De ontdekking van cyclodextrine is een van de belangrijkste stappen voorwaarts in de geschiedenis van voeding en medicijnen. Dit natuurlijk voorkomende cyclische oligosacharide heeft de manier veranderd waarop we medicijnen leveren, voedsel vers houden en veel andere chemicaliën in de industrie gebruiken. Het product maakt inclusiecomplexen die belangrijke problemen op veel gebieden aanpakken dankzij de kenmerkende moleculaire structuur, die een hydrofobe binnenholte en een hydrofiel buitenoppervlak heeft. Deze flexibele hulpstof verandert de formuleringswetenschap en productieprocessen over de hele wereld. Het kan alles doen, van het verbeteren van de opname van medicijnen tot het verbergen van de slechte smaak van medicijnen.
Als we kijken naar hoe cyclodextrine op moleculair niveau werkt, komt het interessante vakgebied van de supramoleculaire chemie tot leven. De glucose-eenheden in deze kegelvormige moleculen zijn verbonden door α-1,4-glycosidische bindingen. Er zijn drie hoofdtypen: alfa-cyclodextrine, dat zes glucose-eenheden heeft, bèta-cyclodextrine, dat zeven eenheden heeft, en gamma-cyclodextrine, dat acht eenheden heeft.
De holtes in elke versie hebben een andere grootte, waardoor moleculen zich kunnen hechten en kunnen interageren met verschillende verbindingen. Voor alfa-cyclodextrine ligt de breedte van de hydrofobe holte tussen 4,7 en 5,3 Å, en voor gamma-cyclodextrine tussen 7,5-8,3 Å. Dit vermogen om de juiste maat te kiezen zorgt voor een nauwkeurige inkapseling van moleculen op basis van hun chemische en fysische eigenschappen.
Temperatuur, pH, concentratieverhoudingen en hoe thermodynamisch compatibel de gastheer- en gastmoleculen zijn, zijn enkele van de dingen die van invloed zijn op hoe goed moleculen worden ingekapseld. Onderzoekers hebben ontdekt dat de beste vorming van inclusiecomplexen plaatsvindt wanneer het gastmolecuul perfect in de pruductzak past, waardoor de Van der Waals-krachten en hydrofobe interacties optimaal worden benut.
Ongeveer 40% van de geneesmiddelen op de markt en tot 90% van de verbindingen in onderzoek hebben problemen met het niet goed oplossen in water. Cyclodextrine-insluitingscomplexen lossen dit probleem op door de absorptie- en afbraaksnelheden een stuk beter te maken. Wanneer medicijnmoleculen die niet van water houden de pruductzak binnenkomen, vormen ze een complex dat het medicijn in een staat houdt die eruit ziet alsof het is opgelost.
Klinische tests tonen aan dat cyclodextrine-complexering ervoor kan zorgen dat verbindingen die niet gemakkelijk oplossen, 200 tot 500% meer biologisch beschikbaar zijn. Voriconazol-injectie, gemaakt metbetadex sulfobutylether natrium, is een goed voorbeeld van hoe goed deze methode werkt in commerciële medicijnen.
Problemen met de farmaceutische stabiliteit kosten de industrie elk jaar miljarden dollars aan productrestituties en inspanningen om de manier waarop medicijnen worden gemaakt te veranderen. De inkapseling van cyclodextrine zorgt ervoor dat licht, zuurstof, hitte en vochtigheid de actieve medicinale ingrediënten die daarvoor gevoelig zijn, niet afbreken.
Het complex werkt als een moleculair schild, waardoor de houdbaarheid aanzienlijk wordt verlengd en de therapeutische effectiviteit behouden blijft. Ook zijn formuleringen met gecontroleerde afgifte die geneesmiddelen gedurende langere tijd continu afgeven mogelijk wanneer cyclodextrine wordt gemengd met materialen zoals hydroxypropylmethylcellulose.
