Русская Википедия:Циклодекстрины
Циклодекстри́ны — углеводы, циклические олигомеры глюкозы, получаемые ферментативным путём из крахмала.
В составе циклодекстринов остатки D-(+)-глюкопиранозы объединены в макроциклы α-D-1,4-гликозидными связями. По свойствам циклодекстрины резко отличаются от обычных (линейных) декстринов. Иногда циклодекстрины называют циклоамилозами, цикломальтоолигосахаридами, цикломальтодекстринами. Историческое название: кристаллические декстрины Шардингера.
История изучения
Впервые циклодекстрины были обнаружены М. Вилльером (М. А. Villiers) в 1891 г., исследовавшим продукты метаболизма бактерий Clostridium butyricum, и давшим первое описание этих кристаллических углеводов под названием «целлюлозин» (cellulosine). Наибольший вклад в исследование циклодекстринов внёс позднее (1903—1911 гг.) Ф. Шардингер (F. Schardinger), в честь которого они длительное время назывались декстринами Шардингера.
Структура и свойства
Все циклодекстрины представляют собой белые кристаллические порошки, нетоксичные, практически не имеющие вкуса. Внешне — это белые кристаллические и аморфные субстанции. Количество кристаллизационной воды варьирует от 1 до 18 % в зависимости от методов сушки и приготовления препарата.
Циклодекстрины различают по количеству остатков глюкозы, содержащихся в одной их молекуле. Так простейший представитель — α-циклодекстрин — состоит из 6 глюкопиранозных звеньев. β-циклодекстрин содержит 7, а γ-циклодекстрин — 8 звеньев. Именно эти три типа т.н. натуральных (или нативных) циклодекстринов наиболее распространены и исследованы. Циклодекстрины, молекулы которого состоят из 3-5 глюкопиранозных звеньев, ферментативными методами до сих пор не синтезированы, однако были получены методами органического синтеза.
При трансформации крахмала в циклодекстрины с помощью микробного фермента циклодекстринглюканотрансферазы (ЦГТазы, КФ 2.4.1.19) также образуются циклические сахара, имеющие девять, десять, одиннадцать и более (до 30—60) остатков глюкозы в цикле и обозначаемые соответствующими буквами греческого алфавита σ, ε, ζ, η, θ и т. д. Это так называемые крупнокольцевые (large-ring) циклодекстрины.
В нижеприведённой таблице — основные свойства циклодекстринов:
| Свойство | α-циклодекстрин | β-циклодекстрин | γ-циклодекстрин |
|---|---|---|---|
| Число остатков глюкозы в макроцикле | 6 | 7 | 8 |
| Молекулярный вес, Да | 972,85 | 1134,99 | 1297,14 |
| Внешний диаметр тора, Å | 13,7 | 15,3 | 16,9 |
| Внутренний диаметр полости тора, Å | 5,2 | 6,6 | 8,4 |
| Высота тора, Å | 7,8 | 7,8 | 7,8 |
| Объём внутренней полости, ų | 174 | 262 | 472 |
| Физический объём полости в навеске 1г ЦД, мл: | 0,1 | 0,14 | 0,2 |
| Частичный молярный объём в растворах, мл·моль−1 | 611,4 | 703,8 | 801,2 |
| Растворимость в воде при 25 °C, г/100 мл | 14,5 | 1,85 | 23,2 |
| Температура разложения, °С | 278 | 299 | 267 |
Образование клатратов
Форма молекул циклодекстринов в грубом приближении представляет собой тор, также напоминающий полый усечённый конус. Данная форма стабилизирована водородными связями между OH-группами, а также α-D-1,4-гликозидными связями. Все ОН-группы в циклодекстринах находятся на внешней поверхности молекулы. Поэтому внутренняя полость циклодекстринов является гидрофобной и способна образовывать в водных растворах комплексы включения с другими молекулами органической и неорганической природы. В комплексах включения кольцо циклодекстрина является «молекулой хозяином», включённое вещество называют «гостем».
Комплексы включения в воде диссоциируют на циклодекстрин и исходное вещество, проявляя основные свойства последнего. При нагревании выше 50—60 °C комплексы обычно распадаются полностью и обычно восстанавливают свою структуру при охлаждении.
В процессе образования комплексов меняются многие исходные свойства включаемых соединений. Нерастворимые в воде вещества, приобретают большую растворимость, становятся стабильными в процессах окисления и гидролиза, меняют вкус, цвет и запах. Из жидкостей и даже некоторых благородных газов могут быть получены порошкообразные соединения, из маслообразных веществ — полностью растворимые в воде препараты (например, жирорастворимые витамины).
Применение
Благодаря своим свойствам циклодекстрины широко применяются в пищевых технологиях, фармацевтике, косметике, биотехнологии, аналитической химии, имеют хорошие перспективы использования в текстильной промышленности, в процессах очистки воды и даже в добыче нефти.
Бета-циклодекстрин зарегистрирован в качестве пищевой добавки E459.
В настоящее время циклодекстрины доступны по низким ценам, их мировое производство оценивается в объёмах десятков тысяч тонн.
