Odkritje ciklodekstrina je eden najpomembnejših korakov naprej v zgodovini hrane in medicine. Ta naravno prisoten ciklični oligosaharid je spremenil način dostave zdravil, ohranjanja sveže hrane in uporabe številnih drugih kemikalij v industriji. Prudukt izdeluje inkluzijske komplekse, ki obravnavajo pomembne probleme na številnih področjih zahvaljujoč svoji značilni molekularni strukturi, ki ima hidrofobno notranjo votlino in hidrofilno zunanjo površino. Ta prilagodljiva pomožna snov spreminja znanost o formulacijah in proizvodne procese po vsem svetu. Lahko naredi vse, od izboljšanja absorpcije zdravil do skrivanja slabega okusa v zdravilih.
Ko pogledamo, kako ciklodekstrin deluje na molekularni ravni, oživi zanimivo področje supramolekularne kemije. Glukozne enote v teh stožčastih molekulah so povezane z α-1,4-glikozidnimi vezmi. Obstajajo tri glavne vrste: alfa-ciklodekstrin, ki ima šest enot glukoze, beta-ciklodekstrin, ki ima sedem enot, in gama-ciklodekstrin, ki ima osem enot.
Votline v vsaki različici so drugačne velikosti, kar omogoča, da se molekule pritrdijo in sodelujejo z različnimi spojinami. Za alfa-ciklodekstrin je širina hidrofobne votline med 4,7 in 5,3 Å, za gama-ciklodekstrin pa med 7,5-8,3 Å. Ta zmožnost izbire prave velikosti omogoča natančno inkapsulacijo molekul na podlagi njihovih kemičnih in fizikalnih lastnosti.
Temperatura, pH, koncentracijska razmerja in kako termodinamično so združljive gostiteljske in gostujoče molekule so nekatere od stvari, ki vplivajo na to, kako dobro so molekule inkapsulirane. Raziskovalci so ugotovili, da se najboljša tvorba inkluzijskega kompleksa zgodi, ko se gostujoča molekula popolnoma prilega notranjosti žepa produkta, s čimer kar najbolje izkoristi van der Waalsove sile in hidrofobne interakcije.
Približno 40 % zdravil na trgu in do 90 % spojin v raziskavah ima težave s slabo topnostjo v vodi. Inkluzijski kompleksi ciklodekstrina rešujejo ta problem tako, da izboljšajo stopnjo absorpcije in razgradnje. Ko molekule zdravila, ki ne marajo vode, vstopijo v produktni žep, tvorijo kompleks, ki ohranja zdravilo v stanju, ki je videti, kot da je raztopljeno.
Klinični testi kažejo, da lahko kompleksiranje ciklodekstrina povzroči 200 do 500 % večjo biološko razpoložljivost spojin, ki se ne raztopijo zlahka. Injekcija vorikonazola, ki je narejena izbetadex sulfobutil eter natrij, je dober primer, kako dobro ta metoda deluje v komercialnih zdravilih.
Težave s farmacevtsko stabilnostjo industrijo vsako leto stanejo milijarde dolarjev zaradi povračil izdelkov in prizadevanj za spremembo načina izdelave zdravil. Inkapsulacija ciklodekstrina preprečuje, da bi svetloba, kisik, toplota in vlaga razgradili zdravilne učinkovine, ki so nanje občutljive.
Kompleks deluje kot molekularni ščit in močno podaljša rok uporabnosti, hkrati pa ohranja terapevtsko učinkovitost. Prav tako so možne formulacije z nadzorovanim sproščanjem, ki dajejo zdravila neprekinjeno v daljšem časovnem obdobju, ko se ciklodekstrin zmeša z materiali, kot je hidroksipropil metilceluloza.
Adherenca s strani bolnika je zelo pomembna za uspeh terapije, še posebej pri otrocih in starejših ljudeh. Veliko zdravilnih učinkovin ima kisel, kovinski ali kako drugače neprijeten okus, zaradi česar je manj verjetno, da bodo ljudje jemali zdravila, kot je predpisano.
S postavitvijo slabih molekul v hidrofobno votlino inkapsulacija ciklodekstrina uspešno skrije te organoleptične lastnosti. Brbončice ne morejo zaznati zaprtih kemikalij, vendar se lahko zdravilo še vedno absorbira, ko pride v črevesje.
Kadar se zdravila dajejo skozi IV, morajo izpolnjevati zelo visoke standarde varnosti in učinkovitosti. Predvsem derivati ciklodekstrinasulfobutileter-beta-ciklodekstrininhidroksipropil-beta-ciklodekstrin, se zelo dobro prenašajo, če se dajejo z IV.
Te pomožne snovi omogočajo oblikovanje kemikalij, ki jih prej ni bilo mogoče dostaviti, ker se dovolj dobro raztopijo brez uporabe škodljivih sotopil. Hitra razgradnja inkluzijskih kompleksov v krvni plazmi zagotavlja, da je zdravilo na voljo takoj, hkrati pa preprečuje kopičenje pomožnih snovi.
