Descoperirea ciclodextrinei este unul dintre cei mai importanți pași înainte în istoria alimentelor și medicinei. Această oligozaharidă ciclică care apare în mod natural a schimbat modul în care livrăm medicamentele, păstrăm alimentele proaspete și folosim o mulțime de alte substanțe chimice în industrie. Produsul face complexe de incluziune care abordează probleme importante în multe domenii datorită structurii sale moleculare distincte, care are o cavitate interioară hidrofobă și o suprafață exterioară hidrofilă. Acest excipient flexibil schimbă știința formulării și procesele de fabricație din întreaga lume. Poate face orice, de la îmbunătățirea absorbției medicamentelor până la ascunderea gusturilor proaste în medicamente.
Când ne uităm la modul în care funcționează ciclodextrina la nivel molecular, domeniul interesant al chimiei supramoleculare prinde viață. Unitățile de glucoză din aceste molecule în formă de con sunt conectate prin legături α-1,4-glicozidice. Există trei tipuri principale: alfa-ciclodextrină, care are șase unități de glucoză, beta-ciclodextrină, care are șapte unități și gama-ciclodextrină, care are opt unități.
Cavitățile din fiecare versiune au o dimensiune diferită, ceea ce permite moleculelor să se atașeze și să interacționeze cu diferiți compuși. Pentru alfa-ciclodextrină, lățimea cavității hidrofobe este între 4,7 și 5,3 Å, iar pentru gama-ciclodextrină, este între 7,5-8,3 Å. Această capacitate de a alege dimensiunea potrivită permite încapsularea precisă a moleculelor pe baza proprietăților lor chimice și fizice.
Temperatura, pH-ul, rapoartele de concentrație și cât de compatibile termodinamic sunt moleculele gazdă și oaspete sunt câteva dintre lucrurile care afectează cât de bine sunt încapsulate moleculele. Cercetătorii au descoperit că cea mai bună formare a complexului de incluziune are loc atunci când molecula invitată se potrivește perfect în buzunarul produsului, valorificând la maximum forțele van der Waals și interacțiunile hidrofobe.
Aproximativ 40% dintre medicamentele de pe piață și până la 90% dintre compușii din cercetare au probleme cu dizolvarea necorespunzătoare în apă. Complecșii de incluziune de ciclodextrină rezolvă această problemă prin îmbunătățirea ratelor de absorbție și de descompunere. Când moleculele de medicament cărora nu le place apa intră în buzunarul produsului, ele formează un complex care menține medicamentul într-o stare care arată ca și cum ar fi dizolvat.
Testele clinice arată că complexarea ciclodextrinei poate face compușii care nu se dizolvă ușor cu 200 până la 500% mai biodisponibili. Injecție cu voriconazol, care se face cubetadex sulfobutil eter de sodiu, este un bun exemplu de cât de bine funcționează această metodă în medicamentele comerciale.
Problemele legate de stabilitatea farmaceutică costă industrie miliarde de dolari în fiecare an în rambursări de produse și eforturi pentru a schimba modul în care sunt fabricate medicamentele. Încapsularea ciclodextrinei împiedică lumina, oxigenul, căldura și umiditatea să descompună ingredientele medicinale active care sunt sensibile la acestea.
Complexul funcționează ca un scut molecular, crescând foarte mult durata de valabilitate, păstrând în același timp eficacitatea terapeutică. De asemenea, formulările cu eliberare controlată care dau medicamente continuu pentru perioade lungi de timp sunt posibile atunci când ciclodextrina este amestecată cu materiale precum hidroxipropil metilceluloza.
Respectarea pacientului este foarte importantă pentru succesul terapiei, în special pentru copii și persoanele în vârstă. O mulțime de ingrediente active au gusturi acrișoare, metalice sau neplăcute, care îi fac pe oameni mai puțin probabil să-și ia medicamentele așa cum este prescris.
Prin introducerea moleculelor rele în cavitatea hidrofobă, încapsularea ciclodextrinei ascunde cu succes aceste proprietăți organoleptice. Papilele gustative nu pot capta substanțele chimice care sunt incluse, dar medicamentul poate fi încă absorbit odată ce ajunge în intestine.
Când medicamentele sunt administrate prin IV, acestea trebuie să îndeplinească standarde foarte înalte de siguranță și eficacitate. Derivații de ciclodextrină, în specialsulfobutileter-beta-ciclodextrinăşihidroxipropil-beta-ciclodextrină, sunt foarte bine tolerate atunci când sunt administrate prin IV.
Acești excipienți fac posibilă formularea de substanțe chimice care nu puteau fi livrate înainte, deoarece se dizolvă suficient de bine fără a utiliza cosolvenți nocivi. Defalcarea rapidă a complexelor de incluziune în plasma sanguină asigură că medicamentul este disponibil imediat, prevenind în același timp acumularea de excipienți.
