История циклодекстринов: длинная история вкратце
Циклодекстрины представляют собой циклические олигомеры глюкозы, которые естественным образом возникают в результате ферментативного расщепления наиболее важных полисахаридов, крахмала. Они известны уже почти 130 лет, но настоящий прорыв они совершили в 1980-х годах, впервые применив их в фармацевтической и пищевой промышленности. С 1980-х годов общее количество публикаций и патентов по циклодекстринам превышает 53 000.
1891-1936: Период открытий.
Их история начинается во Франции в 1891 году, когда Антуан Вилье, фармацевт и химик, публикует первое упоминание о циклодекстринах. Вильерс изучал действие ферментов на различные углеводы и описал, что при определенных условиях картофельный крахмал может ферментироваться с образованием преимущественно декстринов под действием Bacillus amylobacter. В то время термин «декстрины» уже использовался для описания продуктов разложения крахмала. Вильерс предложил назвать это кристаллическое вещество «целлюлозой» из-за его сходства с целлюлозой [1].
Несколько лет спустя «отец-основатель» химии циклодекстрина, австрийский микробиолог Франц Шардингер, выделил микроорганизм (Bacillus macerans), который воспроизводимо продуцировал два различных кристаллических вещества при культивировании на крахмалсодержащей среде [2]. Он идентифицировал эти два типа полисахаридов: кристаллический декстрин А и кристаллический декстрин В, и дал первое подробное описание получения и разделения этих двух декстринов.
1936–1970: период разведки.
С 1911 по 1935 год наступил период сомнений и разногласий, и только в середине 1930-х годов исследования декстринов возобновились.
Период исследований ознаменовался многочисленными результатами, полученными Фройденбергом и Френчем о структуре молекул «шардингеровского декстрина». В 1940-х годах Фрейденберг и его коллеги открыли γ-ЦД и впоследствии разрешили циклическую олигосахаридную структуру молекул циклодекстринов.
1950–1970: Период взросления.
Обнаружив возможность получения комплексов включения циклодекстрина, Фрейденберг, Крамер и Плинингер в 1953 году опубликовали первый патент, связанный с ЦД, касающийся применения циклодекстринов в фармацевтических составах, что положило начало их переходу от академических исследований к промышленному применению в рамках нашей повседневной деятельности. живет [3].
1970-сегодня: период подачи заявок
С 1970 г. интерес к циклодекстринам возрос. С тех пор мы познакомились с многочисленными промышленными и фармацевтическими применениями, накопилась впечатляющая научная литература и увеличилось количество патентных заявок. В настоящее время циклодекстрины по-прежнему вызывают интерес у исследователей, и ежегодно циклодекстринам посвящено более 2000 публикаций, включая статьи и главы книг [4].
Применение циклодекстринов
Циклодекстрины и их производные благодаря своей биосовместимости и универсальности находят широкое применение. Они широко используются в текстильной и фармацевтической промышленности, а также в агрохимии, пищевой технологии, биотехнологии, катализе и косметике.
Циклодекстрины широко исследовались в области лекарственных средств для разработки различных систем доставки лекарств. Они преимущественно известны как агенты, которые повышают стабильность и улучшают растворимость в воде и биодоступность активных соединений и фрагментов. Они были признаны полезными фармацевтическими вспомогательными веществами, а недавние исследования циклодекстрина показали их потенциал в качестве активных фармацевтических ингредиентов (АФИ) для лечения ряда заболеваний (например, гиперхолестеринемия, рак, болезнь Нимана-Пика типа С) [7].
Другие применения циклодекстринов включают аналитическую химию, органическую химию (синтез), макромолекулярную химию (материалы), клик-химию, супрамолекулярную химию, мембраны, ферментную технологию и нанотехнологии (наночастицы/наногубки для различных областей). Однако фармацевтическая, пищевая и косметическая промышленность остаются основными целевыми рынками циклодекстринов [5].
Образование комплекса включения
Большинство этих применений возможны благодаря способности циклодекстринов образовывать комплексы включения с широким спектром твердых, жидких и газообразных соединений. В этих комплексах физико-химические свойства молекул-гостей, которые временно заперты или заключены в полость хозяина (циклодекстрины), глубоко изменяются, обеспечивая повышение растворимости, стабилизацию и другие полезные свойства [6].
Использованная литература:
1. Крини Г., (2014). Обзор: История циклодекстринов. Химические обзоры, 114(21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Сейтли Дж., (2004). Прошлое, настоящее и будущее исследований циклодекстрина. Чистая и прикладная химия, 76 (10), 1825–1845. DOI: 10.1351/pac200476101825
3. Вюппер С., Люерсен К., Римбах Г. (2021). Циклодекстрины, натуральные соединения и биоактивные вещества растений – взгляд на питание. Биомолекулы. 11(3):401. DOI: 10.3390/biom11030401. PMID: 33803150; PMCID: PMC7998733.
4. Морен-Крини Н., Фурментин С., Фенивеси Э., Лихтфауз Э., Торри Г., Фурментен М., Крини Г. (2021). 130 лет открытия циклодекстрина для здравоохранения, продуктов питания, сельского хозяйства и промышленности: обзор. Письма по химии окружающей среды, 19 (3), 2581–2617. DOI:10.1007/s10311-020-01156-w
5. Крини Г., Фурментин С., Фенивеси Э., Торри Г., Фурментен М. и Морен-Крини Н. (2018). Основы и применение циклодекстринов. Основы циклодекстрина, реакционная способность и анализ, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Сингх М., Шарма Р. и Банерджи У. (2002). Биотехнологическое применение циклодекстринов. Достижения биотехнологии, 20 (5-6), 341–359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Ди Каньо М. (2016). Потенциал циклодекстринов как новых активных фармацевтических ингредиентов: краткий обзор. Молекулы, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
