История на циклодекстрините: Дълга история накратко
Циклодекстрините са циклични олигомери на глюкозата, които естествено се получават от ензимното разграждане на най-съществените полизахариди, нишестето. Те са известни от почти 130 години, но наистина направиха своя пробив през 80-те години с първите приложения във фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост. От 80-те години на миналия век общият брой публикации и патенти за циклодекстрини надхвърля 53 000.
1891-1936: Периодът на откритията
Тяхната история започва във Франция през 1891 г., когато Антоан Вилие, фармацевт и химик, публикува първото споменаване на циклодекстрините. Вилиърс работи върху действието на ензимите върху различни въглехидрати и описва, че при определени условия картофеното нишесте може да ферментира, за да се получат главно декстрини под действието на Bacillus amylobacter. Терминът декстрини вече е бил използван по това време за описание на продуктите от разграждането на нишестето. Villiers предложи това кристално вещество да се нарече „целулозин“ поради приликите му с целулозата [1].
Няколко години по-късно „бащата-основател“ на химията на циклодекстрина, Франц Шардингер, австрийски микробиолог, изолира микроорганизъм (Bacillus macerans), който произвежда възпроизводимо две различни кристални вещества, когато се култивира върху среда, съдържаща нишесте [2]. Той идентифицира тези два вида полизахариди като кристален декстрин А и кристален декстрин В и дава първото подробно описание на получаването и разделянето на тези два декстрина.
1936–1970: Период на изследване
От 1911 до 1935 г. идва период на съмнения и разногласия и едва в средата на 30-те години на миналия век изследванията върху декстрините се развиват отново.
Периодът на изследване е белязан от многобройните резултати, получени от Фройденберг и Френч за структурата на молекулите на декстрина на Шардингер. През 1940 г. Фройденберг и неговите колеги откриват γ-CD и впоследствие решават цикличната олигозахаридна структура на молекулите на циклодекстрините.
1950–1970: Периодът на съзряване
След откриването на осъществимостта на приготвянето на комплекси за включване на циклодекстрин, Freudenberg, Cramer и Plieninger публикуват първия патент, свързан с CD през 1953 г., относно приложенията на циклодекстрини във фармацевтични формулировки, инициирайки прехода им от академични изследвания към индустриални приложения, като част от нашето ежедневие живее [3].
1970-днес: Периодът на кандидатстване
От 1970 г. и нататък интересът към циклодекстрините нараства. Оттогава се запознахме с многобройни промишлени и фармацевтични приложения, същевременно се натрупа впечатляваща научна литература и имаше увеличение на заявките за патенти. В наши дни циклодекстрините все още очароват изследователите и всяка година повече от 2000 публикации, включително статии и глави в книги, са посветени на циклодекстрините [4].
Приложения на циклодекстрини
Циклодекстрините и техните производни, поради тяхната биосъвместимост и гъвкавост, имат голямо разнообразие от приложения. Те са широко използвани в текстилната и фармацевтичната промишленост, както и в агрохимията, хранителните технологии, биотехнологиите, катализите и козметиката.
Циклодекстрините са обилно изследвани в областта на лекарствата за проектиране на различни системи за доставяне на лекарства. Те са предимно известни като агенти, които повишават стабилността и повишават водоразтворимостта и бионаличността на активните съединения и части. Те са признати за полезни фармацевтични ексципиенти, докато последните разработки в изследванията на циклодекстрин показаха техния потенциал като активни фармацевтични съставки (API) за лечение на няколко заболявания (напр. хиперхолестеролемия, рак, болест на Ниман-Пик тип С) [7].
Други приложения на циклодекстрините включват аналитична химия, органична химия (синтез), макромолекулна химия (материали), химия на щракване, супрамолекулна химия, мембрани, ензимна технология и нанотехнологии (наночастици/наногъби за различни области). Въпреки това, фармацевтичната, хранително-вкусовата и козметичната промишленост остават основните целеви пазари на циклодекстрини [5].
Образуване на комплекс за включване
Повечето от тези приложения са възможни поради способността на циклодекстрините да образуват включени комплекси с широк спектър от твърди, течни и газообразни съединения. В тези комплекси физикохимичните свойства на гостоприемните молекули, които са временно заключени или затворени в кухината на гостоприемника (циклодекстрини), са дълбоко модифицирани, предлагайки подобряване на разтворимостта, стабилизиране и други полезни свойства [6].
Препратки:
1. Крини Г., (2014). Преглед: История на циклодекстрините. Химически прегледи, 114 (21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Минало, настояще и бъдеще на изследванията на циклодекстрин. Чиста и приложна химия, 76 (10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Циклодекстрини, естествени съединения и растителни биоактивни вещества - хранителна гледна точка. Биомолекули. 11(3):401. DOI: 10.3390/biom11030401. PMID: 33803150; PMCID: PMC7998733.
4. Morin-Crini N., Fourmentin S., Fenyvesi É., Lichtfouse E., Torri G., Fourmentin M., Crini G., (2021). 130 години откриване на циклодекстрин за здравето, храната, селското стопанство и индустрията: преглед. Писма по химия на околната среда, 19 (3), 2581–2617. DOI:10.1007/s10311-020-01156-w
5. Crini G., Fourmentin S., Fenyvesi É., Torri G., Fourmentin M., & Morin-Crini N., (2018). Основи и приложения на циклодекстрините. Основи на циклодекстрин, реактивност и анализ, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Сингх М., Шарма Р. и Банерджи У. (2002). Биотехнологични приложения на циклодекстрини. Напредък на биотехнологиите, 20 (5-6), 341–359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Ди Каньо М. (2016). Потенциалът на циклодекстрините като нови активни фармацевтични съставки: кратък преглед. Молекули, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