Therapietrouw van de patiënt is erg belangrijk voor het succes van de therapie, vooral bij kinderen en ouderen. Veel actieve ingrediënten hebben een zure, metaalachtige of anderszins onaangename smaak, waardoor mensen minder geneigd zijn hun medicijn in te nemen zoals voorgeschreven.
Door de slechte moleculen in de hydrofobe holte te plaatsen, verbergt cyclodextrine-inkapseling met succes deze organoleptische eigenschappen. De smaakpapillen kunnen de chemicaliën die ingesloten zijn niet oppikken, maar het medicijn kan nog steeds worden opgenomen zodra het in de darmen terechtkomt.
Wanneer medicijnen via een infuus worden toegediend, moeten ze aan zeer hoge normen op het gebied van veiligheid en effectiviteit voldoen. Vooral cyclodextrinederivatensulfobutylether-bèta-cyclodextrineEnhydroxypropyl-bèta-cyclodextrine, worden zeer goed verdragen wanneer ze via een infuus worden toegediend.
Deze hulpstoffen maken het mogelijk chemicaliën te formuleren die voorheen niet konden worden afgeleverd, omdat ze goed genoeg oplossen zonder gebruik te maken van schadelijke hulpoplosmiddelen. De snelle afbraak van inclusiecomplexen in bloedplasma zorgt ervoor dat het medicijn meteen beschikbaar is en voorkomt de ophoping van hulpstoffen.
Er staat voortdurend druk op de levensmiddelenindustrie om minder synthetische conserveermiddelen te gebruiken en tegelijkertijd de kwaliteit en veiligheid van hun producten te behouden. Door natuurlijke antimicrobiële stoffen, antioxidanten en smaakingrediënten in moleculen in te kapselen, biedt de cyclodextrinetechnologie nieuwe manieren om problemen op te lossen.
Essentiële oliën die ingekapseld zijn, behouden hun antibacteriële eigenschappen, maar verliezen hun sterke smaak, waardoor het voedsel te sterk kan smaken. Deze toepassing verlengt uiteraard de houdbaarheid van producten en voldoet tegelijkertijd aan de vraag van de klant naar "clean label"-producten.
Veel goede chemicaliën, zoals curcumine, resveratrol en omega-3-vetzuren, zijn niet biologisch beschikbaar, wat betekent dat ze niet als medicijn kunnen worden gebruikt. De cyclodextrinecomplexatie maakt het veel gemakkelijker om deze voedingsingrediënten te absorberen.
Uit onderzoek blijkt dat de plasmaconcentraties van curcumine-cyclodextrinecomplexen 10 tot 15 keer hoger zijn dan die van normale curcumineformuleringen. Met deze verbetering kunnen orale doses die voorheen niet werkten, nu therapeutisch worden gebruikt voor mensen die op zoek zijn naar natuurlijke gezondheidsopties.
Vluchtige smaakstoffen maken het moeilijker om voedsel op bepaalde manieren te bewaren en te bereiden. Bij het maken van iets kunnen hoge temperaturen delicate smaken bederven, en als het wordt bewaard, kunnen de omstandigheden ervoor zorgen dat smaken gaan bewegen of verergeren.
Cyclodextrine-inkapseling houdt deze waardevolle chemicaliën veilig tijdens de verwerking en zorgt ervoor dat ze langzaam vrijkomen tijdens consumptie. De technologie zorgt ervoor dat de smaken hetzelfde blijven, van de boerderij tot op het bord, wat de klanten blijer maakt en de kwaliteit van het product verbetert.
Naast de traditionele toepassingen in de geneeskunde en de voedingsindustrie, kan het ook in het milieu worden gebruikt. Door selectieve moleculaire herkenning en inkapseling zijn deze moleculen zeer goed in het verwijderen van organische gifstoffen uit vervuild water en land.
Materialen die van het product zijn gemaakt, kunnen herbiciden, industriële oplosmiddelen en aardolieproducten uit milieumatrices halen. De verontreinigende stoffen die zijn ingekapseld, zijn gemakkelijker te scheiden en veilig te verwijderen, wat helpt het milieu over de hele wereld schoon te maken.
