Ιστορία των κυκλοδεξτρινών: Μια μεγάλη ιστορία εν συντομία
Οι κυκλοδεξτρίνες είναι κυκλικά ολιγομερή της γλυκόζης που προέρχονται φυσικά από την ενζυματική αποικοδόμηση των πιο βασικών πολυσακχαριτών, του αμύλου. Είναι γνωστά για σχεδόν 130 χρόνια, αλλά πραγματικά έκαναν την ανακάλυψη τους τη δεκαετία του 1980 με τις πρώτες εφαρμογές στη βιομηχανία φαρμάκων και τροφίμων. Από τη δεκαετία του 1980, ο συνολικός αριθμός δημοσιεύσεων και διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας για τις κυκλοδεξτρίνες ξεπερνά τις 53.000.
1891-1936: Η περίοδος των ανακαλύψεων
Η ιστορία τους ξεκινά στη Γαλλία το 1891, όταν ο Antoine Villiers, φαρμακοποιός και χημικός, δημοσιεύει την πρώτη αναφορά στις κυκλοδεξτρίνες. Ο Villiers εργαζόταν για τη δράση των ενζύμων σε διάφορους υδατάνθρακες και περιέγραψε ότι υπό ορισμένες συνθήκες το άμυλο πατάτας μπορεί να ζυμωθεί για να δώσει κυρίως δεξτρίνες υπό τη δράση του Bacillus amylobacter. Ο όρος δεξτρίνες είχε ήδη χρησιμοποιηθεί εκείνη την εποχή για να περιγράψει τα προϊόντα αποικοδόμησης του αμύλου. Ο Villiers πρότεινε να ονομαστεί αυτή η κρυσταλλική ουσία «κυτταρίνη» λόγω των ομοιοτήτων της με την κυτταρίνη [1].
Λίγα χρόνια αργότερα, ο «ιδρυτής» της χημείας της κυκλοδεξτρίνης, Franz Schardinger, ένας Αυστριακός μικροβιολόγος, απομόνωσε έναν μικροοργανισμό (Bacillus macerans) που παρήγαγε αναπαραγώγιμα δύο διακριτές κρυσταλλικές ουσίες όταν καλλιεργούνταν σε ένα μέσο που περιέχει άμυλο [2]. Αναγνώρισε αυτούς τους δύο τύπους πολυσακχαριτών, ως κρυσταλλική δεξτρίνη Α και κρυσταλλική δεξτρίνη Β, και έδωσε την πρώτη λεπτομερή περιγραφή της παρασκευής και του διαχωρισμού αυτών των δύο δεξτρινών.
1936–1970: Η περίοδος εξερεύνησης
Από το 1911 έως το 1935 ήρθε μια περίοδος αμφιβολιών και διαφωνιών και μόλις στα μέσα της δεκαετίας του 1930 αναπτύχθηκε ξανά η έρευνα για τις δεξτρίνες.
Η περίοδος εξερεύνησης χαρακτηρίστηκε από τα πολυάριθμα αποτελέσματα που λήφθηκαν από τους Freudenberg και French σχετικά με τη δομή των μορίων της «δεξτρίνης Schardinger». Στη δεκαετία του 1940 ο Freudenberg και οι συνεργάτες του ανακάλυψαν το γ-CD και στη συνέχεια έλυσαν τη δομή του κυκλικού ολιγοσακχαρίτη των μορίων της κυκλοδεξτρίνης.
1950–1970: Η περίοδος ωρίμανσης
Αφού ανακάλυψαν τη σκοπιμότητα παρασκευής συμπλεγμάτων κυκλοδεξτρίνης, οι Freudenberg, Cramer και Plieninger δημοσίευσαν το πρώτο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που σχετίζεται με CD το 1953, σχετικά με τις εφαρμογές των κυκλοδεξτρινών σε φαρμακευτικά σκευάσματα που ξεκινούν τη μετάβασή τους από την ακαδημαϊκή έρευνα στις βιομηχανικές εφαρμογές, ως μέρος της καθημερινής μας ζει [3].
1970-Σήμερα: Η περίοδος των αιτήσεων
Από το 1970 και μετά, το ενδιαφέρον για τις κυκλοδεξτρίνες αυξήθηκε. Έκτοτε, έχουμε μυηθεί σε πολυάριθμες βιομηχανικές και φαρμακευτικές εφαρμογές, ενώ έχει συσσωρευτεί εντυπωσιακή επιστημονική βιβλιογραφία και σημειώθηκε αύξηση των καταθέσεων διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας. Στις μέρες μας, οι κυκλοδεξτρίνες εξακολουθούν να γοητεύουν τους ερευνητές και κάθε χρόνο, περισσότερες από 2000 δημοσιεύσεις, συμπεριλαμβανομένων άρθρων και κεφαλαίων βιβλίων, αφιερώνονται στις κυκλοδεξτρίνες [4].
