Zgodovina ciklodekstrinov: na kratko dolga zgodba
Ciklodekstrini so ciklični oligomeri glukoze, ki naravno nastanejo pri encimski razgradnji najpomembnejših polisaharidov, škroba. Poznamo jih že skoraj 130 let, pravi preboj pa so naredili v osemdesetih letih prejšnjega stoletja s prvimi aplikacijami v farmacevtski in prehrambeni industriji. Od leta 1980 skupno število objav in patentov o ciklodekstrinih presega 53.000.
1891-1936: obdobje odkritij
Njihova zgodovina se začne v Franciji leta 1891, ko Antoine Villiers, farmacevt in kemik, objavi prvo omembo ciklodekstrinov. Villiers se je ukvarjal z delovanjem encimov na različne ogljikove hidrate in opisal, da lahko pod določenimi pogoji krompirjev škrob fermentira in v glavnem tvori dekstrine pod delovanjem Bacillus amylobacter. Za razgradne produkte škroba so že takrat uporabljali izraz dekstrini. Villiers je predlagal, da bi to kristalno snov poimenovali "celulozin" zaradi podobnosti s celulozo [1].
Nekaj let pozneje je »ustanovitelj« kemije ciklodekstrina, Franz Schardinger, avstrijski mikrobiolog, izoliral mikroorganizem (Bacillus macerans), ki je ponovljivo proizvedel dve različni kristalni snovi, ko je bil gojen na mediju, ki je vseboval škrob [2]. Identificiral je ti dve vrsti polisaharidov, kot kristalni dekstrin A in kristalni dekstrin B, in podal prvi podroben opis priprave in ločevanja teh dveh dekstrinov.
1936–1970: Raziskovalno obdobje
Od leta 1911 do 1935 je prišlo obdobje dvomov in nesoglasij in šele sredi tridesetih let prejšnjega stoletja so se raziskave o dekstrinih ponovno razvile.
Obdobje raziskovanja so zaznamovali številni rezultati Freudenberga in Frencha o strukturi molekul »Schardingerjevega dekstrina«. V štiridesetih letih prejšnjega stoletja so Freudenberg in njegovi sodelavci odkrili γ-CD in nato rešili strukturo cikličnih oligosaharidov molekul ciklodekstrinov.
1950–1970: Obdobje zorenja
Po odkritju izvedljivosti priprave ciklodekstrinskih inkluzijskih kompleksov so Freudenberg, Cramer in Plieninger leta 1953 objavili prvi patent, povezan s CD-ji, ki se nanaša na aplikacije ciklodekstrinov v farmacevtskih formulacijah, s čimer se je začel njihov prehod iz akademskih raziskav v industrijske aplikacije, kot del našega vsakdana življenja [3].
1970-danes: Obdobje prijave
Od leta 1970 naprej se je zanimanje za ciklodekstrine povečalo. Od takrat smo se seznanili s številnimi industrijskimi in farmacevtskimi aplikacijami, medtem ko se je zbrala impresivna znanstvena literatura in povečalo se je število patentnih prijav. Danes ciklodekstrini še vedno navdušujejo raziskovalce in vsako leto je več kot 2000 publikacij, vključno s članki in poglavji v knjigah, posvečenih ciklodekstrinom [4].
Uporaba ciklodekstrinov
Ciklodekstrini in njihovi derivati imajo zaradi svoje biokompatibilnosti in vsestranskosti široko paleto aplikacij. Široko so jih uporabljali v tekstilni in farmacevtski industriji, pa tudi v agrokemiji, prehrambeni tehnologiji, biotehnologiji, katalizi in kozmetiki.
Ciklodekstrini so bili obsežno raziskani na področju zdravil za načrtovanje različnih sistemov za dostavo zdravil. Znani so predvsem kot sredstva, ki povečujejo stabilnost in povečujejo topnost v vodi ter biološko uporabnost aktivnih spojin in delov. Priznani so bili kot uporabne farmacevtske pomožne snovi, medtem ko je nedavni razvoj raziskav ciklodekstrina pokazal njihov potencial kot aktivne farmacevtske sestavine (API) za zdravljenje več bolezni (npr. hiperholesterolemija, rak, Niemann-Pickova bolezen tipa C) [7].
Druge uporabe ciklodekstrinov vključujejo analitično kemijo, organsko kemijo (sinteza), makromolekularno kemijo (materiali), kemijo klikov, supramolekularno kemijo, membrane, encimsko tehnologijo in nanotehnologijo (nanodelci/nanosupže za različna področja). Vendar ostajajo farmacevtska, živilska in kozmetična industrija glavni ciljni trgi ciklodekstrinov [5].
Nastanek inkluzijskega kompleksa
Večina teh aplikacij je mogoča zaradi sposobnosti ciklodekstrinov, da tvorijo inkluzijske komplekse s širokim spektrom trdnih, tekočih in plinastih spojin. V teh kompleksih so fizikalno-kemijske lastnosti gostujočih molekul, ki so začasno zaprte ali zaprte v votlini gostitelja (ciklodekstrini), temeljito spremenjene, kar omogoča izboljšanje topnosti, stabilizacijo in druge koristne lastnosti [6].
Reference:
1. Crini G., (2014). Pregled: Zgodovina ciklodekstrinov. Chemical Reviews, 114 (21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Preteklost, sedanjost in prihodnost raziskav ciklodekstrina. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Ciklodekstrini, naravne spojine in rastlinske bioaktivne snovi - prehranski vidik. Biomolekule. 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 let odkritja ciklodekstrina za zdravje, hrano, kmetijstvo in industrijo: pregled. Environmental Chemistry Letters, 19 (3), 2581–2617. DOI:10.1007/s10311-020-01156-w
5. Crini G., Fourmentin S., Fenyvesi É., Torri G., Fourmentin M. in Morin-Crini N. (2018). Osnove in uporaba ciklodekstrinov. Osnove ciklodekstrina, reaktivnost in analiza, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R. in Banerjee U. (2002). Biotehnološke uporabe ciklodekstrinov. Biotehnološki napredek, 20 (5-6), 341–359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potencial ciklodekstrinov kot novih farmacevtskih učinkovin: kratek pregled. Molekule, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
