Opdagelsen af cyclodextrin er et af de vigtigste skridt fremad i historien om mad og medicin. Dette naturligt forekommende cykliske oligosaccharid har ændret den måde, vi leverer lægemidler på, holder maden frisk og bruger en masse andre kemikalier i industrien. Produktet laver inklusionskomplekser, der løser vigtige problemer på mange områder takket være dens karakteristiske molekylære struktur, som har et hydrofobt indre hulrum og en hydrofil ydre overflade. Dette fleksible hjælpestof ændrer formuleringsvidenskab og fremstillingsprocesser over hele verden. Det kan gøre alt fra at forbedre stofoptagelsen til at skjule dårlig smag i medicin.
Når vi ser på, hvordan cyclodextrin virker på molekylært niveau, kommer det interessante felt af supramolekylær kemi til live. Glucoseenhederne i disse kegleformede molekyler er forbundet med α-1,4-glykosidbindinger. Der er tre hovedtyper: alfa-cyclodextrin, som har seks glucosenheder, beta-cyclodextrin, som har syv enheder, og gamma-cyclodextrin, som har otte enheder.
Hulrummene i hver version har en forskellig størrelse, hvilket lader molekyler binde og interagere med forskellige forbindelser. For alfa-cyclodextrin er den hydrofobe hulrumsbredde mellem 4,7 og 5,3 Å, og for gamma-cyclodextrin er den mellem 7,5-8,3 Å. Denne evne til at vælge den rigtige størrelse giver mulighed for nøjagtig indkapsling af molekyler baseret på deres kemiske og fysiske egenskaber.
Temperatur, pH, koncentrationsforhold og hvor termodynamisk kompatible værts- og gæstemolekylerne er nogle af de ting, der påvirker, hvor godt molekyler er indkapslet. Forskere har fundet ud af, at den bedste dannelse af inklusionskompleks sker, når gæstemolekylet passer perfekt inde i pruduktlommen, og udnytter van der Waals-kræfterne og de hydrofobe interaktioner bedst muligt.
Omkring 40% af lægemidler på markedet og op til 90% af forbindelser i forskning har problemer med at opløses dårligt i vand. Cyclodextrin inklusionskomplekser løser dette problem ved at gøre absorptions- og nedbrydningshastigheder meget bedre. Når lægemiddelmolekyler, der ikke kan lide vand, kommer ind i produktlommen, danner de et kompleks, der holder lægemidlet i en tilstand, der ser ud som om det er opløst.
Kliniske test viser, at cyclodextrinkompleksdannelse kan gøre forbindelser, der ikke let opløses, 200 til 500 % mere biotilgængelige. Voriconazol injektion, som er lavet medbetadex sulfobutylethernatrium, er et godt eksempel på, hvor godt denne metode virker i kommerciel medicin.
Problemer med farmaceutisk stabilitet koster hvert år industrien milliarder af dollars i produktrefusioner og bestræbelser på at ændre den måde, lægemidler fremstilles på. Cyclodextrin-indkapsling forhindrer lys, ilt, varme og fugt i at nedbryde aktive medicinske ingredienser, der er følsomme over for dem.
Komplekset fungerer som et molekylært skjold, hvilket i høj grad øger holdbarheden, mens den bevarer den terapeutiske effektivitet. Også formuleringer med kontrolleret frigivelse, der giver lægemidler kontinuerligt i lange perioder, er mulige, når cyclodextrin blandes med materialer som hydroxypropylmethylcellulose.
Overholdelse af patienten er meget vigtig for terapiens succes, især for børn og ældre mennesker. Mange aktive ingredienser har sur, metallisk eller på anden måde ubehagelig smag, der gør folk mindre tilbøjelige til at tage deres medicin som foreskrevet.
Ved at placere de dårlige molekyler inde i det hydrofobe hulrum, skjuler cyclodextrinindkapsling med succes disse organoleptiske egenskaber. Smagsløgene kan ikke opfange de kemikalier, der er indesluttet, men stoffet kan stadig optages, når det kommer til tarmene.
Når lægemidler gives gennem en IV, skal de opfylde meget høje standarder for sikkerhed og effektivitet. Især cyclodextrinderivatersulfobutylether-beta-cyclodextrinoghydroxypropyl-beta-cyclodextrin, tolereres meget godt, når de gives gennem en IV.
Disse hjælpestoffer gør det muligt at formulere kemikalier, der ikke kunne leveres før, fordi de opløses godt nok uden brug af skadelige hjælpeopløsningsmidler. Den hurtige nedbrydning af inklusionskomplekser i blodplasma sikrer, at lægemidlet er tilgængeligt med det samme, samtidig med at det forhindrer opbygning af hjælpestoffer.
