Upptäckten av cyklodextrin är ett av de viktigaste stegen framåt i matens och medicinens historia. Denna naturligt förekommande cykliska oligosackarid har förändrat hur vi levererar läkemedel, håller maten fräsch och använder många andra kemikalier inom industrin. Produkten gör inklusionskomplex som tar itu med viktiga problem inom många områden tack vare sin distinkta molekylstruktur, som har en hydrofob inre hålighet och en hydrofil yttre yta. Detta flexibla hjälpämne förändrar formuleringsvetenskap och tillverkningsprocesser över hela världen. Det kan göra allt från att förbättra läkemedelsabsorptionen till att dölja dålig smak i mediciner.
När vi tittar på hur cyklodextrin fungerar på molekylär nivå vaknar det intressanta området supramolekylär kemi till liv. Glukosenheterna i dessa konformade molekyler är förbundna med α-1,4-glykosidbindningar. Det finns tre huvudtyper: alfa-cyklodextrin, som har sex glukosenheter, beta-cyklodextrin, som har sju enheter, och gamma-cyklodextrin, som har åtta enheter.
Kaviteterna i varje version har olika storlek, vilket gör att molekyler kan fästa och interagera med olika föreningar. För alfa-cyklodextrin är den hydrofoba kavitetsbredden mellan 4,7 och 5,3 Å, och för gamma-cyklodextrin är den mellan 7,5-8,3 Å. Denna förmåga att välja rätt storlek möjliggör noggrann inkapsling av molekyler baserat på deras kemiska och fysikaliska egenskaper.
Temperatur, pH, koncentrationsförhållanden och hur termodynamiskt kompatibla värd- och gästmolekylerna är några av de saker som påverkar hur väl molekyler är inkapslade. Forskare har funnit att den bästa inklusionskomplexbildningen sker när gästmolekylen passar perfekt in i produktens ficka, vilket gör det mesta av van der Waals krafter och hydrofoba interaktioner.
Cirka 40 % av läkemedlen på marknaden och upp till 90 % av föreningarna i forskning har problem med att inte lösas upp bra i vatten. Cyklodextrininklusionskomplex löser detta problem genom att göra absorptions- och nedbrytningshastigheter mycket bättre. När läkemedelsmolekyler som inte gillar vatten kommer in i produktfickan, bildar de ett komplex som håller läkemedlet i ett tillstånd som ser ut som om det är upplöst.
Kliniska tester visar att cyklodextrinkomplexbildning kan göra föreningar som inte löser sig lätt 200 till 500 % mer biotillgängliga. Voriconazole injektion, som är gjord medbetadex sulfobutyleternatrium, är ett bra exempel på hur väl denna metod fungerar i kommersiella läkemedel.
Problem med läkemedelsstabilitet kostar industrin miljarder dollar varje år i produktåterbetalningar och ansträngningar för att förändra hur läkemedel tillverkas. Cyklodextrininkapsling hindrar ljus, syre, värme och fuktighet från att bryta ner aktiva medicinska ingredienser som är känsliga för dem.
Komplexet fungerar som en molekylär sköld, vilket avsevärt ökar hållbarheten samtidigt som den behåller den terapeutiska effektiviteten. Dessutom är formuleringar med kontrollerad frisättning som ger läkemedel kontinuerligt under långa tidsperioder möjliga när cyklodextrin blandas med material som hydroxipropylmetylcellulosa.
Att patienten följs är mycket viktigt för att terapin ska lyckas, särskilt för barn och äldre. Många aktiva ingredienser har sur, metallisk eller på annat sätt obehaglig smak som gör att människor mindre benägna att ta sin medicin enligt ordination.
Genom att placera de dåliga molekylerna inuti den hydrofoba kaviteten döljer cyklodextrininkapsling framgångsrikt dessa organoleptiska egenskaper. Smaklökarna kan inte ta upp kemikalierna som är inneslutna, men läkemedlet kan fortfarande absorberas när det väl kommer till tarmarna.
När läkemedel ges genom en IV måste de uppfylla mycket höga krav på säkerhet och effektivitet. Cyklodextrinderivat, specielltsulfobutyleter-beta-cyklodextrinochhydroxipropyl-beta-cyklodextrin, tolereras mycket väl när de ges genom en IV.
Dessa hjälpämnen gör det möjligt att formulera kemikalier som inte kunde levereras tidigare eftersom de löser sig tillräckligt bra utan att använda skadliga hjälplösningsmedel. Den snabba nedbrytningen av inklusionskomplex i blodplasma säkerställer att läkemedlet är tillgängligt direkt samtidigt som det förhindrar ansamling av hjälpämnen.
