Cyclodextrins historie: En lang historie kort
Cyclodextriner er cykliske oligomerer af glucose, der naturligt opstår fra den enzymatiske nedbrydning af de mest essentielle polysaccharider, stivelse. De har været kendt i næsten 130 år, men de fik virkelig deres gennembrud i 1980'erne med de første anvendelser i medicinal- og fødevareindustrien. Siden 1980'erne har det samlede antal publikationer og patenter på cyclodextriner oversteget 53.000.
1891-1936: Opdagelsesperioden
Deres historie begynder i Frankrig i 1891, da Antoine Villiers, farmaceut og kemiker, udgiver den første reference til cyclodextriner. Villiers arbejdede med enzymers virkning på forskellige kulhydrater og beskrev, at kartoffelstivelse under visse betingelser kan gære til hovedsageligt at give dextriner under påvirkning af Bacillus amylobacter. Udtrykket dextriner var allerede på det tidspunkt blevet brugt til at beskrive nedbrydningsprodukterne af stivelse. Villiers foreslog at navngive dette krystallinske stof "cellulose" på grund af dets ligheder med cellulose [1].
Et par år senere isolerede "grundlæggeren" af cyclodextrinkemi, Franz Schardinger, en østrigsk mikrobiolog, en mikroorganisme (Bacillus macerans), der producerede reproducerbart to distinkte krystallinske stoffer, når de blev dyrket på et stivelsesholdigt medium [2]. Han identificerede disse to typer polysaccharider, som krystallinsk dextrin A og krystallinsk dextrin B, og gav den første detaljerede beskrivelse af fremstillingen og adskillelsen af disse to dextriner.
1936–1970: Udforskningsperioden
Fra 1911 til 1935 kom en periode med tvivl og uenighed, og det var først i midten af 1930'erne, at forskningen i dextriner udviklede sig igen.
Udforskningsperioden var præget af de talrige resultater opnået af Freudenberg og French om strukturen af "Schardinger dextrin"-molekylerne. I 1940'erne opdagede Freudenberg og hans medarbejdere γ-CD og løste efterfølgende den cykliske oligosaccharidstruktur af cyclodextrinmolekyler.
1950–1970: Modningsperioden
Efter at have opdaget gennemførligheden af at fremstille cyclodextrin-inklusionskomplekser udgav Freudenberg, Cramer og Plieninger det første CD-relaterede patent i 1953, vedrørende anvendelsen af cyclodextriner i farmaceutiske formuleringer, der initierede deres overgang fra akademisk forskning til industrielle anvendelser, som en del af vores daglige liv [3].
1970-I dag: Ansøgningsperioden
Fra 1970 og frem steg interessen for cyclodextriner. Siden da er vi blevet introduceret til adskillige industrielle og farmaceutiske applikationer, mens der er opbygget imponerende videnskabelig litteratur, og der var en stigning i patentansøgninger. I dag fascinerer cyclodextriner stadig forskere, og hvert år er mere end 2000 publikationer, inklusive artikler og bogkapitler, viet til cyclodextriner [4].
Anvendelser af cyclodextriner
Cyclodextriner og deres derivater har på grund af deres biokompatibilitet og alsidighed en bred vifte af anvendelser. De er blevet brugt i vid udstrækning i tekstil- og farmaceutiske industrier, såvel som i agrokemi, fødevareteknologi, bioteknologi, katalyse og kosmetik.
Cyclodextriner er blevet udforsket rigeligt inden for medicin til design af forskellige lægemiddelleveringssystemer. De er overvejende kendt som midler, der øger stabiliteten og øger vandopløseligheden og biotilgængeligheden af aktive forbindelser og dele. De er blevet anerkendt som nyttige farmaceutiske hjælpestoffer, mens den seneste udvikling inden for cyclodextrinforskning har vist deres potentiale som aktive farmaceutiske ingredienser (API'er) til behandling af adskillige sygdomme (f.eks. hyperkolesterolæmi, cancer, Niemann-Pick Type C sygdom) [7].
Andre anvendelser af cyclodextriner omfatter analytisk kemi, organisk kemi (syntese), makromolekylær kemi (materialer), klikkemi, supramolekylær kemi, membraner, enzymteknologi og nanoteknologi (nanopartikler/nanosvampe til forskellige domæner). Imidlertid forbliver den farmaceutiske, fødevare- og kosmetiske industri som de vigtigste målmarkeder for cyclodextriner [5].
Inklusionskompleks dannelse
De fleste af disse anvendelser er mulige på grund af cyclodextriners evne til at danne inklusionskomplekser med en lang række faste, flydende og gasformige forbindelser. I disse komplekser er de fysisk-kemiske egenskaber af gæstemolekylerne, der midlertidigt er låst eller indkapslet i værtshulrummet (cyclodextriner) dybt modificeret, hvilket giver opløselighedsforøgelse, stabilisering og andre gavnlige egenskaber [6].
Referencer:
1. Crini G., (2014). Anmeldelse: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews, 114(21), 10940-10975. DOI:10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Fortid, nutid og fremtid for cyclodextrinforskning. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845. DOI:10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Cyclodextriner, naturlige forbindelser og plantebioaktive stoffer - et ernæringsmæssigt perspektiv. 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 års opdagelse af cyclodextrin til sundhed, fødevarer, landbrug og industrien: en gennemgang. 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). Grundlæggende og anvendelser af cyclodextriner. 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 af cyclodextriner. Biotechnology Advances, 20(5-6), 341-359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Potentialet af cyclodextriner som nye aktive farmaceutiske ingredienser: en kort oversigt. Molecules, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
