História cyklodextrínov: Dlhý príbeh v skratke
Cyklodextríny sú cyklické oligoméry glukózy, ktoré sa prirodzene vyskytujú pri enzymatickej degradácii najdôležitejších polysacharidov, škrobu. Sú známe už takmer 130 rokov, no skutočne prelomili v 80. rokoch 20. storočia s prvými aplikáciami vo farmaceutickom a potravinárskom priemysle. Od 80. rokov 20. storočia celkový počet publikácií a patentov o cyklodextrínoch presahuje 53 000.
1891-1936: Obdobie objavov
Ich história sa začína vo Francúzsku v roku 1891, keď Antoine Villiers, lekárnik a chemik, publikuje prvú zmienku o cyklodextrínoch. Villiers pracoval na pôsobení enzýmov na rôzne uhľohydráty a opísal, že za určitých podmienok môže zemiakový škrob fermentovať hlavne za vzniku dextrínov pôsobením Bacillus amylobacter. Termín dextríny sa už v tom čase používal na opis degradačných produktov škrobu. Villiers navrhol nazvať túto kryštalickú látku „celulóza“ kvôli jej podobnosti s celulózou [1].
O niekoľko rokov neskôr „zakladateľ“ chémie cyklodextrínu, Franz Schardinger, rakúsky mikrobiológ, izoloval mikroorganizmus (Bacillus macerans), ktorý pri kultivácii na médiu obsahujúcom škrob reprodukovateľne produkoval dve odlišné kryštalické látky [2]. Identifikoval tieto dva typy polysacharidov, ako kryštalický dextrín A a kryštalický dextrín B, a podal prvý podrobný opis prípravy a separácie týchto dvoch dextrínov.
1936–1970: Obdobie prieskumu
Od roku 1911 do roku 1935 nastalo obdobie pochybností a nezhôd a až v polovici tridsiatych rokov sa výskum dextrínov opäť rozvinul.
Obdobie prieskumu bolo poznačené početnými výsledkami získanými Freudenbergom a Frenchom o štruktúre molekúl „Schardinger dextrínu“. V 40. rokoch 20. storočia Freudenberg a jeho spolupracovníci objavili γ-CD a následne vyriešili cyklickú oligosacharidovú štruktúru molekúl cyklodextrínov.
1950–1970: Obdobie dozrievania
Po objavení uskutočniteľnosti prípravy cyklodextrínových inklúznych komplexov Freudenberg, Cramer a Plieninger publikovali v roku 1953 prvý patent súvisiaci s CD, týkajúci sa aplikácií cyklodextrínov vo farmaceutických formuláciách, ktoré iniciovali ich prechod z akademického výskumu na priemyselné aplikácie, ako súčasť nášho denného žije [3].
1970-dnes: Obdobie podávania žiadostí
Od roku 1970 vzrástol záujem o cyklodextríny. Odvtedy sme sa zoznámili s mnohými priemyselnými a farmaceutickými aplikáciami, pričom sa vytvorila pôsobivá vedecká literatúra a zvýšil sa počet patentových prihlášok. V súčasnosti cyklodextríny stále fascinujú výskumníkov a každý rok sa cyklodextrínom venuje viac ako 2000 publikácií, vrátane článkov a kapitol v knihách [4].
Aplikácia cyklodextrínov
Cyklodextríny a ich deriváty majú vďaka svojej biokompatibilite a všestrannosti širokú škálu aplikácií. Široko sa používajú v textilnom a farmaceutickom priemysle, ako aj v agrochémii, potravinárskej technológii, biotechnológii, katalýze a kozmetike.
Cyklodextríny boli hojne skúmané v oblasti liekov na navrhovanie rôznych systémov dodávania liekov. Sú známe predovšetkým ako činidlá, ktoré zvyšujú stabilitu a zlepšujú rozpustnosť vo vode a biologickú dostupnosť aktívnych zlúčenín a častí. Boli uznané ako užitočné farmaceutické excipienty, zatiaľ čo nedávny vývoj vo výskume cyklodextrínov ukázal ich potenciál ako aktívnych farmaceutických zložiek (API) na liečbu niekoľkých ochorení (napr. hypercholesterolémia, rakovina, Niemann-Pickova choroba typu C) [7].
Ďalšie aplikácie cyklodextrínov zahŕňajú analytickú chémiu, organickú chémiu (syntéza), makromolekulárnu chémiu (materiály), click chémiu, supramolekulárnu chémiu, membrány, enzýmovú technológiu a nanotechnológiu (nanočastice/nanohubky pre rôzne domény). Hlavným cieľovým trhom cyklodextrínov však zostáva farmaceutický, potravinársky a kozmetický priemysel [5].
Tvorba inklúzneho komplexu
Väčšina týchto aplikácií je možná vďaka schopnosti cyklodextrínov tvoriť inklúzne komplexy so širokým rozsahom pevných, kvapalných a plynných zlúčenín. V týchto komplexoch sú fyzikálno-chemické vlastnosti hosťovských molekúl, ktoré sú dočasne uzamknuté alebo uväznené v hostiteľskej (cyklodextrínovej) dutine, hlboko modifikované, čím sa zvyšuje rozpustnosť, stabilizácia a ďalšie prospešné vlastnosti [6].
Referencie:
1. Crini G., (2014). Recenzia: História cyklodextrínov. Chemical Reviews, 114(21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Minulosť, súčasnosť a budúcnosť výskumu cyklodextrínu. Čistá a aplikovaná chémia, 76(10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Cyklodextríny, prírodné zlúčeniny a rastlinné bioaktívne látky – nutričný pohľad. 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 rokov objavu cyklodextrínu pre zdravie, potraviny, poľnohospodárstvo a priemysel: prehľad. 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. a Morin-Crini N., (2018). Základy a aplikácie cyklodextrínov. Základy cyklodextrínu, reaktivita a analýza, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R. a Banerjee U., (2002). Biotechnologické aplikácie cyklodextrínov. Biotechnology Advances, 20 (5-6), 341-359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potenciál cyklodextrínov ako nových aktívnych farmaceutických zložiek: Krátky prehľad. Molekuly, 22(1), 1. DOI:10,3390/molekuly22010001
