Открытие циклодекстрина является одним из наиболее важных шагов вперед в истории продуктов питания и медицины. Этот природный циклический олигосахарид изменил то, как мы доставляем лекарства, сохраняем свежесть продуктов питания и используем множество других химических веществ в промышленности. Продукт образует комплексы включения, которые решают важные проблемы во многих областях, благодаря своей особой молекулярной структуре, которая имеет гидрофобную внутреннюю полость и гидрофильную внешнюю поверхность. Этот гибкий наполнитель меняет науку о рецептурах и производственные процессы во всем мире. Он может делать все: от улучшения всасывания лекарств до сокрытия неприятного привкуса лекарств.
Когда мы смотрим на то, как циклодекстрин работает на молекулярном уровне, оживает интересная область супрамолекулярной химии. Глюкозные единицы в этих конусообразных молекулах соединены α-1,4-гликозидными связями. Существует три основных типа: альфа-циклодекстрин, который имеет шесть единиц глюкозы, бета-циклодекстрин, который имеет семь единиц, и гамма-циклодекстрин, который имеет восемь единиц.
Полости в каждой версии имеют разный размер, что позволяет молекулам прикрепляться и взаимодействовать с разными соединениями. Для альфа-циклодекстрина ширина гидрофобной полости составляет от 4,7 до 5,3 Å, а для гамма-циклодекстрина - от 7,5 до 8,3 Å. Эта способность выбирать правильный размер позволяет точно инкапсулировать молекулы на основе их химических и физических свойств.
Температура, pH, соотношение концентраций и термодинамическая совместимость молекул хозяина и гостя — вот некоторые из факторов, влияющих на то, насколько хорошо инкапсулируются молекулы. Исследователи обнаружили, что наилучшее образование комплекса включения происходит, когда молекула-гость идеально помещается внутри кармана продукта, максимально используя силы Ван-дер-Ваальса и гидрофобные взаимодействия.
Около 40% лекарств на рынке и до 90% исследуемых соединений плохо растворяются в воде. Комплексы включения циклодекстрина решают эту проблему, значительно улучшая скорость абсорбции и распада. Когда молекулы лекарства, которые не любят воду, попадают в карман продукта, они образуют комплекс, который удерживает лекарство в состоянии, напоминающем его растворенное.
Клинические испытания показывают, что образование комплексов циклодекстрина может сделать труднорастворимые соединения на 200–500% более биодоступными. Инъекции вориконазола, которые производятся сбетадекс сульфобутиловый эфир натрия, является хорошим примером того, насколько хорошо этот метод работает в коммерческих лекарствах.
Проблемы со стабильностью фармацевтической продукции ежегодно обходятся отрасли в миллиарды долларов, связанные с возвратом средств за продукцию и усилиями по изменению способа производства лекарств. Инкапсуляция циклодекстрина предотвращает разрушение чувствительных к ним активных лекарственных ингредиентов светом, кислородом, теплом и влажностью.
Комплекс действует как молекулярный щит, значительно увеличивая срок годности, сохраняя при этом терапевтическую эффективность. Кроме того, возможны составы с контролируемым высвобождением, которые дают лекарства непрерывно в течение длительных периодов времени, когда циклодекстрин смешан с такими материалами, как гидроксипропилметилцеллюлоза.
Приверженность пациента очень важна для успеха терапии, особенно для детей и пожилых людей. Многие активные ингредиенты имеют кислый, металлический или иной неприятный вкус, из-за чего люди с меньшей вероятностью будут принимать лекарства по назначению.
Помещая плохие молекулы внутрь гидрофобной полости, инкапсуляция циклодекстрина успешно скрывает эти органолептические свойства. Вкусовые рецепторы не могут уловить содержащиеся в них химические вещества, но лекарство все равно может всасываться, как только оно попадет в кишечник.
Когда лекарства вводятся внутривенно, они должны соответствовать очень высоким стандартам безопасности и эффективности. Производные циклодекстрина, особенносульфобутиловый эфир-бета-циклодекстринигидроксипропил-бета-циклодекстрин, очень хорошо переносятся при внутривенном введении.
Эти вспомогательные вещества позволяют создавать химические вещества, которые раньше было невозможно доставить, поскольку они достаточно хорошо растворяются без использования вредных сорастворителей. Быстрое расщепление комплексов включения в плазме крови обеспечивает немедленную доступность препарата, предотвращая при этом накопление вспомогательных веществ.
