سيكلوديكسترين: تاريخ وتطبيقات مكون متعدد الاستخدامات

تاريخ الدكسترين الحلقي: قصة طويلة باختصار

السيكلوديكسترين عبارة عن قليلات حلقية من الجلوكوز والتي تحدث بشكل طبيعي من التحلل الأنزيمي للسكريات الأكثر أهمية، النشا. لقد كانت معروفة منذ ما يقرب من 130 عامًا، لكنها حققت اختراقًا حقيقيًا في الثمانينيات من خلال التطبيقات الأولى في الصناعات الدوائية والغذائية. منذ الثمانينيات، تجاوز إجمالي عدد المنشورات وبراءات الاختراع الخاصة بالديكسترين الحلقي 53000.

1891-1936: فترة الاكتشاف

يبدأ تاريخهم في فرنسا عام 1891، عندما نشر أنطوان فيلييه، الصيدلي والكيميائي، أول إشارة إلى الدكسترين الحلقي. كان فيليرز يعمل على عمل الإنزيمات على الكربوهيدرات المختلفة، ووصف أنه في ظل ظروف معينة يمكن لنشا البطاطس أن يتخمر لينتج بشكل رئيسي الدكسترين تحت تأثير Bacillus amylobacter. وقد تم بالفعل استخدام مصطلح الدكسترين في ذلك الوقت لوصف منتجات تحلل النشا. اقترح فيلييه تسمية هذه المادة البلورية بـ "السليلوزين" لتشابهها مع السليلوز [1].

وبعد بضع سنوات، قام "الأب المؤسس" لكيمياء الدكسترين الحلقي، فرانز شاردينجر، عالم الأحياء الدقيقة النمساوي، بعزل كائن حي دقيق (Bacillus macerans) ينتج بشكل متكرر مادتين بلوريتين متميزتين عند زراعته في وسط يحتوي على النشا [2]. وحدد هذين النوعين من السكريات، مثل الدكسترين البلوري A والدكسترين البلوري B، وقدم أول وصف تفصيلي لتحضير وفصل هذين الدكسترين.

1936-1970: فترة الاستكشاف

من عام 1911 إلى عام 1935، جاءت فترة من الشك والخلاف، ولم يتم تطوير الأبحاث حول الدكسترين مرة أخرى إلا في منتصف الثلاثينيات.

تميزت فترة الاستكشاف بالنتائج العديدة التي حصل عليها فرويدنبرج وفرنش حول بنية جزيئات “شاردينجر دكسترين”. في الأربعينيات من القرن العشرين، اكتشف فرويدنبرغ وزملاؤه γ-CD وقاموا بعد ذلك بحل بنية قليل السكاريد الحلقي لجزيئات الدكسترين الحلقي.

1950-1970: فترة النضج

بعد اكتشاف جدوى تحضير مجمعات تحتوي على الدكسترين الحلقي، نشر فرويدنبرغ وكرامر وبلينينغر أول براءة اختراع متعلقة بالأقراص المضغوطة في عام 1953، فيما يتعلق بتطبيقات الدكسترين الحلقي في المستحضرات الصيدلانية، مما أدى إلى انتقالها من البحث الأكاديمي إلى التطبيقات الصناعية، كجزء من حياتنا اليومية. الحياة [3].

1970 - اليوم: فترة التقديم

منذ عام 1970 وما بعده، زاد الاهتمام بالديكسترين الحلقي. ومنذ ذلك الحين، تعرفنا على العديد من التطبيقات الصناعية والصيدلانية، في حين تراكمت مؤلفات علمية مثيرة للإعجاب وحدثت زيادة في إيداعات براءات الاختراع. في الوقت الحاضر، لا تزال الدكسترين الحلقي تبهر الباحثين، وفي كل عام، يتم تخصيص أكثر من 2000 منشور، بما في ذلك المقالات وفصول الكتب، للدكسترين الحلقي [4].

تطبيقات سيكلوديكسترين

تتمتع الدكسترينات الحلقية ومشتقاتها، بسبب توافقها الحيوي وتعدد استخداماتها، بمجموعة واسعة من التطبيقات. وقد تم استخدامها على نطاق واسع في صناعات النسيج والأدوية، وكذلك في الكيمياء الزراعية، وتكنولوجيا الأغذية، والتكنولوجيا الحيوية، والحفز الكيميائي، ومستحضرات التجميل.

