Odkrycie cyklodekstryny to jeden z najważniejszych kroków naprzód w historii żywności i medycyny. Ten naturalnie występujący cykliczny oligosacharyd zmienił sposób, w jaki dostarczamy leki, utrzymujemy świeżość żywności i wykorzystujemy wiele innych chemikaliów w przemyśle. Produkt tworzy kompleksy inkluzyjne, które rozwiązują ważne problemy w wielu dziedzinach dzięki swojej charakterystycznej strukturze molekularnej, która ma hydrofobową wnękę wewnętrzną i hydrofilową powierzchnię zewnętrzną. Ta elastyczna substancja pomocnicza zmienia naukę formułowania i procesy produkcyjne na całym świecie. Może zrobić wszystko, od poprawy wchłaniania leków po ukrywanie złego smaku leków.
Kiedy przyjrzymy się działaniu cyklodekstryny na poziomie molekularnym, ożywa interesująca dziedzina chemii supramolekularnej. Jednostki glukozy w tych cząsteczkach w kształcie stożka są połączone wiązaniami α-1,4-glikozydowymi. Istnieją trzy główne typy: alfa-cyklodekstryna, która ma sześć jednostek glukozy, beta-cyklodekstryna, która ma siedem jednostek i gamma-cyklodekstryna, która ma osiem jednostek.
Wnęki w każdej wersji mają inny rozmiar, co pozwala cząsteczkom przyłączać się i wchodzić w interakcję z różnymi związkami. W przypadku alfa-cyklodekstryny szerokość wnęki hydrofobowej wynosi od 4,7 do 5,3 Å, a dla gamma-cyklodekstryny wynosi od 7,5 do 8,3 Å. Ta umiejętność dobrania odpowiedniego rozmiaru pozwala na dokładne kapsułkowanie cząsteczek w oparciu o ich właściwości chemiczne i fizyczne.
Temperatura, pH, stosunki stężeń i zgodność termodynamiczna cząsteczek gospodarza i gościa to tylko niektóre z czynników wpływających na to, jak dobrze cząsteczki są kapsułkowane. Naukowcy odkryli, że najlepsze tworzenie kompleksu inkluzyjnego zachodzi, gdy cząsteczka gościa idealnie pasuje do kieszeni produktu, maksymalnie wykorzystując siły van der Waalsa i oddziaływania hydrofobowe.
Około 40% leków dostępnych na rynku i aż 90% badanych związków ma problemy ze złym rozpuszczaniem się w wodzie. Kompleksy inkluzyjne cyklodekstryny rozwiązują ten problem, znacznie poprawiając szybkość wchłaniania i rozkładu. Kiedy cząsteczki leku, które nie lubią wody, dostaną się do kieszonki produktu, tworzą kompleks, który utrzymuje lek w stanie wyglądającym jak rozpuszczony.
Testy kliniczne pokazują, że kompleksowanie cyklodekstryny może sprawić, że związki, które nie rozpuszczają się łatwo, będą o 200 do 500% bardziej biodostępne. Zastrzyk worykonazolu, który jest wykonany zbetadeksulfobutylowy eter sodowy, jest dobrym przykładem skuteczności tej metody w lekach komercyjnych.
Problemy ze stabilnością farmaceutyczną kosztują branżę co roku miliardy dolarów w postaci refundacji produktów i wysiłków na rzecz zmiany sposobu wytwarzania leków. Kapsułkowanie cyklodekstryny zapobiega rozkładowi wrażliwych na nie aktywnych składników leczniczych przez światło, tlen, ciepło i wilgoć.
Kompleks działa jak tarcza molekularna, znacznie wydłużając okres przydatności do spożycia, zachowując jednocześnie skuteczność terapeutyczną. Możliwe są również preparaty o kontrolowanym uwalnianiu, które dają leki w sposób ciągły przez długi okres czasu, gdy cyklodekstrynę zmiesza się z materiałami takimi jak hydroksypropylometyloceluloza.
