Objev cyklodextrinu je jedním z nejdůležitějších kroků vpřed v historii potravinářství a medicíny. Tento přirozeně se vyskytující cyklický oligosacharid změnil způsob, jakým dodáváme léky, udržujeme potraviny čerstvé a používáme spoustu dalších chemikálií v průmyslu. Produkt vytváří inkluzní komplexy, které řeší důležité problémy v mnoha oblastech díky své výrazné molekulární struktuře, která má hydrofobní vnitřní dutinu a hydrofilní vnější povrch. Tato flexibilní pomocná látka mění vědu o formulacích a výrobní procesy po celém světě. Dokáže vše od zlepšení vstřebávání léků až po skrytí špatné chuti léků.
Když se podíváme na to, jak cyklodextrin funguje na molekulární úrovni, ožívá zajímavý obor supramolekulární chemie. Jednotky glukózy v těchto molekulách ve tvaru kužele jsou spojeny α-1,4-glykosidickými vazbami. Existují tři hlavní typy: alfa-cyklodextrin, který má šest glukózových jednotek, beta-cyklodextrin, který má sedm jednotek, a gama-cyklodextrin, který má osm jednotek.
Dutiny v každé verzi mají různou velikost, což umožňuje molekulám připojit se a interagovat s různými sloučeninami. Pro alfa-cyklodextrin je šířka hydrofobní dutiny mezi 4,7 a 5,3 Á a pro gama-cyklodextrin je mezi 7,5-8,3 Á. Tato schopnost vybrat správnou velikost umožňuje přesné zapouzdření molekul na základě jejich chemických a fyzikálních vlastností.
Teplota, pH, koncentrační poměry a jak termodynamicky kompatibilní jsou hostitelské a hostující molekuly jsou některé z věcí, které ovlivňují, jak dobře jsou molekuly zapouzdřeny. Výzkumníci zjistili, že k nejlepší tvorbě inkluzního komplexu dochází, když hostující molekula dokonale zapadne do kapsy produktu, čímž se maximálně využije van der Waalsových sil a hydrofobních interakcí.
Asi 40 % léků na trhu a až 90 % sloučenin ve výzkumu má problémy s tím, že se špatně rozpouští ve vodě. Inkluzní komplexy cyklodextrinu řeší tento problém tím, že výrazně zlepšují rychlost absorpce a rozkladu. Když molekuly léku, které nemají rády vodu, vstoupí do kapsy produktu, vytvoří komplex, který udržuje lék ve stavu, který vypadá, jako by byl rozpuštěný.
Klinické testy ukazují, že komplexace cyklodextrinu může způsobit, že sloučeniny, které se snadno nerozpouštějí, jsou o 200 až 500 % biologicky dostupnější. Injekce vorikonazolu, která se vyrábí sbetadex sulfobutylether sodný, je dobrým příkladem toho, jak dobře tato metoda funguje u komerčních léků.
Problémy s farmaceutickou stabilitou stojí průmysl každoročně miliardy dolarů na refundacích za produkty a úsilí změnit způsob výroby léků. Zapouzdření cyklodextrinu chrání světlo, kyslík, teplo a vlhkost před rozkladem aktivních léčivých látek, které jsou na ně citlivé.
Komplex funguje jako molekulární štít, výrazně prodlužuje trvanlivost při zachování terapeutické účinnosti. Také formulace s řízeným uvolňováním, které poskytují léky nepřetržitě po dlouhou dobu, jsou možné, když je cyklodextrin smíchán s materiály, jako je hydroxypropylmethylcelulóza.
Adherence ze strany pacienta je velmi důležitá pro úspěch terapie, zejména u dětí a starších lidí. Mnoho účinných látek má kyselou, kovovou nebo jinak nepříjemnou chuť, která snižuje pravděpodobnost, že lidé budou užívat svůj lék podle předpisu.
Vložením špatných molekul do hydrofobní dutiny zapouzdření cyklodextrinu úspěšně skryje tyto organoleptické vlastnosti. Chuťové pohárky nedokážou zachytit chemikálie, které jsou uzavřeny, ale droga může být stále absorbována, jakmile se dostane do střev.
Když jsou léky podávány prostřednictvím IV, musí splňovat velmi vysoké standardy bezpečnosti a účinnosti. Zejména deriváty cyklodextrinusulfobutylether-beta-cyklodextrinahydroxypropyl-beta-cyklodextrin, jsou velmi dobře tolerovány, když jsou podávány prostřednictvím IV.
Tyto pomocné látky umožňují formulovat chemikálie, které dříve nemohly být dodány, protože se dostatečně dobře rozpouštějí bez použití škodlivých korozpouštědel. Rychlý rozklad inkluzních komplexů v krevní plazmě zajišťuje okamžitou dostupnost léčiva a zároveň zabraňuje hromadění pomocných látek.