Благодаря своей способности абсорбировать этиловый спирт (до 60% от собственной массы), циклодекстрины используются как основа для создания порошкообразных растворимых алкогольных напитков.[1]
Циклодекстрины способны увеличивать растворимость малорастворимых лекарств в воде, а также усиливать проникновение лекарств через биологические мембраны.[2]
Кроме того циклодекстрины позволяют совмещать обычно несовместимые лекарственные препараты. В частности препараты которые при смешивании могут выпасть в осадок.[3]
Безопасность и фармакология
Циклодекстрины представляют большой интерес отчасти потому, что они нетоксичны. ЛД50 (перорально, у крысы) составляет порядка граммов на килограмм.[4] Тем не менее, попытки использовать циклодекстрины для профилактики атеросклероза,[5][6][7] возрастного накопления липофусцина[8] и ожирения[9] сталкиваются с препятствием в виде повреждения слухового нерва[10] и нефротоксического эффекта.[9]
Учитывая тот факт, что атеросклероз это основная причина сердечно-сосудистых заболеваний на которые приходится 40 - 50% всех причин смерти населения промышленно развитых стран, попытки создания лекарственного препарата на основе циклодекстрина для его профилактики продолжаются. В частности создан препарат UDP-003, являющийся димером циклодекстрина, который имеет низкую токсичность и намного более эффективен, по сравнению с другими циклодекстринами в удалении токсичного окисленного холестерина, ключевого фактора накопления холестериновых бляшек.[5]
Примечания
Шаблон:Wiktionary Шаблон:Примечания Шаблон:Rq
Литература
- Cyclodextrins. Preparation and Application in Industry Edited By: Zhengyu Jin https://doi.org/10.1142/10701
- Duchêne, D., & Bochot, A. (2016). Thirty years with cyclodextrins. International Journal of Pharmaceutics, 514(1), 58–72. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2016.07.030
- Crini, G. (2014). Review: A History of Cyclodextrins. Chemical Reviews, 114(21), 10940–10975. https://doi.org/10.1021/cr500081p
- Kurkov, S. V., & Loftsson, T. (2013). Cyclodextrins. International Journal of Pharmaceutics, 453(1), 167–180. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2012.06.055
- Szejtli, J. (2004). Past, present and futute of cyclodextrin research. Pure and Applied Chemistry, 76(10), 1825–1845. https://doi.org/10.1351/pac200476101825
- Bognanni, N., Bellia, F., Viale, M., Bertola, N., & Vecchio, G. (2021). Exploring Charged Polymeric Cyclodextrins for Biomedical Applications. Molecules, 26(6), 1724. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- Loftsson, T. (2021). Cyclodextrins in parenteral formulations. Journal of Pharmaceutical Sciences, 110(2), 654-664. Шаблон:PMID Шаблон:DOI
- Xu, C., Yu, B., Qi, Y., Zhao, N., & Xu, F. J. (2021). Versatile Types of Cyclodextrin‐Based Nucleic Acid Delivery Systems. Advanced Healthcare Materials, 10(1), 2001183. Шаблон:PMID Шаблон:DOI
- Pandey, A. (2021). Cyclodextrin-based nanoparticles for pharmaceutical applications: a review. Environmental Chemistry Letters, 19(6), 4297-4310. Шаблон:Doi
- Matencio, A., Hoti, G., Monfared, Y. K., Rezayat, A., Pedrazzo, A. R., Caldera, F., & Trotta, F. (2021). Cyclodextrin Monomers and Polymers for Drug Activity Enhancement. Polymers, 13(11), 1684. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Alcohol powder - Wikipedia, the free encyclopedia
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Bouattour, Y., Neflot-Bissuel, F., Traïkia, M., Biesse-Martin, A. S., Frederic, R., Yessaad, M., ... & Sautou, V. (2021). Cyclodextrins Allow the Combination of Incompatible Vancomycin and Ceftazidime into an Ophthalmic Formulation for the Treatment of Bacterial Keratitis. International Journal of Molecular Sciences, 22(19), 10538. Шаблон:PMID Шаблон:PMC Шаблон:DOI
- ↑ Thomas Wimmer (2012). Cyclodextrins. Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Wiley-VCH. Шаблон:Doi
- ↑ 5,0 5,1 Oconnor, M. S., Clemens, D., Anderson, A., Dinh, D., & Sadrerafi, K. (2021). Cyclodextrin dimers: A pharmaceutical engineering approach to the therapeutic extraction of toxic oxysterols. Atherosclerosis, 331, e130-e131. Шаблон:Doi
- ↑ Sebastian Zimmer, Alena Grebe, Siril S. Bakke et al., and Eicke Latz (2016). Cyclodextrin promotes atherosclerosis regression via macrophage reprogramming. Science Translational Medicine: 8(333), 333ra50 Шаблон:DOI
- ↑ Mahjoubin-Tehran, M., Kovanen, P. T., Xu, S., Jamialahmadi, T., & Sahebkar, A. (2020). Cyclodextrins: Potential therapeutics against atherosclerosis. Pharmacology & Therapeutics, 107620. Шаблон:PMID Шаблон:DOI
- ↑ Gaspar, J., Mathieu, J., & Alvarez, P. (2017). 2-Hydroxypropyl-beta-cyclodextrin (HPβCD) reduces age-related lipofuscin accumulation through a cholesterol-associated pathway. Scientific reports, 7(1), 2197. Шаблон:PMC
- ↑ 9,0 9,1 Scantlebery, A.M.L., Ochodnicky, P., Kors, L. et al. (2019). β-Cyclodextrin counteracts obesity in Western diet-fed mice but elicits a nephrotoxic effect. Sci Rep 9, 17633 Шаблон:Doi
- ↑ Crumling MA, Liu L, Thomas PV, Benson J, Kanicki A, Kabara L, et al. (2012) Hearing Loss and Hair Cell Death in Mice Given the Cholesterol-Chelating Agent Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin. PLoS ONE 7(12): e53280. Шаблон:Doi