Przestrzeganie zasad przez pacjenta jest bardzo ważne dla powodzenia terapii, szczególnie w przypadku dzieci i osób starszych. Wiele składników aktywnych ma kwaśny, metaliczny lub w inny sposób nieprzyjemny smak, który sprawia, że ludzie rzadziej przyjmują leki zgodnie z zaleceniami.
Umieszczając złe cząsteczki wewnątrz hydrofobowej wnęki, kapsułkowanie cyklodekstryny skutecznie ukrywa te właściwości organoleptyczne. Kubki smakowe nie są w stanie wychwycić zawartych w nich substancji chemicznych, ale lek może zostać wchłonięty po dotarciu do jelit.
Leki podawane drogą dożylną muszą spełniać bardzo wysokie standardy bezpieczeństwa i skuteczności. Zwłaszcza pochodne cyklodekstrynysulfobutyloeter-beta-cyklodekstrynaIhydroksypropylo-beta-cyklodekstryna, są bardzo dobrze tolerowane, jeśli są podawane dożylnie.
Te substancje pomocnicze umożliwiają formułowanie substancji chemicznych, których wcześniej nie można było dostarczyć, ponieważ wystarczająco dobrze się rozpuszczają, bez użycia szkodliwych współrozpuszczalników. Szybki rozkład kompleksów inkluzyjnych w osoczu krwi zapewnia natychmiastową dostępność leku, zapobiegając jednocześnie gromadzeniu się substancji pomocniczych.
Na branżę spożywczą wywierana jest ciągła presja, aby stosować mniej syntetycznych konserwantów przy jednoczesnym zachowaniu jakości i bezpieczeństwa swoich produktów. Dzięki kapsułkowaniu w cząsteczkach naturalnych środków przeciwdrobnoustrojowych, przeciwutleniaczy i składników smakowych technologia cyklodekstrynowa oferuje nowe sposoby rozwiązywania problemów.
Kapsułkowane olejki eteryczne zachowują swoje właściwości antybakteryjne, ale tracą swoje mocne aromaty, które mogłyby sprawić, że smak żywności będzie zbyt mocny. Aplikacja ta w naturalny sposób wydłuża okres przydatności produktów do spożycia, jednocześnie zaspokajając zapotrzebowanie klientów na produkty „czystej etykiety”.
Wiele dobrych substancji chemicznych, takich jak kurkumina, resweratrol i kwasy tłuszczowe omega-3, nie jest biodostępnych, co oznacza, że nie można ich stosować jako lekarstwa. Kompleks cyklodekstryny znacznie ułatwia wchłanianie tych składników odżywczych.
Badania pokazują, że stężenia kompleksów kurkumina-cyklodekstryna w osoczu są 10–15 razy wyższe niż w przypadku zwykłych preparatów kurkuminy. Dzięki temu udoskonaleniu dawki doustne, które wcześniej nie działały, mogą być teraz stosowane terapeutycznie u osób poszukujących naturalnych możliwości zdrowotnych.
Lotne związki smakowe utrudniają przechowywanie i przygotowywanie żywności w określony sposób. Podczas przygotowywania czegoś wysokie temperatury mogą zepsuć delikatne smaki, a podczas przechowywania warunki mogą spowodować przemieszczanie się smaków lub pogorszenie ich smaku.
Kapsułkowanie cyklodekstryny zapewnia bezpieczeństwo tych cennych substancji chemicznych podczas przetwarzania i pozwala na ich powolne uwalnianie podczas spożycia. Dzięki tej technologii smak pozostaje taki sam od pola do talerza, co sprawia, że klienci są szczęśliwsi i poprawia się jakość produktu.
Poza tradycyjnymi zastosowaniami w medycynie i przemyśle spożywczym, może być stosowany w środowisku. Dzięki selektywnemu rozpoznawaniu molekularnemu i kapsułkowaniu cząsteczki te bardzo dobrze usuwają toksyny organiczne z zanieczyszczonej wody i gleby.
Materiały wykonane z produktu mogą wydzielać herbicydy, rozpuszczalniki przemysłowe i produkty naftowe z matryc środowiskowych. Zamknięte zanieczyszczenia są łatwiejsze do oddzielenia i bezpiecznego pozbycia się, co pomaga oczyścić środowisko na całym świecie.
