History of cyclodextrins: En lang historie i korthet
Syklodekstriner er sykliske oligomerer av glukose som naturlig oppstår fra enzymatisk nedbrytning av de mest essensielle polysakkaridene, stivelse. De har vært kjent i nesten 130 år, men de fikk virkelig sitt gjennombrudd på 1980-tallet med de første bruksområdene i farmasøytisk og næringsmiddelindustrien. Siden 1980-tallet har det totale antallet publikasjoner og patenter på cyklodekstriner oversteget 53 000.
1891-1936: Oppdagelsesperioden
Historien deres begynner i Frankrike i 1891, da Antoine Villiers, farmasøyt og kjemiker, publiserer den første referansen til cyklodekstriner. Villiers arbeidet med virkningen av enzymer på forskjellige karbohydrater og beskrev at under visse forhold kan potetstivelse fermentere til hovedsakelig å gi dekstriner under virkningen av Bacillus amylobacter. Begrepet dekstriner hadde allerede blitt brukt på den tiden for å beskrive nedbrytningsproduktene til stivelse. Villiers foreslo å kalle dette krystallinske stoffet "cellulosin" på grunn av dets likheter med cellulose [1].
Noen år senere isolerte "grunnleggeren" av cyklodekstrinkjemi, Franz Schardinger, en østerriksk mikrobiolog, en mikroorganisme (Bacillus macerans) som produserte reproduserbart to distinkte krystallinske stoffer når de ble dyrket på et stivelsesholdig medium [2]. Han identifiserte disse to typene polysakkarider, som krystallinsk dekstrin A og krystallinsk dekstrin B, og ga den første detaljerte beskrivelsen av fremstillingen og separasjonen av disse to dekstrinene.
1936–1970: Leteperioden
Fra 1911 til 1935 kom en periode med tvil og uenighet og det var først på midten av 1930-tallet at forskningen på dekstriner utviklet seg igjen.
Utforskningsperioden ble preget av de mange resultatene oppnådd av Freudenberg og French om strukturen til "Schardinger-dekstrin"-molekylene. På 1940-tallet oppdaget Freudenberg og hans medarbeidere γ-CD og løste deretter den sykliske oligosakkaridstrukturen til cyklodekstrinmolekyler.
1950–1970: Modningsperioden
Etter å ha oppdaget muligheten for å fremstille cyklodekstrin-inkluderingskomplekser, publiserte Freudenberg, Cramer og Plieninger det første CD-relaterte patentet i 1953, angående anvendelsen av cyklodekstriner i farmasøytiske formuleringer som initierte overgangen fra akademisk forskning til industrielle applikasjoner, som en del av vår daglige lever [3].
1970-I dag: Søknadsperioden
Fra 1970 og videre økte interessen for cyklodekstriner. Siden den gang har vi blitt introdusert for en rekke industrielle og farmasøytiske applikasjoner, mens imponerende vitenskapelig litteratur har bygget seg opp og det har vært en økning i patentsøknader. I dag fascinerer cyklodekstriner fortsatt forskere, og hvert år er mer enn 2000 publikasjoner, inkludert artikler og bokkapitler, viet til cyklodekstriner [4].
Anvendelser av cyklodekstriner
Syklodekstriner og deres derivater, på grunn av deres biokompatibilitet og allsidighet, har en lang rekke bruksområder. De har blitt mye brukt i tekstil- og farmasøytisk industri, så vel som i agrokjemi, matteknologi, bioteknologi, katalyse og kosmetikk.
Cyclodextrins har blitt rikelig utforsket innen medisiner for utforming av ulike medikamentleveringssystemer. De er hovedsakelig kjent som midler som øker stabiliteten og øker vannløseligheten og biotilgjengeligheten til aktive forbindelser og deler. De har blitt anerkjent som nyttige farmasøytiske hjelpestoffer, mens nyere utviklinger innen cyklodekstrinforskning har vist deres potensiale som aktive farmasøytiske ingredienser (API) for behandling av flere sykdommer (f.eks. hyperkolesterolemi, kreft, Niemann-Pick Type C sykdom) [7].
Andre anvendelser av cyklodekstriner inkluderer analytisk kjemi, organisk kjemi (syntese), makromolekylær kjemi (materialer), klikkkjemi, supramolekylær kjemi, membraner, enzymteknologi og nanoteknologi (nanopartikler/nanosvamper for ulike domener). Imidlertid forblir farmasøytisk, mat- og kosmetikkindustri som hovedmålmarkedet for cyklodekstriner [5].
Inkludering kompleks formasjon
De fleste av disse anvendelsene er mulige på grunn av cyklodekstrinenes evne til å danne inklusjonskomplekser med et bredt spekter av faste, flytende og gassformige forbindelser. I disse kompleksene er de fysisk-kjemiske egenskapene til gjestemolekylene som er midlertidig låst eller innelukket i vertshulen (cyklodekstriner) dypt modifisert og tilbyr forbedret løselighet, stabilisering og andre fordelaktige egenskaper [6].
Referanser:
1. Crini G., (2014). Anmeldelse: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews, 114(21), 10940–10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Fortid, nåtid og fremtid for cyklodekstrinforskning. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Syklodekstriner, naturlige forbindelser og plantebioaktive stoffer - et ernæringsperspektiv. Biomolekyler. 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 år med cyklodekstrinfunn for helse, mat, landbruk og industri: en gjennomgang. 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). Grunnleggende og anvendelser av cyklodekstriner. Cyclodextrin Fundamentals, Reactivity and Analysis, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R., & Banerjee U., (2002). Bioteknologiske anvendelser av cyklodekstriner. Biotechnology Advances, 20(5-6), 341–359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potensialet til cyklodekstriner som nye aktive farmasøytiske ingredienser: en kort oversikt. Molecules, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