Det finns ett konstant tryck på livsmedelsbranschen att använda färre syntetiska konserveringsmedel samtidigt som kvaliteten och säkerheten på sina produkter bibehålls. Genom att kapsla in naturliga antimikrobiella medel, antioxidanter och smakingredienser i molekyler, erbjuder cyklodextrinteknologi nya sätt att lösa problem.
Eteriska oljor som är inkapslade behåller sina antibakteriella egenskaper men förlorar sina starka smaker som kan göra att maten smakar för starkt. Denna applikation förlänger naturligtvis produkternas hållbarhet samtidigt som de möter kundernas efterfrågan på "clean label"-produkter.
Många bra kemikalier, som curcumin, resveratrol och omega-3-fettsyror, är inte biotillgängliga, vilket innebär att de inte kan användas som medicin. Cyklodextrinkomplexbildning gör det mycket lättare för dessa näringsingredienser att absorberas.
Studier visar att plasmakoncentrationerna av curcumin-cyklodextrinkomplex är 10–15 gånger högre än de för normala curcuminformuleringar. Med denna förbättring kan orala doser som inte fungerade tidigare nu användas terapeutiskt för personer som letar efter naturliga hälsoalternativ.
Flyktiga smakföreningar gör det svårare att lagra och tillaga mat på vissa sätt. När man gör något kan höga temperaturer förstöra ömtåliga smaker, och när det förvaras kan förhållandena få smakerna att flytta runt eller bli värre.
Cyklodextrininkapsling håller dessa värdefulla kemikalier säkra under bearbetning och låter dem frigöras långsamt under konsumtion. Tekniken håller smakerna oförändrade från gården till tallriken, vilket gör kunderna gladare och förbättrar kvaliteten på produkten.
Utöver dess traditionella användningsområden inom medicin- och livsmedelsindustrin kan den användas i miljön. Genom selektiv molekylär igenkänning och inkapsling är dessa molekyler mycket bra på att bli av med organiska gifter från förorenat vatten och mark.
Material tillverkade av produkten kan få ut herbicider, industriella lösningsmedel och petroleumprodukter ur miljömatriser. Föroreningarna som är inkapslade är lättare att separera och bli av med på ett säkert sätt, vilket hjälper till att städa upp miljön runt om i världen.
Avancerad användning av kemiska sensorer möjliggörs av de molekylära igenkänningsförmågan som gör den användbar för läkemedelstillförsel. Med hjälp av modifierade cyklodextrinderivat kan enskilda molekyler hittas i komplexa blandningar genom att skapa inklusionskomplex som skickar ut signaler som kan mätas.
Dessa sensorer används för att testa livsmedelssäkerhet, hålla ett öga på omgivningen och säkerställa kvaliteten på läkemedel. Värd-gästkemi är bättre än många andra diagnostiska metoder eftersom den är mer selektiv och känslig.
Formulatorer kan utnyttja cyklodextrin på bästa sätt genom att förstå inklusionskomplexens fysik. Hydrofoba interaktioner, van der Waals-krafter och vätebindningar mellan värd- och gästmolekyler är några av de krafter som flyttar saker.
Stabilitetskonstanten sätts av förändringar i entalpi och entropi under komplexbildning. Denna konstant är direkt kopplad till terapeutiska eller funktionella effekter. I allmänhet har komplex som är starkare och fungerar bättre högre stabilitetskonstanter.
Kärnmagnetisk resonansspektroskopi, differentiell scanningskalorimetri och röntgenkristallografi är några av de mest avancerade analytiska metoderna som kan användas för att studera strukturen och beteendet hos komplexa system i detalj. Dessa verktyg gör det möjligt att skapa formuleringar som fungerar bäst för vissa användningsområden.
För att göra industriell cyklodextrin måste du använda komplexa bioteknikmetoder och strikta kvalitetskontrollsystem. Eftersom tillverkningsprocessen är så komplicerad behöver vi källor med mycket erfarenhet av att tillverka farmaceutiska hjälpämnen.
Temperatur, pH, reaktionstid och hur produkten rengörs har alla stor inverkan på dess kvalitet och stabilitet. För att stödja kommersiell läkemedelsforskning måste leverantörer visa att de kan upprepa batcher och tillhandahålla tillförlitliga leveranser under lång tid.