Na živilski dejavnosti obstaja nenehen pritisk, naj uporablja manj sintetičnih konzervansov, hkrati pa ohranja kakovost in varnost svojih izdelkov. Z inkapsulacijo naravnih protimikrobnih učinkovin, antioksidantov in sestavin arome v molekule tehnologija ciklodekstrina ponuja nove načine za reševanje težav.
Enkapsulirana eterična olja ohranijo svoje antibakterijske lastnosti, vendar izgubijo močne okuse, zaradi katerih bi lahko hrana imela premočan okus. Ta aplikacija seveda podaljšuje rok uporabnosti izdelkov, hkrati pa izpolnjuje povpraševanje strank po izdelkih s čisto etiketo.
Veliko dobrih kemikalij, kot so kurkumin, resveratrol in omega-3 maščobne kisline, ni biološko razpoložljivih, kar pomeni, da jih ni mogoče uporabiti kot zdravilo. Kompleksiranje ciklodekstrina olajša absorpcijo teh prehranskih sestavin.
Študije kažejo, da so plazemske koncentracije kompleksov kurkumina in ciklodekstrina 10–15-krat višje od koncentracij običajnih formulacij kurkumina. S to izboljšavo se lahko peroralni odmerki, ki prej niso delovali, zdaj uporabljajo terapevtsko za ljudi, ki iščejo naravne možnosti za zdravje.
Hlapne spojine okusa otežujejo shranjevanje in pripravo hrane na določene načine. Pri izdelavi lahko visoke temperature pokvarijo nežen okus, pri shranjevanju pa se lahko zaradi pogojev okusi spremenijo ali poslabšajo.
Enkapsulacija s ciklodekstrinom ohranja te dragocene kemikalije varne med predelavo in jim omogoča počasno sproščanje med uživanjem. Tehnologija ohranja enake okuse od kmetije do krožnika, zaradi česar so kupci bolj zadovoljni in izboljšuje kakovost izdelka.
Poleg tradicionalne uporabe v medicini in prehrambeni industriji se lahko uporablja v okolju. S selektivnim molekularnim prepoznavanjem in inkapsulacijo se te molekule zelo dobro znebijo organskih toksinov iz onesnažene vode in zemlje.
Materiali, izdelani iz izdelka, lahko iz okoljskih matric izločijo herbicide, industrijska topila in naftne derivate. Onesnaževala, ki so v kapsulah, je lažje ločiti in se jih varno znebiti, kar pomaga očistiti okolje po vsem svetu.
Napredne uporabe kemičnih senzorjev omogočajo zmožnosti molekularnega prepoznavanja, zaradi česar so uporabni za dostavo zdravil. Z uporabo modificiranih derivatov ciklodekstrina lahko posamezne molekule najdemo v kompleksnih mešanicah z ustvarjanjem inkluzijskih kompleksov, ki pošiljajo signale, ki jih je mogoče izmeriti.
Ti senzorji se uporabljajo za preverjanje varnosti hrane, spremljanje okolice in zagotavljanje kakovosti zdravil. Kemija gostitelj-gost je boljša od mnogih drugih diagnostičnih metod, ker je bolj selektivna in občutljiva.
Formulatorji lahko najbolje izkoristijo ciklodekstrin z razumevanjem fizike inkluzijskih kompleksov. Hidrofobne interakcije, van der Waalsove sile in vodikove vezi med gostiteljskimi in gostujočimi molekulami so nekatere od sil, ki premikajo stvari.
Konstanta stabilnosti je določena s spremembami entalpije in entropije med kompleksiranjem. Ta konstanta je neposredno povezana s terapevtskimi ali funkcionalnimi učinki. Na splošno imajo kompleksi, ki so močnejši in delujejo bolje, višje konstante stabilnosti.
Spektroskopija z jedrsko magnetno resonanco, diferencialna vrstična kalorimetrija in rentgenska kristalografija so nekatere najnaprednejših analitičnih metod, ki jih je mogoče uporabiti za podrobno preučevanje strukture in obnašanja kompleksnih sistemov. Ta orodja omogočajo ustvarjanje formulacij, ki najbolje delujejo za določene namene.
Za izdelavo industrijskega ciklodekstrina morate uporabiti kompleksne metode bioinženiringa in stroge sisteme nadzora kakovosti. Ker je proizvodni proces tako zapleten, potrebujemo vire z veliko izkušnjami pri izdelavi farmacevtskih pomožnih snovi.
Temperatura, pH, reakcijski čas in način čiščenja izdelka močno vplivajo na njegovo kakovost in stabilnost. Da bi podprli komercialne farmacevtske raziskave, morajo dobavitelji pokazati, da lahko ponavljajo serije in zagotavljajo zanesljive dobave v daljšem časovnem obdobju.
Skladnost s predpisi dodaja še eno težavnostno stopnjo, saj zahteva podrobne zapise in validacijske študije. Uspešni dobavitelji izdelkov posodabljajo svoje glavne datoteke o zdravilih in nudijo tehnično pomoč strankam pri regulativnih predložitvah.