Geavanceerde toepassingen van chemische sensoren worden mogelijk gemaakt door de moleculaire herkenningsmogelijkheden die deze bruikbaar maken voor de toediening van medicijnen. Met behulp van gemodificeerde cyclodextrinederivaten kunnen individuele moleculen in complexe mengsels worden gevonden door inclusiecomplexen te creëren die signalen uitzenden die kunnen worden gemeten.
Deze sensoren worden gebruikt om de voedselveiligheid te testen, de omgeving in de gaten te houden en de kwaliteit van medicijnen te waarborgen. Gastheer-gastchemie is beter dan veel andere diagnostische methoden, omdat deze selectiever en gevoeliger is.
Formuleerders kunnen het beste gebruik maken van cyclodextrine door de fysica van inclusiecomplexen te begrijpen. Hydrofobe interacties, van der Waals-krachten en waterstofbruggen tussen gastheer- en gastmoleculen zijn enkele van de krachten die dingen in beweging brengen.
De stabiliteitsconstante wordt bepaald door veranderingen in enthalpie en entropie tijdens complexering. Deze constante houdt rechtstreeks verband met therapeutische of functionele effecten. Over het algemeen hebben complexen die sterker zijn en beter werken hogere stabiliteitsconstanten.
Nucleaire magnetische resonantiespectroscopie, differentiële scanningcalorimetrie en röntgenkristallografie zijn enkele van de meest geavanceerde analytische methoden die kunnen worden gebruikt om de structuur en het gedrag van complexe systemen tot in detail te bestuderen. Deze hulpmiddelen maken het mogelijk om formuleringen te creëren die het beste werken voor bepaalde toepassingen.
Om industriële cyclodextrine te maken, moet je complexe bio-engineeringmethoden en strikte kwaliteitscontrolesystemen gebruiken. Omdat het productieproces zo ingewikkeld is, hebben we bronnen nodig met veel ervaring in het maken van farmaceutische hulpstoffen.
Temperatuur, pH, reactietijd en de manier waarop het product wordt gereinigd, hebben allemaal een grote invloed op de kwaliteit en stabiliteit. Ter ondersteuning van commercieel farmaceutisch onderzoek moeten leveranciers aantonen dat zij batches kunnen herhalen en betrouwbare leveringen kunnen leveren gedurende een lange periode.
Naleving van de regelgeving voegt nog een extra moeilijkheidsgraad toe, waardoor gedetailleerde gegevens en validatiestudies nodig zijn. Succesvolle productleveranciers houden hun medicijndossiers up-to-date en bieden technische hulp bij indieningen van klanten bij de regelgeving.
Terwijl onderzoekers nieuwe methoden vinden voor het inkapselen van moleculen, blijven de transformerende effecten van de producttechnologie op farmaceutisch, voedsel- en industrieel gebruik groeien. Deze flexibele hulpstof lost belangrijke problemen op het gebied van medicijntransport, productstabiliteit en prestatieverbetering op door gebruik te maken van elegante moleculaire oplossingen.
Er is veel hoop voor cyclodextrine-innovatie in de toekomst. Onderzoekers onderzoeken nog steeds nieuwe derivaten, verbeterde toepassingen en combinatietechnologieën. Naarmate formuleringsproblemen steeds moeilijker op te lossen zijn, maken de speciale eigenschappen van cyclodextrine het tot een essentieel hulpmiddel voor het creëren van nieuwe producten in veel verschillende bedrijven over de hele wereld.
1. Waarin verschilt cyclodextrine van andere stoffen die ervoor zorgen dat dingen beter oplossen?
Het zorgt er niet alleen voor dat oplosmiddelen meer vasthouden, maar ook via een uniek chemisch inkapselingsproces. Traditionele oplosbaarmakende middelen kunnen niet al deze dingen tegelijkertijd doen, maar dit proces wel. Het verbetert de stabiliteit, maskeert smaken en regelt de vrijgave.
