7. Циклодекстрины - текущая ситуация, тенденции и перспективы: Личные замечания

Как уже было упомянуто, хорошо известно и широко описано в литературе, что циклодекстрины и их производные имеют широкий спектр практических приложений: фармация, лекарства, продукты питания, косметика, туалетные принадлежности, химия, катализ, биотехнология, текстильной промышленности и т.д. исследования по ЦД также очень активны в таких областях, как разработка моющих средств, клеев, в секторе пластмасс и индустрии волокон и бумаги. Подавляющее большинство этих химических и биологических областей применения заключается в способности образовывать комплексы включения. Циклодекстрины - объекты многочисленных фундаментальных исследований. В последние годы, относительно большое количество общего профиля обзоров был опубликован на практически все эти аспекты дисков, так много, что было бы невозможно привести их всех. Я выбрал лишь те, которые касаются исследования в области химии и химии высокомолекулярных соединений, супрамолекулярной химии, катализа, мембран, ароматов, продуктов, агрохимии, биотехнологии, технологии ферментов, косметики, фармацевтики и медицины, текстиль, хроматографии микрокапсулирования, нанотехнологии, нажмите химия, аналитическая химия, восстановление, и обеззараживание. Также можно ознакомиться с книгами по различным аспектам химии циклодекстринов, включая их описание, характеристику, свойства, производные, супрамолекулярную химию и различные области применения.

7.1. Циклодекстрины и их способность образовывать комплексы включения

В начале прошлого века, некоторые исследования подвергают сомнению механизмы, предложенные для объяснения образования комплексов включения. Действительно, механизмы и силы, которые действуют способствуют комплексообразованию были и остаются предметом споров и разногласий. Гидрофобность является результатом структуры, принятым на молекулами воды в непосредственной близости от неполярных молекул, что способствует агрегации неполярных молекул, тем самым сводя к минимуму дополнительную энергию, полученные в результате формирования структурированной гидратной оболочки. Несколько исследований показали, что при комплексообразовании, наиболее гидрофобная часть молекулы-хозяина преимущественно включена в полость циклодекстрина и инкапсулированные молекулы ориентированы таким образом, чтобы максимально увеличить контакт между их гидрофобных частей и с неполярной полостью циклодекстрина.

С 1970-х годов с появлением первых приборов для ЯМР анализа, началось активное изучение комплексов включения циклодекстринов, вслед, за чем последовало огромное количество публикаций на эту тему [8].

В 1980 году циклодекстрины впервые были применены в качестве неподвижной фазы для газовой хроматографии. Это было началом впечатляющего развития, ведь, в отличие от циклодекстринсодержащих полимеров (полиротоксанов), неподвижные фазы, привитые (химически связанные) с макромолекулам циклодекстрина, обеспечили успех благодаря наличию свободной макроциклической полости. В 1984 году, торговая марка Cyclobond впервые представила хроматографические колонки, с неподвижными фазами, содержащими циклодекстрины. Метод был разработан и запатентован американским ученым Д. Армстронгом. Стали создаваться все новые и новые неподвижные фазы для хроматографии. Благодаря наличию хирального селектора такие фазы способны к селективному взаимодействию с парой энантиомеров, что обеспечивает разделение в условиях хроматографии. После печального опыта с лекарственным средством «Талидамид», которое содержало два оптических изомера, один из которых обладал снотворным и успокаивающим действием, а другой вызывал мутации, развивающихся в утробе матери, принимающей препарат, детей, стало необходимым анализировать и контролировать лекарственные средства с оптически активными веществами. Циклодекстрины селективно образуют комплексы "гость-хозяин" с парой энантиомеров, что обеспечивает разделение веществ, обладающих одинаковыми физическими свойствами в хроматографических условиях. Так циклодекстрины также нашли широкое применение в капиллярном электрофорезе и газовой хроматографии.

Профессор Валентино Стелла (Университет штата Канзас, США) в начале 1990-х годов запатентовал два изобретения по синтезу сульфобутиловых производных циклодекстринов - промышленный способ производства продукции известной под названием Каптизол. Эти производные открыли путь к новым возможностям применения ЦД, особенно в лекарственной промышленности и в производстве хиральныхселекторов для капиллярного электрофореза. В настоящее время эти производные служат в качестве солюбилизаторов и наполнителей для лекарственных препаратов. В то же время, производные ЦД нашли применение в производстве косметики и средств гигиены. Так ЦД и их производные добавляют: в шампуни, в качестве компонентов, уменьшающих раздражение слизистой оболочки глаз при попадании его в глаза, в зубные пасты для стабилизации вкуса и цвета, в крема для повышения их стойкости к УФ-излучению, в дезодоранты в качестве "ловушек" веществ, обладающих неприятным запахом, в духи и туалетную воду для увеличения срока хранения. Также циклодекстрины нашли свое применение в текстильной промышленности.

В 1990-х, циклодекстрины были предложены для синтеза новых супрамолекулярных молекул и материалов, таких как сцепленные молекулы (катенанов и ротаксаны), каркасы и темплаты для самостоятельной сборки супрамолекулярной структур.