Există o presiune constantă asupra afacerilor alimentare pentru a utiliza mai puțini conservanți sintetici, păstrând în același timp calitatea și siguranța produselor lor. Prin încapsularea antimicrobienilor naturali, antioxidanților și ingredientelor aromatice în molecule, tehnologia ciclodextrinei oferă noi modalități de rezolvare a problemelor.
Uleiurile esențiale care sunt încapsulate își păstrează proprietățile antibacteriene, dar își pierd aromele puternice care ar putea face mâncarea să aibă un gust prea puternic. Această aplicație prelungește în mod natural durata de valabilitate a produselor, în timp ce satisface cererea clienților pentru produse „cu etichetă curată”.
O mulțime de substanțe chimice bune, cum ar fi curcumina, resveratrolul și acizii grași omega-3, nu sunt biodisponibile, ceea ce înseamnă că nu pot fi utilizate ca medicamente. Complexarea cu ciclodextrină face mult mai ușor absorbția acestor ingrediente nutritive.
Studiile arată că concentrațiile plasmatice ale complexelor curcumină-ciclodextrină sunt de 10-15 ori mai mari decât cele ale formulărilor normale de curcumină. Cu această îmbunătățire, dozele orale care nu funcționau înainte pot fi acum utilizate terapeutic pentru persoanele care caută opțiuni naturale de sănătate.
Compușii volatili de aromă îngreunează depozitarea și prepararea alimentelor în anumite moduri. Când faceți ceva, temperaturile ridicate pot strica aromele delicate, iar atunci când este depozitat, condițiile pot face ca aromele să se miște sau să se înrăutățească.
Încapsularea cu ciclodextrină menține aceste substanțe chimice valoroase în siguranță în timpul procesării și le permite să fie eliberate lent în timpul consumului. Tehnologia păstrează aromele la fel de la fermă până la farfurie, ceea ce îi face pe clienți mai fericiți și îmbunătățește calitatea produsului.
Dincolo de utilizările sale tradiționale în industria medicală și alimentară, poate fi folosit în mediul înconjurător. Prin recunoașterea moleculară selectivă și încapsulare, aceste molecule sunt foarte bune pentru a scăpa de toxinele organice din apa și pământul poluat.
Materialele realizate din produs pot scoate erbicide, solvenți industriali și produse petroliere din matricele de mediu. Poluanții care sunt încapsulați sunt mai ușor de separat și de eliminat în siguranță, ceea ce ajută la curățarea mediului din întreaga lume.
Utilizările avansate ale senzorilor chimici sunt posibile de abilitățile de recunoaștere moleculară care îl fac util pentru livrarea medicamentelor. Folosind derivați modificați de ciclodextrină, moleculele individuale pot fi găsite în amestecuri complexe prin crearea de complecși de incluziune care trimit semnale care pot fi măsurate.
Acești senzori sunt utilizați pentru a testa siguranța alimentelor, pentru a supraveghea împrejurimile și pentru a asigura calitatea medicamentelor. Chimia gazdă-oaspete este mai bună decât multe alte metode de diagnostic, deoarece este mai selectivă și mai sensibilă.
Formulatorii pot folosi cel mai bine ciclodextrinei prin înțelegerea fizicii complecșilor de incluziune. Interacțiunile hidrofobe, forțele van der Waals și legăturile de hidrogen dintre moleculele gazdă și oaspete sunt câteva dintre forțele care mișcă lucrurile.
Constanta de stabilitate este stabilită de modificările entalpiei și entropiei în timpul complexării. Această constantă este direct legată de efectele terapeutice sau funcționale. În general, complexele care sunt mai puternice și funcționează mai bine au constante de stabilitate mai mari.
Spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară, calorimetria cu scanare diferențială și cristalografia cu raze X sunt unele dintre cele mai avansate metode analitice care pot fi utilizate pentru a studia structura și comportamentul sistemelor complexe în detaliu. Aceste instrumente fac posibilă crearea unor formulări care funcționează cel mai bine pentru anumite utilizări.
Pentru a face ciclodextrină industrială, trebuie să utilizați metode complexe de bioinginerie și sisteme stricte de control al calității. Deoarece procesul de fabricație este atât de complicat, avem nevoie de surse cu multă experiență în fabricarea excipienților farmaceutici.
Temperatura, pH-ul, timpul de reacție și modul în care produsul este curățat toate au un efect mare asupra calității și stabilității acestuia. Pentru a sprijini cercetarea farmaceutică comercială, furnizorii trebuie să demonstreze că pot repeta loturile și pot furniza provizii de încredere pe o perioadă lungă de timp.
Conformitatea cu reglementările adaugă un alt nivel de dificultate, necesitând înregistrări detaliate și studii de validare. Furnizorii de produse de succes își păstrează fișierele de bază pentru medicamente la zi și oferă asistență tehnică pentru trimiterile de reglementare ale clienților.