تم استكشاف السيكلوديكسترينات بكثرة في مجال الأدوية لتصميم أنظمة توصيل الأدوية المختلفة. تُعرف في الغالب بأنها عوامل تعزز الاستقرار وتعزز قابلية الذوبان في الماء والتوافر الحيوي للمركبات والشظايا النشطة. لقد تم الاعتراف بها كسواغات صيدلانية مفيدة، في حين أظهرت التطورات الأخيرة في أبحاث الدكسترين الحلقي إمكاناتها كمكونات صيدلانية نشطة (APIs) لعلاج العديد من الأمراض (على سبيل المثال، فرط كوليستيرول الدم، والسرطان، ومرض نيمان بيك من النوع C) [7].

تشمل التطبيقات الأخرى للسيكلوديكسترين الكيمياء التحليلية، والكيمياء العضوية (التوليف)، والكيمياء الجزيئية (المواد)، وكيمياء النقر، والكيمياء فوق الجزيئية، والأغشية، وتكنولوجيا الإنزيمات، وتكنولوجيا النانو (الجسيمات النانوية/الإسفنجيات النانوية لمختلف المجالات). ومع ذلك، تظل الصناعات الدوائية والغذائية ومستحضرات التجميل هي الأسواق المستهدفة الرئيسية للسيكلوديكسترين [5].

تشكيل مجمع الإدماج

معظم هذه التطبيقات ممكنة بسبب قدرة الدكسترين الحلقي على تكوين مجمعات متضمنة مع نطاق واسع من المركبات الصلبة والسائلة والغازية. في هذه المجمعات، يتم تعديل الخواص الفيزيائية والكيميائية لجزيئات الضيف التي يتم قفلها أو وضعها في قفص مؤقتًا داخل تجويف المضيف (الدكسترين الحلقي) بشكل عميق مما يوفر تعزيز الذوبان والاستقرار وخصائص مفيدة أخرى [6].

مراجع:

1. كريني ج.، (2014). مراجعة: تاريخ السيكلوديكسترين. المراجعات الكيميائية، 114(21)، 10940-10975. دوى:10.1021/cr500081p

2. سيجتلي ج.، (2004). الماضي والحاضر والمستقبل لأبحاث الدكسترين الحلقي. الكيمياء البحتة والتطبيقية، 76(10)، 1825-1845. دوى:10.1351/pac200476101825

3. فوبر س.، لويرسن ك.، ريمباخ ج.، (2021). السيكلوديكسترين، والمركبات الطبيعية، والمواد النشطة الحيوية النباتية – منظور غذائي. الجزيئات الحيوية. 11(3):401. دوى: 10.3390/biom11030401. بميد: 33803150؛ الرقم التعريفي للمعرف: PMC7998733.

4. Morin-Crini N., Fourmentin S., Fenyvesi É., Lichtfuse E., Torri G., Fourmentin M., Crini G., (2021). 130 عامًا من اكتشاف الدكسترين الحلقي للصحة والغذاء والزراعة والصناعة: مراجعة. رسائل الكيمياء البيئية، 19(3)، 2581-2617. دوى:10.1007/s10311-020-01156-ث

5. كريني جي.، فورمينتين إس.، فينيفيسي إي.، توري جي.، فورمينتين إم.، ومورين كريني إن.، (2018). أساسيات وتطبيقات السيكلوديكسترين. أساسيات السيكلوديكسترين، التفاعل والتحليل، 1-55. دوى:10.1007/978-3-319-76159-6_1

6. سينغ إم، شارما آر، وبانيرجي يو، (2002). تطبيقات التكنولوجيا الحيوية للسيكلوديكسترين. تقدم التكنولوجيا الحيوية، 20(5-6)، 341-359. دوى:10.1016/s0734-9750(02)00020-4

7. دي كانيو م. (2016). إمكانات السيكلوديكسترين كمكونات صيدلانية فعالة جديدة: نظرة عامة قصيرة. الجزيئات، 22(1)، 1. DOI:10.3390/molecules22010001