Εφαρμογές Κυκλοδεξτρινών
Οι κυκλοδεξτρίνες και τα παράγωγά τους, λόγω της βιοσυμβατότητας και της ευελιξίας τους, έχουν μεγάλη ποικιλία εφαρμογών. Έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως στις κλωστοϋφαντουργικές και φαρμακευτικές βιομηχανίες, καθώς και στη αγροχημεία, την τεχνολογία τροφίμων, τη βιοτεχνολογία, την κατάλυση και τα καλλυντικά.
Οι κυκλοδεξτρίνες έχουν διερευνηθεί άφθονα στον τομέα των φαρμάκων για το σχεδιασμό διαφόρων συστημάτων χορήγησης φαρμάκων. Είναι κυρίως γνωστά ως παράγοντες που ενισχύουν τη σταθερότητα και ενισχύουν την υδατοδιαλυτότητα και τη βιοδιαθεσιμότητα των δραστικών ενώσεων και τμημάτων. Έχουν αναγνωριστεί ως χρήσιμα φαρμακευτικά έκδοχα, ενώ οι πρόσφατες εξελίξεις στην έρευνα της κυκλοδεξτρίνης έχουν δείξει τη δυναμική τους ως ενεργά φαρμακευτικά συστατικά (APIs) για τη θεραπεία αρκετών ασθενειών (π.χ. υπερχοληστερολαιμία, καρκίνος, νόσος Niemann-Pick Type C) [7].
Άλλες εφαρμογές των κυκλοδεξτρινών περιλαμβάνουν αναλυτική χημεία, οργανική χημεία (σύνθεση), μακρομοριακή χημεία (υλικά), χημεία κλικ, υπερμοριακή χημεία, μεμβράνες, τεχνολογία ενζύμων και νανοτεχνολογία (νανοσωματίδια/νανοσπόγγοι για διάφορους τομείς). Ωστόσο, οι βιομηχανίες φαρμάκων, τροφίμων και καλλυντικών παραμένουν οι κύριες αγορές-στόχοι κυκλοδεξτρινών [5].
Σχηματισμός συμπλέγματος εγκλεισμού
Οι περισσότερες από αυτές τις εφαρμογές είναι δυνατές λόγω της ικανότητας των κυκλοδεξτρινών να σχηματίζουν σύμπλοκα εγκλεισμού με ένα ευρύ φάσμα στερεών, υγρών και αέριων ενώσεων. Σε αυτά τα σύμπλοκα, οι φυσικοχημικές ιδιότητες των φιλοξενούμενων μορίων που είναι προσωρινά κλειδωμένα ή εγκλωβισμένα μέσα στην κοιλότητα του ξενιστή (κυκλοδεξτρίνες) τροποποιούνται βαθιά προσφέροντας ενίσχυση διαλυτότητας, σταθεροποίηση και άλλες ευεργετικές ιδιότητες [6].
Βιβλιογραφικές αναφορές:
1. Κρήνη Γ., (2014). Ανασκόπηση: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews, 114(21), 10940-10975. DOI: 10.1021/cr500081p
2. Szejtli J., (2004). Παρελθόν, παρόν και μέλλον της έρευνας της κυκλοδεξτρίνης. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845. DOI: 10.1351/pac200476101825
3. Wüpper S., Lüersen K., Rimbach G., (2021). Κυκλοδεξτρίνες, φυσικές ενώσεις και φυτικά βιοενεργά - μια διατροφική προοπτική. Βιομόρια. 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 χρόνια ανακάλυψης κυκλοδεξτρίνης για την υγεία, τα τρόφιμα, τη γεωργία και τη βιομηχανία: μια ανασκόπηση. 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). Βασικές αρχές και εφαρμογές των κυκλοδεξτρινών. Κυκλοδεξτρίνη Fundamentals, Reactivity and Analysis, 1–55. DOI:10.1007/978-3-319-76159-6_1
6. Singh M., Sharma R., & Banerjee U., (2002). Βιοτεχνολογικές εφαρμογές κυκλοδεξτρινών. Biotechnology Advances, 20(5-6), 341-359. DOI:10.1016/s0734-9750(02)00020-4
7. Di Cagno M. (2016). Το δυναμικό των κυκλοδεξτρινών ως νέα ενεργά φαρμακευτικά συστατικά: μια σύντομη επισκόπηση. Molecules, 22(1), 1. DOI:10.3390/molecules22010001