Der er konstant pres på fødevarevirksomheden for at bruge færre syntetiske konserveringsmidler og samtidig bevare kvaliteten og sikkerheden af deres produkter. Ved at indkapsle naturlige antimikrobielle stoffer, antioxidanter og smagsingredienser i molekyler tilbyder cyclodextrinteknologi nye måder at løse problemer på.
Æteriske olier, der er indkapslet, bevarer deres antibakterielle egenskaber, men mister deres stærke smag, hvilket kan få maden til at smage for stærkt. Denne applikation forlænger naturligvis produkternes holdbarhed, mens den imødekommer kundernes efterspørgsel efter "clean label"-produkter.
Mange gode kemikalier, som curcumin, resveratrol og omega-3 fedtsyrer, er ikke biotilgængelige, hvilket betyder, at de ikke kan bruges som medicin. Cyclodextrin kompleksering gør det meget lettere for disse ernæringsmæssige ingredienser at blive absorberet.
Undersøgelser viser, at plasmakoncentrationer af curcumin-cyclodextrinkomplekser er 10-15 gange højere end normale curcuminformuleringer. Med denne forbedring kan orale doser, der ikke virkede før, nu bruges terapeutisk til mennesker, der leder efter naturlige sundhedsmuligheder.
Flygtige smagsstoffer gør det sværere at opbevare og tilberede mad på bestemte måder. Når man laver noget, kan høje temperaturer ødelægge sarte smage, og når det opbevares, kan forholdene få smagen til at flytte rundt eller blive værre.
Cyclodextrin-indkapsling holder disse værdifulde kemikalier sikre under forarbejdning og lader dem frigives langsomt under forbrug. Teknologien holder smagene ved lige fra gården til tallerkenen, hvilket gør kunderne gladere og forbedrer kvaliteten af produktet.
Ud over dets traditionelle anvendelser i medicin- og fødevareindustrien, kan det bruges i miljøet. Gennem selektiv molekylær genkendelse og indkapsling er disse molekyler meget gode til at slippe af med organiske toksiner fra forurenet vand og jord.
Materialer fremstillet af produktet kan få herbicider, industrielle opløsningsmidler og petroleumsprodukter ud af miljømatricer. De forurenende stoffer, der er indkapslet, er nemmere at adskille og sikkert komme af med, hvilket hjælper med at rense miljøet rundt om i verden.
Avanceret brug af kemiske sensorer er muliggjort af de molekylære genkendelsesevner, der gør det nyttigt til lægemiddellevering. Ved hjælp af modificerede cyclodextrinderivater kan individuelle molekyler findes i komplekse blandinger ved at skabe inklusionskomplekser, der udsender signaler, der kan måles.
Disse sensorer bruges til at teste fødevaresikkerheden, holde øje med omgivelserne og sikre kvaliteten af medicin. Vært-gæstekemi er bedre end mange andre diagnostiske metoder, fordi den er mere selektiv og følsom.
Formulatorer kan gøre den bedste brug af cyclodextrin ved at forstå fysikken i inklusionskomplekser. Hydrofobe interaktioner, van der Waals-kræfter og hydrogenbindinger mellem værts- og gæstemolekyler er nogle af de kræfter, der flytter ting.
Stabilitetskonstanten er sat af ændringer i entalpi og entropi under kompleksdannelse. Denne konstant er direkte forbundet med terapeutiske eller funktionelle virkninger. Generelt har komplekser, der er stærkere og fungerer bedre, højere stabilitetskonstanter.
Kernemagnetisk resonansspektroskopi, differentiel scanningskalorimetri og røntgenkrystallografi er nogle af de mest avancerede analytiske metoder, der kan bruges til at studere komplekse systemers struktur og opførsel i detaljer. Disse værktøjer gør det muligt at skabe formuleringer, der fungerer bedst til bestemte formål.
For at lave industriel cyclodextrin skal du bruge komplekse bioteknologiske metoder og strenge kvalitetskontrolsystemer. Fordi fremstillingsprocessen er så kompliceret, har vi brug for kilder med stor erfaring med fremstilling af farmaceutiske hjælpestoffer.
Temperatur, pH, reaktionstid og måden, produktet rengøres på, har alle stor betydning for dets kvalitet og stabilitet. For at understøtte kommerciel farmaceutisk forskning skal leverandører vise, at de kan gentage batcher og levere pålidelige forsyninger over en længere periode.
Lovgivningsoverholdelse tilføjer endnu en sværhedsgrad, hvilket kræver detaljerede optegnelser og valideringsundersøgelser. Succesfulde produktleverandører holder deres lægemiddel-masterfiler ajour og yder teknisk hjælp til kundeforskrifter.