2. Hoe kom ik erachter welk type cyclodextrine het beste werkt voor mijn project?
De keuze is meestal gebaseerd op de grootte en kenmerken van het gastmolecuul. Alfa-cyclodextrine werkt het beste met kleine moleculen, bèta-cyclodextrine werkt het beste met middelgrote chemicaliën en gamma-cyclodextrine werkt het beste met grote moleculen. Moleculaire modellering en experimentele screening helpen het selectieproces te verbeteren.
3. Als u het gebruikt, is er dan een reden om veilig te blijven?
De veiligheidsprofielen van natuurlijke cyclodextrinen en goedgekeurde versies zijn zeer goed. Van bèta-cyclodextrine en zijn derivaten wordt doorgaans aangenomen dat ze veilig zijn voor gebruik in voedsel. Materialen van farmaceutische kwaliteit voldoen daarentegen aan strikte veiligheidsnormen voor menselijk gebruik.
4. Welke factoren beïnvloeden de veiligheid van een inclusiecomplex?
Moleculaire fit in de ruimte, temperatuur, pH, concentratie en concurrerende stoffen kunnen allemaal van invloed zijn op hoe stabiel een complex is. De beste omstandigheden maximaliseren de thermische gunstige eigenschappen en verminderen de hoeveelheid complexe dissociatie die optreedt tijdens gebruik en opslag.
5. Welk effect heeft cyclodextrine op de manier waarop medicijnen vrijkomen?
Afhankelijk van hoe de formulering is gemaakt, kan deze de afgifte van het geneesmiddel versnellen, vertragen of beperken. Snelle complexe dissociatie verbetert de onmiddellijke afgifte, en polymeercombinaties maken verlengde afgiftepatronen mogelijk die kunnen worden afgestemd op specifieke therapeutische behoeften.
6. Is het mogelijk om cyclodextrine samen met andere ingrediënten te gebruiken?
Het is aangetoond dat dit goed werkt met de meeste medicijnhulpstoffen. Het op slimme manieren combineren van polymeren, oppervlakteactieve stoffen en andere nuttige hulpstoffen kan vaak voordelen opleveren die verder gaan dan wat elk onderdeel afzonderlijk kan doen.
U kunt op DELI Biochemical vertrouwen als cyclodextrineproducent. Ze hebben meer dan 26 jaar ervaring met het maken van farmaceutische hulpstoffen die u kunnen helpen bij zelfs de moeilijkste formuleringsprojecten. Ons brede assortiment producten dat te koop is en ons bewezen vermogen om ze goed te maken, helpen farmaceutische bedrijven nieuwe hoogten te bereiken op het gebied van medicijnafgifte en verbetering van de stabiliteit.
Neem contact op met ons technische team via xadl@xadl.com om te bespreken hoe onze productoplossingen een revolutie teweeg kunnen brengen in uw volgende formulering.
1. Jambhekar, SS, Breen, P. "Cyclodextrinen in farmaceutische formuleringen II: oplosbaarheid, bindingsconstante en complexatie-efficiëntie." Drug Discovery Vandaag 21, nee. 2 (2016): 363-368.
2. Brewster, M.E., Loftsson, T. "Cyclodextrinen als farmaceutische solubilisatoren." Beoordelingen voor geavanceerde medicijnafgifte 59, nee. 7 (2007): 645-666.
3. Kurkov, SV, Loftsson, T. "Cyclodextrinen." International Journal of Pharmaceutics 453, nr. 1 (2013): 167-180.
4. Szejtli, J. "Inleiding en algemeen overzicht van cyclodextrinechemie." Chemische beoordelingen 98, nee. 5 (1998): 1743-1754.
5. Carrier, R.L., Miller, L.A., Ahmed, I. "Het nut van cyclodextrinen voor het verbeteren van de orale biologische beschikbaarheid." Journal of Controlled Release 123, nr. 2 (2007): 78-99.
6. Challa, R., Ahuja, A., Ali, J., Khar, R.K. "Cyclodextrinen bij medicijnafgifte: een bijgewerkte review." AAPS PharmSciTech 6, nee. 2 (2005): E329-E357.