Na potravinářský průmysl je neustále vyvíjen tlak, aby používal méně syntetických konzervačních látek při zachování kvality a bezpečnosti svých produktů. Zapouzdřením přírodních antimikrobiálních látek, antioxidantů a chuťových složek do molekul nabízí technologie cyklodextrinu nové způsoby řešení problémů.
Esenciální oleje, které jsou zapouzdřeny, si zachovávají své antibakteriální vlastnosti, ale ztrácejí svou silnou chuť, která by mohla způsobit příliš silnou chuť jídla. Tato aplikace přirozeně prodlužuje trvanlivost produktů a zároveň uspokojuje poptávku zákazníků po produktech „čisté etikety“.
Mnoho dobrých chemikálií, jako je kurkumin, resveratrol a omega-3 mastné kyseliny, není biologicky dostupných, což znamená, že je nelze použít jako lék. Cyklodextrinový komplex usnadňuje vstřebávání těchto nutričních složek.
Studie ukazují, že plazmatické koncentrace komplexů kurkumin-cyklodextrin jsou 10–15krát vyšší než u normálních kurkuminových přípravků. Díky tomuto zlepšení mohou být orální dávky, které dříve nefungovaly, nyní terapeuticky použity pro lidi, kteří hledají přirozené možnosti zdraví.
Těkavé aromatické sloučeniny znesnadňují skladování a přípravu potravin určitými způsoby. Při výrobě něčeho mohou vysoké teploty zničit delikátní chutě a při skladování mohou podmínky způsobit, že se chutě pohybují nebo se zhoršují.
Zapouzdření cyklodextrinu udržuje tyto cenné chemikálie v bezpečí během zpracování a umožňuje jejich pomalé uvolňování během spotřeby. Technologie zachovává stejné chutě od farmy až po talíř, což činí zákazníky šťastnějšími a zlepšuje kvalitu produktu.
Kromě tradičního použití v lékařství a potravinářském průmyslu může být použit v životním prostředí. Prostřednictvím selektivního molekulárního rozpoznávání a zapouzdření se tyto molekuly velmi dobře zbavují organických toxinů ze znečištěné vody a půdy.
Materiály vyrobené z produktu mohou dostat herbicidy, průmyslová rozpouštědla a ropné produkty z environmentálních matric. Znečišťující látky, které jsou zapouzdřeny, se snadněji oddělují a bezpečně se jich zbavují, což pomáhá čistit životní prostředí po celém světě.
Pokročilé použití chemických senzorů je umožněno schopnostmi molekulárního rozpoznávání, díky kterým je užitečný pro dodávání léků. Pomocí modifikovaných derivátů cyklodextrinu lze jednotlivé molekuly nalézt v komplexních směsích vytvořením inkluzních komplexů, které vysílají signály, které lze měřit.
Tyto senzory se používají k testování bezpečnosti potravin, sledování okolí a zajištění kvality léků. Chemie hostitel-host je lepší než mnoho jiných diagnostických metod, protože je selektivnější a citlivější.
Formulátoři mohou nejlépe využít cyklodextrin pochopením fyziky inkluzních komplexů. Hydrofobní interakce, van der Waalsovy síly a vodíkové vazby mezi molekulami hostitele a hosta jsou některé ze sil, které pohybují věcmi.
Konstanta stability je dána změnami entalpie a entropie během komplexace. Tato konstanta je přímo spojena s terapeutickými nebo funkčními účinky. Obecně platí, že komplexy, které jsou silnější a lépe fungují, mají vyšší konstanty stability.
Nukleární magnetická rezonanční spektroskopie, diferenční skenovací kalorimetrie a rentgenová krystalografie jsou některé z nejpokročilejších analytických metod, které lze použít ke studiu struktury a chování složitých systémů do velkých podrobností. Tyto nástroje umožňují vytvářet formulace, které nejlépe fungují pro určitá použití.
Chcete-li vyrobit průmyslový cyklodextrin, musíte použít složité bioinženýrské metody a přísné systémy kontroly kvality. Protože je výrobní proces tak komplikovaný, potřebujeme zdroje s mnoha zkušenostmi s výrobou farmaceutických pomocných látek.
Teplota, pH, reakční doba a způsob čištění, to vše má velký vliv na jeho kvalitu a stabilitu. Pro podporu komerčního farmaceutického výzkumu musí dodavatelé prokázat, že mohou opakovat šarže a poskytovat spolehlivé dodávky po dlouhou dobu.