Хотя циклодекстрины могут быть найдены в составе по меньшей мере 40 фармацевтических продуктов, тем не менее они все еще считаются новыми наполнителями. В последнее время было обнаружено, что циклодекстрины и их комплексы способны к самосборке с образованием наночастиц, и, при определенных условиях, эти наночастицы могут самостоятельно формировать микрочастицы. После открытия этих свойствизменился подход к фармацевтическим исследованиям циклодекстринов. Хорошо известно, что циклодекстрины могут быть использованы в качестве вспомогательных веществ для противогрибковых лекарственных препаратов для модификации и улучшения физико-химические свойства активного соединения, таких как растворимость и стабильность.

Биологические эффекты циклодекстринов, которые являются важными для их использования в противогрибковых препаратах можно разделить на две группы. К первой относятся эффекты, основанные на способности циклодекстринов образовывать комплексы включения с эндогенными веществами (мембранные липиды, клеточный холестерин), а также эффекты, основанные на формировании комплексов включения с составнымичастями грибковых клеток. Вторую группупредставляют эффекты, основанные на химической природе циклодекстринов и их производных.Достижения в области исследования биологической активности циклодекстринов с акцентом на их свойства, ответственные за синергетический эффект с противогрибковыми соединениями недавно обсуждал Мацаев. Число публикаций по использованию циклодекстринов в противогрибковых препаратах по-прежнему растет.

Циклодекстрины и их производные были успешно использованы для создания новых наноматериалов. Широкий спектр циклодекстринсодержащих материалов с разносторонней супрамолекулярной архитектурой (наночастицы, наногубки, наномицеллы, нанопузыри) были синтезированы для сборки функциональныхплатформ.Эти материалы нашли применение в фармацевтических препаратах, в частности, для транспорта лекарств. В настоящее время нанотехнологиям уделяется значительное внимание из-за потенциальной возможности совмещать в себе характеристики, которые трудно достичь путем использования в лекарственного средства в одиночку. ЦД на базе нано губок являются современным прогрессом в системе доставки лекарственного средства. Недавно сообщалось, что статистические анализы показали: около 40% представленных в настоящее время на рынке лекарственных средств и около 90% лекарственных средств, находящихся на стадии разработки, обладают низкой растворимостью. ЦД на базе наногубок имеют возможность представляют собой инновационный подход по сравнению с обычными циклодекстринами, преодолевая еще большее количество недостатков. Был разработан целый класс подобных структур, так как их использование может повысить биодоступность препарата, меняя фармакокинетические показатели содержащихся в нем активных веществ.

Наногубки предлагают высокую загрузку лекарственного вещества по сравнению с другими наноносителей и, следовательно, пригодны для решения проблем, связанных с растворимости, стабильности и замедленное выделение активных веществ. Методы подготовки, хорошо известны: наногубки можно сформировать как для перорального, парентерального, местного или ингаляционного способов применений. Тем не менее, более подробную информацию необходима более полная информация для оптимизации их эффективности в терапевтических целях и демонстрации ролинано полости в комплексообразовании. Нейтральный, катионные, и/или анионные, амфифильных циклодекстрины также были предложеныдля увеличения взаимодействие ЦД с биологическими мембранами.

Парфюмерная индустрия - большой и инновационный сектор химической промышленности. Химические вещества, обладающие приятным ароматом, добавляются в потребительских продуктах личной гигиены, духи, дезодоранты, моющие средства. Методы инкапсуляции с использованием циклодекстринов все чаще используются этой отраслью для повышения эффективности пахучих и ароматических веществ. Большинство добавок впотребительские товары являются токсичными и не поддаются биологическому разложению. Основным преимуществом ЦД является не только их способность инкапсулировать гостя в свою полость с образованием комплекса включения, но и их нетоксичность. Кроме того, обеспечивая защитный эффект, инкапсуляция в циклодекстрины модифицирует физико-химические и/или биологические свойства гостя. Инкапсуляции ароматизаторов в циклодекстрины является важным процессом, который помогает защитить хрупкие молекулы, гарантировать контролируемого высвобождения, уменьшить неустойчивость, а также повысить растворимость, растворение, и биодоступность. Поэтому макромолекулы циклодекстринов широко используются для инкапсуляции соединений, обладающих вкусом и ароматом, в пищевой и фармацевтической продукции. Циклодекстрины нашли применение в косметике и в производстве средств бытовой химии (в растворах глазных капель, в качестве композиций для стабилизации вкусов и ароматов или, напротив, для ликвидации неприятных вкусов, ароматов, продуктов для доставки аромат или для контроля запаха в парфюмерии, или в качестве добавки к моющим средствам).

Несмотря на то, что большая работа была проделана по супрамолекулярным архитектурам на основе ЦД, остаются недостаточно изученными их физико-химические характеристики, что является актуальной задачей для будущих исследований. Действительно, понимание и дизайн супрамолекулярных систем требуют подробную характеристику по отношению к стехиометрии, структуре, гетерогенности и супрамолекулярной динамики. Сравнительно недавно, флуоресцентная корреляционная спектроскопия была предложена для изучения динамики различных систем. Среди различных методов, флуоресцентная спектроскопия, возможно, наиболее перспективным в связи с ее высокой чувствительностью и селективностью, хотя многие супрамолекулярных системы сами не являются флуоресцентными. Дизайн сложных супрамолекулярных структур, основанных на ЦД был недавно представлен Шмидтом и др. и на данный момент всесторонне обсуждается.