Historia cyklodekstryn: krótka historia
Cyklodekstryny to cykliczne oligomery glukozy, które naturalnie powstają w wyniku enzymatycznej degradacji najważniejszych polisacharydów, skrobi. Są znane od prawie 130 lat, ale prawdziwy przełom nastąpiły w latach 80-tych XX wieku wraz z pierwszymi zastosowaniami w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym. Od lat 80. XX w. łączna liczba publikacji i patentów na temat cyklodekstryn przekracza 53 000.
1891-1936: Okres odkryć
Ich historia rozpoczyna się we Francji w 1891 roku, kiedy farmaceuta i chemik Antoine Villiers publikuje pierwszą wzmiankę o cyklodekstrynach. Villiers pracował nad działaniem enzymów na różne węglowodany i opisał, że w pewnych warunkach skrobia ziemniaczana może fermentować, dając głównie dekstryny pod działaniem Bacillus amylobacter. Termin dekstryny był już używany w tamtym czasie do opisania produktów degradacji skrobi. Villiers zaproponował nazwanie tej krystalicznej substancji „celulozyną” ze względu na jej podobieństwo do celulozy [1].
Kilka lat później „ojciec założyciel” chemii cyklodekstryn, Franz Schardinger, austriacki mikrobiolog, wyizolował mikroorganizm (Bacillus macerans), który hodowany na podłożu zawierającym skrobię wytwarzał w powtarzalny sposób dwie różne substancje krystaliczne [2]. Zidentyfikował te dwa typy polisacharydów, jako krystaliczną dekstrynę A i krystaliczną dekstrynę B, i podał pierwszy szczegółowy opis wytwarzania i rozdzielania tych dwóch dekstryn.
1936–1970: Okres poszukiwań
Lata 1911–1935 nastały okres wątpliwości i nieporozumień i dopiero w połowie lat trzydziestych XX wieku ponownie rozwinęły się badania nad dekstrynami.
Okres poszukiwań upłynął pod znakiem licznych wyników uzyskanych przez Freudenberga i Frencha na temat struktury cząsteczek „dekstryny Schardingera”. W latach czterdziestych XX wieku Freudenberg i jego współpracownicy odkryli γ-CD, a następnie rozwiązali strukturę cyklicznych oligosacharydów cząsteczek cyklodekstryn.
1950–1970: Okres dojrzewania
Po odkryciu możliwości wytwarzania kompleksów z inkluzjami cyklodekstryn, Freudenberg, Cramer i Plieninger opublikowali w 1953 r. pierwszy patent związany z CD, dotyczący zastosowań cyklodekstryn w preparatach farmaceutycznych, zapoczątkowując ich przejście od badań akademickich do zastosowań przemysłowych, w ramach naszego codziennego żyje [3].
1970-dziś: Okres składania wniosków
Od roku 1970 wzrosło zainteresowanie cyklodekstrynami. Od tego czasu zetknęliśmy się z licznymi zastosowaniami przemysłowymi i farmaceutycznymi, powstała imponująca literatura naukowa i wzrosła liczba zgłoszeń patentowych. Cyklodekstryny nadal fascynują badaczy i każdego roku ukazuje się ponad 2000 publikacji, w tym artykułów i rozdziałów książek, poświęconych cyklodekstrynom [4].
Zastosowania cyklodekstryn
Cyklodekstryny i ich pochodne, ze względu na swoją biokompatybilność i wszechstronność, mają szerokie zastosowanie. Mają szerokie zastosowanie w przemyśle tekstylnym, farmaceutycznym, agrochemii, technologii żywności, biotechnologii, katalizie i kosmetyce.
Cyklodekstryny były szeroko badane w dziedzinie leków pod kątem projektowania różnych systemów dostarczania leków. Są one głównie znane jako środki zwiększające stabilność oraz poprawiające rozpuszczalność w wodzie i biodostępność związków i ugrupowań aktywnych. Uznano je za przydatne farmaceutyczne substancje pomocnicze, a ostatnie osiągnięcia w badaniach nad cyklodekstryną wykazały ich potencjał jako aktywnych składników farmaceutycznych (API) w leczeniu kilku chorób (np. hipercholesterolemii, raka, choroby Niemanna-Picka typu C) [7].
Inne zastosowania cyklodekstryn obejmują chemię analityczną, chemię organiczną (synteza), chemię makromolekularną (materiały), chemię kliknięć, chemię supramolekularną, membrany, technologię enzymatyczną i nanotechnologię (nanocząstki/nanosgąbki dla różnych dziedzin). Jednakże głównymi rynkami docelowymi cyklodekstryn pozostają przemysł farmaceutyczny, spożywczy i kosmetyczny [5].
Tworzenie kompleksu inkluzyjnego
Większość z tych zastosowań jest możliwa dzięki zdolności cyklodekstryn do tworzenia kompleksów inkluzyjnych z szeroką gamą związków stałych, ciekłych i gazowych. W tych kompleksach właściwości fizykochemiczne cząsteczek gościa, które są tymczasowo zamknięte lub uwięzione w jamie gospodarza (cyklodekstryny), ulegają głębokiej modyfikacji, zapewniając poprawę rozpuszczalności, stabilizację i inne korzystne właściwości [6].
Bibliografia:
1. Crini G., (2014). Recenzja: Historia cyklodekstryn. Recenzje chemiczne, 114(21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Przeszłość, teraźniejszość i przyszłość badań nad cyklodekstryną. Chemia czysta i stosowana, 76 (10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Cyklodekstryny, związki naturalne i roślinne substancje bioaktywne - perspektywa żywieniowa. Biocząsteczki. 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 lat odkrycia cyklodekstryny dla zdrowia, żywności, rolnictwa i przemysłu: przegląd. Listy z chemii środowiska, 19 (3), 2581–2617. DOI:10.1007/s10311-020-01156-w
5. Crini G., Fourmentin S., Fenyvesi É., Torri G., Fourmentin M. i Morin-Crini N.,(2018). Podstawy i zastosowania cyklodekstryn. Podstawy cyklodekstryny, reaktywność i analiza, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R. i Banerjee U., (2002). Biotechnologiczne zastosowania cyklodekstryn. Postępy biotechnologii, 20 (5-6), 341–359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potencjał cyklodekstryn jako nowych aktywnych składników farmaceutycznych: krótki przegląd. Cząsteczki, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