На пищевой бизнес постоянно оказывается давление, требуя использовать меньше синтетических консервантов, сохраняя при этом качество и безопасность своей продукции. Инкапсулируя в молекулы натуральные противомикробные препараты, антиоксиданты и вкусовые ингредиенты, технология циклодекстрина предлагает новые способы решения проблем.
Инкапсулированные эфирные масла сохраняют свои антибактериальные свойства, но теряют сильный аромат, который может сделать вкус еды слишком резким. Это применение естественным образом продлевает срок годности продуктов, одновременно удовлетворяя спрос клиентов на продукты с «чистой этикеткой».
Многие полезные химические вещества, такие как куркумин, ресвератрол и жирные кислоты омега-3, не являются биодоступными, а это значит, что их нельзя использовать в качестве лекарств. Комплексообразование циклодекстрина значительно облегчает усвоение этих питательных ингредиентов.
Исследования показывают, что концентрации комплексов куркумин-циклодекстрин в плазме в 10–15 раз выше, чем у обычных составов куркумина. Благодаря этому улучшению пероральные дозы, которые раньше не работали, теперь могут быть использованы в терапевтических целях для людей, ищущих естественные варианты здоровья.
Летучие вкусовые соединения затрудняют хранение и приготовление пищи определенными способами. При приготовлении чего-либо высокие температуры могут испортить нежный вкус, а при хранении такие условия могут привести к изменению вкуса или его ухудшению.
Инкапсуляция циклодекстрина сохраняет эти ценные химические вещества в безопасности во время обработки и позволяет им медленно высвобождаться во время потребления. Технология сохраняет неизменность вкуса от фермы до тарелки, что делает клиентов счастливее и улучшает качество продукта.
Помимо традиционного применения в медицине и пищевой промышленности, его можно использовать и в окружающей среде. Благодаря избирательному молекулярному распознаванию и инкапсуляции эти молекулы очень хорошо избавляются от органических токсинов из загрязненной воды и земли.
Материалы, изготовленные из продукта, могут выделять гербициды, промышленные растворители и нефтепродукты из экологических матриц. Инкапсулированные загрязняющие вещества легче отделить и безопасно избавиться от них, что помогает очистить окружающую среду по всему миру.
Использование современных химических датчиков стало возможным благодаря способностям молекулярного распознавания, которые делают их полезными для доставки лекарств. Используя модифицированные производные циклодекстрина, отдельные молекулы можно найти в сложных смесях, создавая комплексы включения, которые посылают сигналы, которые можно измерить.
Эти датчики используются для проверки безопасности пищевых продуктов, наблюдения за окружающей средой и контроля качества лекарств. Химический анализ «гость-хозяин» лучше многих других диагностических методов, поскольку он более избирательный и чувствительный.
Разработчики рецептур могут наилучшим образом использовать циклодекстрин, понимая физику комплексов включения. Гидрофобные взаимодействия, силы Ван-дер-Ваальса и водородные связи между молекулами хозяина и гостя — вот некоторые из сил, которые движут вещами.
Константа стабильности определяется изменением энтальпии и энтропии в процессе комплексообразования. Эта константа напрямую связана с терапевтическим или функциональным эффектом. В целом, более сильные и работающие комплексы имеют более высокие константы устойчивости.
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса, дифференциальная сканирующая калориметрия и рентгеновская кристаллография — одни из наиболее передовых аналитических методов, которые можно использовать для детального изучения структуры и поведения сложных систем. Эти инструменты позволяют создавать составы, которые лучше всего подходят для определенных целей.
Для производства промышленного циклодекстрина необходимо использовать сложные биоинженерные методы и строгие системы контроля качества. Поскольку производственный процесс настолько сложен, нам нужны источники с большим опытом производства фармацевтических вспомогательных веществ.
Температура, pH, время реакции и способ очистки продукта оказывают большое влияние на его качество и стабильность. Для поддержки коммерческих фармацевтических исследований поставщики должны продемонстрировать, что они могут повторять партии и обеспечивать надежные поставки в течение длительного периода времени.
Соблюдение нормативных требований добавляет еще один уровень сложности, требуя детальных записей и проверочных исследований. Успешные поставщики продукции постоянно обновляют свои мастер-файлы по лекарственным средствам и предоставляют техническую помощь клиентам при подаче документов в регулирующие органы.
По мере того, как исследователи находят новые методы инкапсулирования молекул, преобразующее воздействие технологии продуктов на фармацевтическое, пищевое и промышленное использование продолжает расти. Этот гибкий наполнитель решает важные проблемы транспортировки лекарств, стабильности продукта и улучшения характеристик за счет использования элегантных молекулярных решений.
