения, благодаря их многочисленным интересным биологическим активностям, необходимо провести дальнейшие исследования для описания механизмов их действия и их возможных токсикологических побочных эффектов. Поэтому необходимо провести больше исследований in vivo, чтобы получить надежные результаты, представляющие фармацевтический интерес, что позволит применять в фармацевтике новейшие системы доставки, содержащие эфирные масла, в качестве противовоспалительных, противомикробных, антиоксидантных и противогрибковых коадъювантов.

Cimino C, Maurel OM, Musumeci T, Bonaccorso A, Drago F, Souto EMB, Pignatello R, Carbone C. Эфирные масла: фармацевтическое применение и стратегии инкапсуляции в системы доставки на основе липидов. Фармацевтика. 3 марта 2021 года;13(3):327. doi: 10.3390/ pharmaceutics13030327. PMID: 33802570; PMCID: PMC8001530.