Dodržování předpisů přidává další úroveň obtížnosti, která vyžaduje podrobné záznamy a ověřovací studie. Úspěšní dodavatelé produktů udržují své hlavní soubory léků aktuální a poskytují technickou pomoc zákazníkům s regulačními návrhy.
Jak výzkumníci nalézají nové metody pro zapouzdření molekul, transformační účinky technologie produktu na farmaceutické, potravinářské a průmyslové využití stále rostou. Tato flexibilní pomocná látka řeší důležité problémy v transportu léčiv, stabilitě produktu a zlepšení výkonu pomocí elegantních molekulárních roztoků.
Do budoucna je velká naděje na inovaci cyklodextrinu. Výzkumníci stále hledají nové deriváty, vylepšené aplikace a kombinované technologie. Vzhledem k tomu, že problémy s formulací jsou stále obtížnější, díky speciálním vlastnostem cyklodextrinu je nezbytným nástrojem pro vytváření nových produktů v mnoha různých podnicích po celém světě.
1. Jak se liší cyklodextrin od jiných látek, které umožňují lépe se rozpouštět?
Nejen, že rozpouštědla udrží více, ale také díky jedinečnému procesu chemického zapouzdření. Tradiční solubilizátory nemohou dělat všechny tyto věci současně, ale tento proces ano. Zlepšuje stabilitu, maskuje chutě a kontroluje uvolňování.
2. Jak zjistím, který typ cyklodextrinu bude pro můj projekt nejlepší?
Volba je většinou založena na velikosti a vlastnostech molekuly hosta. Alfa-cyklodextrin funguje nejlépe s malými molekulami, beta-cyklodextrin funguje nejlépe se středně velkými chemikáliemi a gama-cyklodextrin funguje nejlépe s velkými molekulami. Molekulární modelování a experimentální screening pomáhají zlepšit proces výběru.
3. Pokud jej používáte, je nějaký důvod zůstat v bezpečí?
Bezpečnostní profily přírodních cyklodextrinů a schválených verzí jsou velmi dobré. Beta-cyklodextrin a jeho deriváty jsou obvykle považovány za bezpečné pro použití v potravinách. Na druhou stranu materiály farmaceutické kvality splňují přísné bezpečnostní normy pro použití u lidí.
4. Jaké faktory ovlivňují bezpečnost inkluzního komplexu?
Molekulární přizpůsobení prostoru, teplota, pH, koncentrace a konkurenční látky mohou ovlivnit, jak stabilní je komplex. Nejlepší podmínky maximalizují tepelnou příznivost a snižují množství komplexní disociace, ke které dochází během používání a skladování.
5. Jaký vliv má cyklodextrin na uvolňování léčiv?
V závislosti na tom, jak je formulace vyrobena, může urychlit, zpomalit nebo omezit uvolňování léčiva. Rychlá disociace komplexu zlepšuje okamžité uvolňování a kombinace polymerů umožňují vzory prodlouženého uvolňování, které mohou být přizpůsobeny specifickým terapeutickým potřebám.
6. Je možné použít cyklodextrin s jinými přísadami?
Bylo prokázáno, že funguje dobře s většinou pomocných látek. Kombinace polymerů, povrchově aktivních látek a dalších užitečných pomocných látek chytrými způsoby může často poskytnout výhody, které přesahují to, co každá složka dokáže sama o sobě.
DELI Biochemical jako výrobci cyklodextrinů můžete důvěřovat. Mají více než 26 let zkušeností s výrobou farmaceutických pomocných látek, které vám mohou pomoci i s těmi nejobtížnějšími formulačními projekty. Naše široká škála produktů na prodej a prokázaná schopnost vyrábět je dobře pomáhá farmaceutickým společnostem dosáhnout nových výšin v dodávání léků a zlepšování stability.
Kontaktujte náš technický tým na xadl@xadl.com a prodiskutujte, jak mohou naše produktová řešení způsobit revoluci ve vaší další receptuře.
1. Jambhekar, S.S., Breen, P. "Cyklodextriny ve farmaceutických formulacích II: solubilizace, vazebná konstanta a komplexační účinnost." Drug Discovery Today 21, no. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. "Cyklodextriny jako farmaceutické solubilizátory." Advanced Drug Delivery Reviews 59, no. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, S.V., Loftsson, T. "Cyklodextriny." International Journal of Pharmaceutics 453, no. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. "Úvod a obecný přehled chemie cyklodextrinu." Chemical Reviews 98, no. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R. L., Miller, L. A., Ahmed, I. "Využitelnost cyklodextrinů pro zvýšení orální biologické dostupnosti." Journal of Controlled Release 123, no. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. "Cyklodextriny v podávání léků: aktualizovaný přehled." AAPS PharmSciTech 6, no. 2 (2005): E329-E357.