Ko raziskovalci najdejo nove metode za inkapsulacijo molekul, transformativni učinki tehnologije izdelkov na farmacevtsko, živilsko in industrijsko uporabo naraščajo. Ta prilagodljiva pomožna snov rešuje pomembne težave pri transportu zdravil, stabilnosti izdelka in izboljšanju učinkovitosti z uporabo elegantnih molekularnih rešitev.
V prihodnosti obstaja veliko upanja za inovacije ciklodekstrina. Raziskovalci še vedno iščejo nove derivate, izboljšane aplikacije in kombinirane tehnologije. Ker so težave s formulacijo težje rešljive, je zaradi posebnih lastnosti ciklodekstrina bistveno orodje za ustvarjanje novih izdelkov v številnih različnih podjetjih po vsem svetu.
1. Kako se ciklodekstrin razlikuje od drugih snovi, ki izboljšajo raztapljanje?
Ne samo, da topila zadržijo več, temveč z edinstvenim postopkom kemične inkapsulacije. Tradicionalni solubilizatorji ne morejo narediti vseh teh stvari hkrati, ta postopek pa lahko. Izboljša stabilnost, prikrije okuse in nadzoruje sproščanje.
2. Kako ugotovim, katera vrsta ciklodekstrina bo najboljša za moj projekt?
Izbira večinoma temelji na velikosti in značilnostih gostujoče molekule. Alfa-ciklodekstrin najbolje deluje z majhnimi molekulami, beta-ciklodekstrin najbolje deluje s srednje velikimi kemikalijami, gama-ciklodekstrin pa najbolje deluje z velikimi molekulami. Molekularno modeliranje in eksperimentalno presejanje pomagata izboljšati selekcijski proces.
3. Če ga uporabljate, ali obstaja kakšen razlog, da ostanete varni?
Varnostni profili naravnih ciklodekstrinov in odobrenih različic so zelo dobri. Beta-ciklodekstrin in njegovi derivati se običajno štejejo za varne za uporabo v hrani. Po drugi strani materiali farmacevtske kakovosti izpolnjujejo stroge varnostne standarde za uporabo pri ljudeh.
4. Kateri dejavniki vplivajo na varnost inkluzijskega kompleksa?
Molekularno prileganje v prostoru, temperatura, pH, koncentracija in konkurenčne snovi lahko vplivajo na to, kako stabilen je kompleks. Najboljši pogoji povečajo toplotno ugodnost in zmanjšajo količino kompleksne disociacije, ki se zgodi med uporabo in shranjevanjem.
5. Kakšen učinek ima ciklodekstrin na sproščanje zdravil?
Odvisno od tega, kako je formulacija izdelana, lahko pospeši, upočasni ali omeji sproščanje zdravila. Hitra kompleksna disociacija izboljša takojšnje sproščanje, polimerne kombinacije pa omogočajo vzorce podaljšanega sproščanja, ki jih je mogoče prilagoditi specifičnim terapevtskim potrebam.
6. Ali je možno uporabljati ciklodekstrin z drugimi sestavinami?
Dokazano je, da dobro deluje z večino pomožnih snovi zdravil. Združevanje polimerov, površinsko aktivnih snovi in drugih uporabnih pomožnih snovi na pametne načine lahko pogosto zagotovi koristi, ki presegajo tisto, kar lahko naredi vsaka komponenta sama.
DELI Biochemical lahko zaupate kot proizvajalcu ciklodekstrina. Imajo več kot 26 let izkušenj pri izdelavi farmacevtskih pomožnih snovi, ki vam lahko pomagajo pri celo najtežjih formulacijskih projektih. Naša široka paleta izdelkov za prodajo in dokazana sposobnost njihove dobre izdelave pomagata farmacevtskim podjetjem doseči nove višine pri dostavi zdravil in izboljšanju stabilnosti.
Stopite v stik z našo tehnično ekipo na xadl@xadl.com, da se pogovorite o tem, kako lahko naše rešitve za produkt spremenijo vašo naslednjo formulacijo.
1. Jambhekar, S.S., Breen, P. "Ciklodekstrini v farmacevtskih formulacijah II: solubilizacija, vezavna konstanta in učinkovitost kompleksiranja." Odkritje zdravil danes 21, št. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. "Ciklodekstrini kot farmacevtski solubilizatorji." Advanced Drug Delivery Reviews 59, št. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, S.V., Loftsson, T. "Ciklodekstrini." International Journal of Pharmaceutics 453, št. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. "Uvod in splošni pregled kemije ciklodekstrina." Kemijski razgledi 98, št. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, L.A., Ahmed, I. "Uporabnost ciklodekstrinov za izboljšanje peroralne biološke uporabnosti." Journal of Controlled Release 123, št. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. "Ciklodekstrini pri dostavi zdravil: posodobljen pregled." AAPS PharmSciTech 6, št. 2 (2005): E329-E357.