Regelefterlevnad lägger till ytterligare en svårighetsgrad, vilket kräver detaljerade register och valideringsstudier. Framgångsrika produktleverantörer håller sina läkemedelsmasterfiler uppdaterade och tillhandahåller teknisk hjälp för kundföreskrifter.
I takt med att forskare hittar nya metoder för att inkapsla molekyler, fortsätter de transformativa effekterna av produktteknologin på läkemedel, livsmedel och industriell användning att växa. Detta flexibla hjälpämne löser viktiga problem inom läkemedelstransport, produktstabilitet och prestandaförbättring genom att använda eleganta molekylära lösningar.
Det finns mycket hopp om cyklodextrininnovation i framtiden. Forskare undersöker fortfarande nya derivat, förbättrade applikationer och kombinationsteknologier. Eftersom formuleringsproblem blir svårare att lösa, gör cyklodextrins speciella egenskaper det till ett viktigt verktyg för att skapa nya produkter i många olika företag runt om i världen.
1. Hur skiljer sig cyklodextrin från andra ämnen som får saker att lösas upp bättre?
Det gör inte bara att lösningsmedel håller mer, det gör det genom en unik kemisk inkapslingsprocess. Traditionella solubiliseringsmedel kan inte göra alla dessa saker samtidigt, men den här processen kan. Det förbättrar stabiliteten, maskerar smaker och kontrollerar frisättningen.
2. Hur tar jag reda på vilken typ av cyklodextrin som fungerar bäst för mitt projekt?
Valet är mest baserat på storleken och egenskaperna hos gästmolekylen. Alfa-cyklodextrin fungerar bäst med små molekyler, beta-cyklodextrin fungerar bäst med medelstora kemikalier och gamma-cyklodextrin fungerar bäst med stora molekyler. Molekylär modellering och experimentell screening hjälper till att göra urvalsprocessen bättre.
3. Om du använder det, finns det någon anledning att vara säker?
Säkerhetsprofilerna för naturliga cyklodextriner och godkända versioner är mycket bra. Beta-cyklodextrin och dess derivat anses vanligtvis vara säkra för användning i livsmedel. Farmaceutisk kvalitet, å andra sidan, uppfyller strikta säkerhetsstandarder för mänsklig användning.
4. Vilka faktorer påverkar säkerheten i ett inkluderingskomplex?
Molekylär passform i rummet, temperatur, pH, koncentration och konkurrerande ämnen kan alla påverka hur stabilt ett komplex är. De bästa förhållandena maximerar den termiska fördelningen och minskar mängden komplex dissociation som sker under användning och lagring.
5. Vilken effekt har cyklodextrin på hur läkemedel frisätts?
Beroende på hur formuleringen är gjord kan den påskynda, sakta ner eller begränsa läkemedelsfrisättningen. Snabb komplex dissociation förbättrar omedelbar frisättning, och polymerkombinationer möjliggör förlängda frisättningsmönster som kan skräddarsys för specifika terapeutiska behov.
6. Är det möjligt att använda cyklodextrin med andra ingredienser?
Det har visat sig att det fungerar bra med de flesta läkemedelshjälpämnen. Att kombinera polymerer, ytaktiva ämnen och andra användbara hjälpämnen på smarta sätt kan ofta ge fördelar som går utöver vad varje komponent kan göra på egen hand.
Du kan lita på DELI Biochemical som tillverkare av cyklodextrin. De har över 26 års erfarenhet av att tillverka farmaceutiska hjälpämnen som kan hjälpa dig med även de svåraste formuleringsprojekten. Vårt breda utbud av produkter till salu och vår bevisade förmåga att göra dem väl hjälper läkemedelsföretagen att nå nya höjder i läkemedelsleverans och stabilitetsförbättring.
Kontakta vårt tekniska team på xadl@xadl.com för att diskutera hur våra produktlösningar kan revolutionera din nästa formulering.
1. Jambhekar, S.S., Breen, P. "Cyklodextriner i farmaceutiska formuleringar II: solubilisering, bindningskonstant och komplexbildningseffektivitet." Drug Discovery Today 21, nr. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. "Cyclodextrins as pharmaceutical solubilizers." Advanced Drug Delivery Recensioner 59, nr. 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 och allmän översikt av cyklodextrinkemi." Chemical Reviews 98, nr. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, L.A., Ahmed, I. "Användningen av cyklodextriner för att förbättra oral biotillgänglighet." Journal of Controlled Release 123, nr. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. "Cyclodextrins in drug delivery: en uppdaterad recension." AAPS PharmSciTech 6, nr. 2 (2005): E329-E357.