Есть большие надежды на инновации в области циклодекстрина в будущем. Исследователи все еще ищут новые производные, улучшенные приложения и комбинированные технологии. Поскольку проблемы с рецептурой решить становится все труднее, особые свойства циклодекстрина делают его важным инструментом для создания новых продуктов во многих различных сферах бизнеса по всему миру.
1. Чем циклодекстрин отличается от других веществ, улучшающих растворение?
Он не просто увеличивает удерживаемость растворителей, он достигается за счет уникального процесса химической инкапсуляции. Традиционные солюбилизаторы не могут выполнять все эти действия одновременно, но этот процесс может. Он повышает стабильность, маскирует вкус и контролирует высвобождение.
2. Как мне определить, какой тип циклодекстрина лучше всего подойдет для моего проекта?
Выбор в основном зависит от размера и особенностей молекулы-гостя. Альфа-циклодекстрин лучше всего работает с небольшими молекулами, бета-циклодекстрин лучше всего работает с химическими веществами среднего размера, а гамма-циклодекстрин лучше всего работает с большими молекулами. Молекулярное моделирование и экспериментальный отбор помогают улучшить процесс отбора.
3. Если вы его используете, есть ли смысл оставаться в безопасности?
Профили безопасности натуральных циклодекстринов и одобренных версий очень хорошие. Бета-циклодекстрин и его производные обычно считаются безопасными для употребления в пищу. С другой стороны, материалы фармацевтического класса соответствуют строгим стандартам безопасности для использования человеком.
4. Какие факторы влияют на безопасность комплекса включения?
Молекулярное соответствие пространства, температуры, pH, концентрации и конкурирующих веществ может повлиять на стабильность комплекса. Наилучшие условия максимизируют термическую благоприятность и уменьшают количество сложной диссоциации, происходящей во время использования и хранения.
5. Какое влияние оказывает циклодекстрин на высвобождение лекарств?
В зависимости от того, как изготовлен препарат, он может ускорять, замедлять или ограничивать высвобождение лекарства. Быстрая диссоциация комплекса улучшает мгновенное высвобождение, а комбинации полимеров позволяют создавать схемы пролонгированного высвобождения, которые можно адаптировать к конкретным терапевтическим потребностям.
6. Можно ли использовать циклодекстрин с другими ингредиентами?
Было показано, что он хорошо работает с большинством вспомогательных веществ лекарств. Разумное сочетание полимеров, поверхностно-активных веществ и других полезных наполнителей часто может обеспечить преимущества, выходящие за рамки того, что каждый компонент может сделать сам по себе.
Вы можете доверять DELI Biochemical как производителю циклодекстрина. Они имеют более чем 26-летний опыт производства фармацевтических вспомогательных веществ, которые могут помочь вам даже в самых сложных проектах по разработке рецептур. Наш широкий ассортимент продаваемых продуктов и доказанная способность хорошо их производить помогают фармацевтическим компаниям достигать новых высот в доставке лекарств и повышении стабильности.
Свяжитесь с нашей технической командой по адресу xadl@xadl.com, чтобы обсудить, как наши решения по продуктам могут революционизировать вашу следующую рецептуру.
1. Джамбхекар С.С., Брин П. «Циклодекстрины в фармацевтических составах II: солюбилизация, константа связывания и эффективность комплексообразования». Открытие наркотиков сегодня 21, вып. 2 (2016): 363-368.
2. Брюстер М.Э., Лофтссон Т. «Циклодекстрины как фармацевтические солюбилизаторы». Обзоры передовой доставки лекарств 59, вып. 7 (2007): 645-666.
3. Курков С.В., Лофтссон Т. «Циклодекстрины». Международный фармацевтический журнал 453, вып. 1 (2013): 167–180.
4. Сейтли Дж. «Введение и общий обзор химии циклодекстрина». Химические обзоры 98, вып. 5 (1998): 1743–1754.
5. Кэрриер Р.Л., Миллер Л.А., Ахмед И. «Полезность циклодекстринов для повышения биодоступности при пероральном приеме». Журнал контролируемого выпуска 123, вып. 2 (2007): 78-99.
6. Чалла Р., Ахуджа А., Али Дж., Хар Р.К. «Циклодекстрины в доставке лекарств: обновленный обзор». AAPS PharmSciTech 6, вып. 2 (2005): E329-E357.