Zaawansowane zastosowania czujników chemicznych są możliwe dzięki zdolnościom rozpoznawania molekularnego, które czynią je przydatnymi do dostarczania leków. Stosując zmodyfikowane pochodne cyklodekstryny, można znaleźć pojedyncze cząsteczki w złożonych mieszaninach, tworząc kompleksy inkluzyjne, które wysyłają sygnały, które można zmierzyć.
Czujniki te służą do badania bezpieczeństwa żywności, monitorowania otoczenia i sprawdzania jakości leków. Chemia gospodarz-gość jest lepsza niż wiele innych metod diagnostycznych, ponieważ jest bardziej selektywna i czuła.
Formulatorzy mogą najlepiej wykorzystać cyklodekstrynę, rozumiejąc fizykę kompleksów inkluzyjnych. Oddziaływania hydrofobowe, siły van der Waalsa i wiązania wodorowe między cząsteczkami gospodarza i gościa to tylko niektóre z sił, które poruszają obiekty.
Stała stabilności jest ustalana przez zmiany entalpii i entropii podczas kompleksowania. Stała ta jest bezpośrednio powiązana z efektami terapeutycznymi lub funkcjonalnymi. Ogólnie rzecz biorąc, kompleksy, które są silniejsze i działają lepiej, mają wyższe stałe stabilności.
Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego, różnicowa kalorymetria skaningowa i krystalografia rentgenowska to jedne z najbardziej zaawansowanych metod analitycznych, które można zastosować do szczegółowego badania struktury i zachowania złożonych układów. Narzędzia te umożliwiają tworzenie receptur, które najlepiej sprawdzają się w określonych zastosowaniach.
Aby wytworzyć cyklodekstrynę przemysłową, należy zastosować złożone metody bioinżynieryjne i rygorystyczne systemy kontroli jakości. Ponieważ proces produkcyjny jest tak skomplikowany, potrzebujemy źródeł z dużym doświadczeniem w wytwarzaniu farmaceutycznych substancji pomocniczych.
Temperatura, pH, czas reakcji i sposób czyszczenia produktu mają duży wpływ na jego jakość i stabilność. Aby wesprzeć komercyjne badania farmaceutyczne, dostawcy muszą wykazać, że mogą powtarzać partie i zapewniać niezawodne dostawy przez długi okres czasu.
Zgodność z przepisami stwarza kolejny poziom trudności, wymagając szczegółowych zapisów i badań walidacyjnych. Dostawcy produktów, którzy odnieśli sukces, aktualizują swoje główne dokumenty dotyczące leków i zapewniają pomoc techniczną w przypadku zgłoszeń wymaganych przez klientów.
W miarę jak badacze odkrywają nowe metody kapsułkowania cząsteczek, transformacyjny wpływ technologii produktu na zastosowania farmaceutyczne, spożywcze i przemysłowe stale rośnie. Ta elastyczna substancja pomocnicza rozwiązuje ważne problemy związane z transportem leków, stabilnością produktu i poprawą działania poprzez zastosowanie eleganckich rozwiązań molekularnych.
Istnieją duże nadzieje związane z innowacjami w zakresie cyklodekstryn w przyszłości. Naukowcy wciąż poszukują nowych pochodnych, ulepszonych zastosowań i technologii łączonych. Ponieważ problemy związane z formułowaniem stają się coraz trudniejsze do rozwiązania, specjalne właściwości cyklodekstryny sprawiają, że staje się ona niezbędnym narzędziem do tworzenia nowych produktów w wielu różnych przedsiębiorstwach na całym świecie.
1. Czym różni się cyklodekstryna od innych substancji, które sprawiają, że produkty lepiej się rozpuszczają?
Nie tylko sprawia, że rozpuszczalniki trzymają się dłużej, ale dzieje się to dzięki unikalnemu procesowi chemicznego kapsułkowania. Tradycyjne solubilizatory nie mogą wykonywać wszystkich tych czynności jednocześnie, ale ten proces może. Poprawia stabilność, maskuje smaki i kontroluje uwalnianie.