Pe măsură ce cercetătorii găsesc noi metode pentru încapsularea moleculelor, efectele transformatoare ale tehnologiei produsului asupra utilizărilor farmaceutice, alimentare și industriale continuă să crească. Acest excipient flexibil rezolvă probleme importante în transportul medicamentelor, stabilitatea produsului și îmbunătățirea performanței prin utilizarea unor soluții moleculare elegante.
Există multe speranțe pentru inovarea ciclodextrinei în viitor. Cercetătorii încă caută noi derivate, aplicații îmbunătățite și tehnologii combinate. Pe măsură ce problemele de formulare devin mai greu de rezolvat, proprietățile speciale ale ciclodextrinei o fac un instrument esențial pentru crearea de noi produse în multe afaceri diferite din întreaga lume.
1. Cum este ciclodextrina diferită de alte substanțe care fac lucrurile să se dizolve mai bine?
Nu doar face ca solvenții să rețină mai mult, ci o face printr-un proces unic de încapsulare chimică. Solubilizanții tradiționali nu pot face toate aceste lucruri în același timp, dar acest proces poate. Îmbunătățește stabilitatea, maschează gusturile și controlează eliberarea.
2. Cum îmi dau seama ce tip de ciclodextrină va funcționa cel mai bine pentru proiectul meu?
Alegerea se bazează în principal pe dimensiunea și caracteristicile moleculei invitate. Alfa-ciclodextrina funcționează cel mai bine cu molecule mici, beta-ciclodextrina funcționează cel mai bine cu substanțe chimice de dimensiuni medii, iar gamma-ciclodextrina funcționează cel mai bine cu molecule mari. Modelarea moleculară și screening-ul experimental ajută la îmbunătățirea procesului de selecție.
3. Dacă îl utilizați, există vreun motiv pentru a rămâne în siguranță?
Profilele de siguranță ale ciclodextrinelor naturale și ale versiunilor aprobate sunt foarte bune. Beta-ciclodextrina și derivații săi sunt de obicei considerați a fi siguri pentru utilizare în alimente. Materialele de calitate farmaceutică, pe de altă parte, îndeplinesc standarde stricte de siguranță pentru uz uman.
4. Ce factori afectează securitatea unui complex de incluziune?
Potrivirea moleculară în spațiu, temperatura, pH-ul, concentrația și substanțele concurente pot afecta cât de stabil este un complex. Cele mai bune condiții maximizează favorabilitatea termică și reduc cantitatea de disociere complexă care are loc în timpul utilizării și depozitării.
5. Ce efect are ciclodextrina asupra modului în care sunt eliberate medicamentele?
În funcție de modul în care este făcută formula, aceasta poate accelera, încetini sau limita eliberarea medicamentului. Disocierea rapidă a complexului îmbunătățește eliberarea instantanee, iar combinațiile de polimeri permit modele de eliberare extinsă care pot fi adaptate nevoilor terapeutice specifice.
6. Se poate folosi ciclodextrina cu alte ingrediente?
S-a demonstrat că funcționează bine cu majoritatea excipienților medicamentelor. Combinarea polimerilor, agenților tensioactivi și a altor excipienți utili în moduri inteligente poate oferi adesea beneficii care depășesc ceea ce poate face fiecare componentă singură.
Puteți avea încredere în DELI Biochemical ca producător de ciclodextrină. Au peste 26 de ani de experiență în fabricarea excipienților farmaceutici care vă pot ajuta chiar și în cele mai dificile proiecte de formulare. Gama noastră largă de produse de vânzare și capacitatea dovedită de a le face bine ajută companiile farmaceutice să atingă noi culmi în livrarea medicamentelor și îmbunătățirea stabilității.
Contactați echipa noastră tehnică la xadl@xadl.com pentru a discuta despre modul în care soluțiile noastre de produse vă pot revoluționa următoarea formulă.
1. Jambhekar, S.S., Breen, P. „Ciclodextrine în formulări farmaceutice II: solubilizare, constantă de legare și eficiență de complexare”. Drug Discovery Today 21, nr. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. „Cyclodextrines as pharmaceutical solubilizers”. Evaluări avansate de livrare a medicamentelor 59, nr. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, S.V., Loftsson, T. „Ciclodextrine”. Jurnalul Internațional de Farmaceutică 453, nr. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. „Introducere și prezentare generală a chimiei ciclodextrinei”. Chemical Reviews 98, nr. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, L.A., Ahmed, I. „Utilitatea ciclodextrinelor pentru îmbunătățirea biodisponibilității orale”. Journal of Controlled Release 123, nr. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. „Ciclodextrine în livrarea medicamentelor: o revizuire actualizată”. AAPS PharmSciTech 6, nr. 2 (2005): E329-E357.
