Historie cyklodextrinů: Dlouhý příběh ve zkratce
Cyklodextriny jsou cyklické oligomery glukózy, které se přirozeně vyskytují při enzymatické degradaci nejzákladnějších polysacharidů, škrobu. Jsou známé již téměř 130 let, ale skutečně prorazily v 80. letech 20. století s prvními aplikacemi ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Od 80. let 20. století celkový počet publikací a patentů o cyklodextrinech přesahuje 53 000.
1891-1936: Období objevů
Jejich historie začíná ve Francii v roce 1891, kdy Antoine Villiers, lékárník a chemik, publikuje první zmínku o cyklodextrinech. Villiers pracoval na působení enzymů na různé uhlohydráty a popsal, že za určitých podmínek může bramborový škrob fermentovat hlavně za vzniku dextrinů působením Bacillus amylobacter. Termín dextriny se již v té době používal k popisu degradačních produktů škrobu. Villiers navrhl pojmenovat tuto krystalickou látku „celulosin“ kvůli její podobnosti s celulózou [1].
O několik let později „zakladatel“ chemie cyklodextrinu, Franz Schardinger, rakouský mikrobiolog, izoloval mikroorganismus (Bacillus macerans), který při kultivaci na médiu obsahujícím škrob produkoval reprodukovatelně dvě odlišné krystalické látky [2]. Identifikoval tyto dva typy polysacharidů, jako krystalický dextrin A a krystalický dextrin B, a podal první podrobný popis přípravy a separace těchto dvou dextrinů.
1936–1970: Období průzkumu
Od roku 1911 do roku 1935 nastalo období pochybností a neshod a teprve v polovině 30. let se výzkum dextrinů znovu rozvinul.
Období průzkumu bylo poznamenáno četnými výsledky získanými Freudenbergem a Frenchem o struktuře molekul „Schardinger dextrinu“. Ve 40. letech 20. století Freudenberg a jeho spolupracovníci objevili γ-CD a následně vyřešili cyklickou oligosacharidovou strukturu molekul cyklodextrinů.
1950–1970: Období zrání
Po objevení proveditelnosti přípravy cyklodextrinových inkluzních komplexů publikovali Freudenberg, Cramer a Plieninger v roce 1953 první patent související s CD, týkající se aplikací cyklodextrinů ve farmaceutických formulacích, které zahájily jejich přechod od akademického výzkumu k průmyslovým aplikacím, jako součást našeho denního žije [3].
1970-dnes: Období aplikace
Od roku 1970 se zájem o cyklodextriny zvýšil. Od té doby jsme se seznámili s mnoha průmyslovými a farmaceutickými aplikacemi, zatímco se nahromadila působivá vědecká literatura a došlo k nárůstu patentových přihlášek. Cyklodextriny dodnes fascinují badatele a každý rok je cyklodextrinům věnováno více než 2000 publikací, včetně článků a kapitol v knihách [4].
Aplikace cyklodextrinů
Cyklodextriny a jejich deriváty mají díky své biokompatibilitě a všestrannosti širokou škálu aplikací. Jsou široce používány v textilním a farmaceutickém průmyslu, stejně jako v agrochemii, potravinářské technologii, biotechnologii, katalýze a kosmetice.
Cyklodextriny byly hojně prozkoumány v oblasti léků pro návrh různých systémů dodávání léků. Jsou převážně známé jako činidla, která zvyšují stabilitu a zlepšují rozpustnost ve vodě a biologickou dostupnost aktivních sloučenin a skupin. Byly uznány jako užitečné farmaceutické pomocné látky, zatímco nedávný vývoj ve výzkumu cyklodextrinu ukázal jejich potenciál jako aktivních farmaceutických složek (API) pro léčbu několika onemocnění (např. hypercholesterolemie, rakoviny, Niemann-Pickova choroba typu C) [7].
Mezi další aplikace cyklodextrinů patří analytická chemie, organická chemie (syntéza), makromolekulární chemie (materiály), click chemie, supramolekulární chemie, membrány, enzymová technologie a nanotechnologie (nanočástice/nanohouby pro různé domény). Hlavním cílovým trhem cyklodextrinů však zůstává farmaceutický, potravinářský a kosmetický průmysl [5].
Tvorba inkluzního komplexu
Většina těchto aplikací je možná díky schopnosti cyklodextrinů tvořit inkluzní komplexy s širokou škálou pevných, kapalných a plynných sloučenin. V těchto komplexech jsou fyzikálně-chemické vlastnosti hostujících molekul, které jsou dočasně uzamčeny nebo zavřeny v dutině hostitele (cyklodextriny), hluboce modifikovány, což nabízí zvýšení rozpustnosti, stabilizaci a další prospěšné vlastnosti [6].
Reference:
1. Crini G., (2014). Recenze: Historie cyklodextrinů. Chemical Reviews, 114(21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Minulost, současnost a budoucnost výzkumu cyklodextrinu. Čistá a aplikovaná chemie, 76 (10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Cyklodextriny, přírodní sloučeniny a rostlinné bioaktivní látky – nutriční perspektiva. Biomolekuly. 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 objevování cyklodextrinu pro zdraví, potravinářství, zemědělství a průmysl: přehled. 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., & Morin-Crini N., (2018). Základy a aplikace cyklodextrinů. Základy cyklodextrinu, reaktivita a analýza, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R., & Banerjee U., (2002). Biotechnologické aplikace cyklodextrinů. Biotechnology Advances, 20 (5-6), 341-359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potenciál cyklodextrinů jako nových aktivních farmaceutických složek: Krátký přehled. Molekuly, 22(1), 1. DOI:10,3390/molekuly22010001