2. Jak dowiedzieć się, który rodzaj cyklodekstryny będzie najlepszy w moim projekcie?
Wybór opiera się głównie na wielkości i cechach cząsteczki gościa. Alfa-cyklodekstryna działa najlepiej w przypadku małych cząsteczek, beta-cyklodekstryna działa najlepiej w przypadku średnich substancji chemicznych, a gamma-cyklodekstryna działa najlepiej w przypadku dużych cząsteczek. Modelowanie molekularne i badania przesiewowe eksperymentalne pomagają usprawnić proces selekcji.
3. Jeśli go używasz, czy jest jakiś powód, aby zachować bezpieczeństwo?
Profile bezpieczeństwa naturalnych cyklodekstryn i zatwierdzonych ich wersji są bardzo dobre. Zwykle uważa się, że beta-cyklodekstryna i jej pochodne są bezpieczne do stosowania w żywności. Z drugiej strony materiały klasy farmaceutycznej spełniają rygorystyczne normy bezpieczeństwa w przypadku stosowania przez ludzi.
4. Jakie czynniki wpływają na bezpieczeństwo kompleksu inkluzyjnego?
Dopasowanie molekularne w przestrzeni, temperaturze, pH, stężeniu i substancjach konkurencyjnych może mieć wpływ na stabilność kompleksu. Najlepsze warunki maksymalizują korzystność termiczną i zmniejszają ilość złożonej dysocjacji zachodzącej podczas użytkowania i przechowywania.
5. Jaki wpływ ma cyklodekstryna na uwalnianie leków?
W zależności od sposobu wykonania preparatu, może on przyspieszyć, spowolnić lub ograniczyć uwalnianie leku. Szybka dysocjacja kompleksu poprawia natychmiastowe uwalnianie, a kombinacje polimerów umożliwiają przedłużone uwalnianie, które można dostosować do konkretnych potrzeb terapeutycznych.
6. Czy można łączyć cyklodekstrynę z innymi składnikami?
Wykazano, że działa dobrze z większością substancji pomocniczych leków. Inteligentne łączenie polimerów, środków powierzchniowo czynnych i innych przydatnych substancji pomocniczych może często zapewnić korzyści wykraczające poza możliwości każdego składnika osobno.
Możesz zaufać DELI Biochemical jako producentowi cyklodekstryny. Mają ponad 26-letnie doświadczenie w wytwarzaniu farmaceutycznych substancji pomocniczych, które mogą pomóc w nawet najtrudniejszych projektach związanych z formułowaniem. Nasza szeroka gama produktów na sprzedaż i sprawdzona umiejętność ich prawidłowego wytwarzania pomagają firmom farmaceutycznym osiągnąć nowy poziom w zakresie dostarczania leków i poprawy stabilności.
Skontaktuj się z naszym zespołem technicznym pod adresem xadl@xadl.com, aby omówić, w jaki sposób nasze rozwiązania produktowe mogą zrewolucjonizować Twoją kolejną recepturę.
1. Jambhekar, SS, Breen, P. „Cyklodekstryny w preparatach farmaceutycznych II: solubilizacja, stała wiązania i skuteczność kompleksowania”. Drug Discovery Today 21, nie. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. „Cyklodekstryny jako farmaceutyczne środki solubilizujące”. Recenzje zaawansowanego dostarczania leków 59, nie. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, S.V., Loftsson, T. „Cyklodekstryny”. International Journal of Pharmaceutics 453, nr. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. „Wprowadzenie i ogólny przegląd chemii cyklodekstryn”. Recenzje chemiczne 98, nr. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, LA, Ahmed, I. „Przydatność cyklodekstryn do zwiększania biodostępności po podaniu doustnym”. Journal of Controlled Release 123, nr. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. „Cyklodekstryny w dostarczaniu leków: zaktualizowany przegląd”. AAPS PharmSciTech 6, nr. 2 (2005): E329-E357.