Efterhånden som forskerne finder nye metoder til at indkapsle molekyler, bliver produktteknologiens transformative virkninger på medicinal-, fødevare- og industriel brug stadig større. Dette fleksible hjælpestof løser vigtige problemer inden for lægemiddeltransport, produktstabilitet og ydeevneforbedring ved at bruge elegante molekylære løsninger.
Der er meget håb for cyclodextrininnovation i fremtiden. Forskere undersøger stadig nye derivater, forbedrede applikationer og kombinationsteknologier. Da formuleringsproblemer bliver sværere at løse, gør cyclodextrins særlige egenskaber det til et væsentligt værktøj til at skabe nye produkter i mange forskellige virksomheder rundt om i verden.
1. Hvordan adskiller cyclodextrin sig fra andre stoffer, der får ting til at opløses bedre?
Det får ikke bare opløsningsmidler til at holde mere, det gør det gennem en unik kemisk indkapslingsproces. Traditionelle solubiliseringsmidler kan ikke gøre alle disse ting på samme tid, men denne proces kan. Det forbedrer stabiliteten, maskerer smag og kontrollerer frigivelsen.
2. Hvordan finder jeg ud af, hvilken type cyclodextrin der vil fungere bedst til mit projekt?
Valget er for det meste baseret på gæstemolekylets størrelse og funktioner. Alfa-cyclodextrin fungerer bedst med små molekyler, beta-cyclodextrin fungerer bedst med mellemstore kemikalier, og gamma-cyclodextrin fungerer bedst med store molekyler. Molekylær modellering og eksperimentel screening hjælper med at gøre udvælgelsesprocessen bedre.
3. Hvis du bruger det, er der nogen grund til at være sikker?
Sikkerhedsprofilerne for naturlige cyclodextriner og godkendte versioner er meget gode. Beta-cyclodextrin og dets derivater menes normalt at være sikre til brug i fødevarer. Materialer af farmaceutisk kvalitet opfylder på den anden side strenge sikkerhedsstandarder for menneskelig brug.
4. Hvilke faktorer påvirker sikkerheden i et inklusionskompleks?
Molekylær tilpasning i rummet, temperatur, pH, koncentration og konkurrerende stoffer kan alle påvirke, hvor stabilt et kompleks er. De bedste betingelser maksimerer den termiske fordel og reducerer mængden af kompleks dissociation, der sker under brug og opbevaring.
5. Hvilken effekt har cyclodextrin på, hvordan lægemidler frigives?
Afhængigt af hvordan formuleringen er lavet, kan den fremskynde, bremse eller begrænse lægemiddelfrigivelsen. Hurtig kompleks dissociation forbedrer øjeblikkelig frigivelse, og polymerkombinationer giver mulighed for udvidede frigivelsesmønstre, der kan skræddersyes til specifikke terapeutiske behov.
6. Er det muligt at bruge cyclodextrin sammen med andre ingredienser?
Det har vist sig, at det fungerer godt med de fleste medicin hjælpestoffer. Kombination af polymerer, overfladeaktive stoffer og andre nyttige hjælpestoffer på smarte måder kan ofte give fordele, der går ud over, hvad hver komponent kan gøre alene.
Du kan stole på DELI Biochemical som producent af cyclodextrin. De har over 26 års erfaring med at lave farmaceutiske hjælpestoffer, der kan hjælpe dig med selv de sværeste formuleringsprojekter. Vores brede udvalg af produkter til salg og bevist evne til at gøre dem godt hjælper medicinalvirksomheder med at nå nye højder inden for lægemiddellevering og stabilitetsforbedring.
Kontakt vores tekniske team på xadl@xadl.com for at diskutere, hvordan vores produktløsninger kan revolutionere din næste formulering.
1. Jambhekar, S.S., Breen, P. "Cyclodextriner i farmaceutiske formuleringer II: solubilisering, bindingskonstant og kompleksdannelseseffektivitet." Drug Discovery Today 21, nr. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. "Cyclodextrins as pharmaceutical solubilizers." Advanced Drug Delivery Anmeldelser 59, no. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, S.V., Loftsson, T. "Cyclodextrins." International Journal of Pharmaceutics 453, nr. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. "Introduktion og generel oversigt over cyclodextrinkemi." Kemikalieanmeldelser 98, nr. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, L.A., Ahmed, I. "Anvendelsen af cyclodextriner til at forbedre oral biotilgængelighed." Journal of Controlled Release 123, nr. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. "Cyclodextriner i lægemiddellevering: en opdateret anmeldelse." AAPS PharmSciTech 6, no. 2 (2005): E329-E357.
