Ciclodextrina

Las ciclodextrinas son una familia de oligosacáridos cíclicos , que consisten en un anillo macrocíclico de subunidades de glucosa unidas por enlaces glucosídicos α-1,4 . Las ciclodextrinas se producen a partir del almidón mediante conversión enzimática . Se utilizan en las industrias alimentaria, farmacéutica, de administración de fármacos y química, así como en la agricultura y la ingeniería ambiental. ^{[ 1 ]}

Las ciclodextrinas están compuestas por 5 o más unidades de α-D-glucopiranósido unidas 1 → 4, como en la amilosa (un fragmento de almidón ). Las ciclodextrinas típicas contienen entre seis y ocho monómeros de glucosa en un anillo, formando una estructura cónica.

• α (alfa)-ciclodextrina : 6 subunidades de glucosa
• β (beta)-ciclodextrina : 7 subunidades de glucosa
• γ (gamma)-ciclodextrina : 8 subunidades de glucosa

La ciclodextrina más grande y mejor caracterizada contiene 32 unidades de 1,4-anhidroglucopiranósido. También se conocen mezclas poco caracterizadas que contienen al menos 150 oligosacáridos cíclicos.

Typical cyclodextrins are constituted by 6-8 glucopyranoside units. These subunits are linked by 1,4 glycosidic bonds. The cyclodextrins have toroidal shapes, with the larger and the smaller openings of the toroid exposing to the solvent secondary and primary hydroxyl groups respectively. Because of this arrangement, the interior of the toroids is considerably less hydrophilic than the aqueous environment and thus able to host hydrophobic molecules. In contrast, the exterior is sufficiently hydrophilic to impart cyclodextrins (or their complexes) water solubility. They are not soluble in typical organic solvents.

Las ciclodextrinas se preparan mediante tratamiento enzimático del almidón . ^{[ 10 ] [ 11 ]} Comúnmente se emplea la ciclodextrina glicosiltransferasa (CGTasa) junto con la α- amilasa . Primero, el almidón se licúa mediante tratamiento térmico o utilizando α-amilasa , luego se agrega CGTasa para la conversión enzimática. Las CGTasas producen mezclas de ciclodextrinas, por lo que el producto de la conversión resulta en una mezcla de los tres tipos principales de moléculas cíclicas, en proporciones que dependen estrictamente de la enzima utilizada: cada CGTasa tiene su propia proporción de síntesis α:β:γ característica. ^{[ 12 ]} La purificación de los tres tipos de ciclodextrinas aprovecha la diferente solubilidad en agua de las moléculas: la β-CD, que es poco soluble en agua (18,5  g/L o 16,3 mM a 25  °C), se puede recuperar fácilmente mediante cristalización , mientras que las α- y γ-CD más solubles (145 y 232 g/L respectivamente) se purifican generalmente mediante técnicas de cromatografía costosas y que requieren mucho tiempo . Como alternativa, se puede agregar un " agente complejante " durante la etapa de conversión enzimática: dichos agentes (generalmente disolventes orgánicos como tolueno , acetona o etanol ) forman un complejo con la ciclodextrina deseada que posteriormente precipita . La formación del complejo impulsa la conversión del almidón hacia la síntesis de la ciclodextrina precipitada, enriqueciendo así su contenido en la mezcla final de productos. Algunos investigadores han desarrollado procesos específicos que pueden producir alfa-, beta- o gamma-ciclodextrina específicamente. ^{[ 13 ]} Esto es muy valioso, especialmente para la industria alimentaria , ya que solo la alfa- y la gamma-ciclodextrina se pueden consumir sin un límite de ingesta diaria.

In supramolecular chemistry, cyclodextrins are precursors to mechanically interlocked molecular architectures, such as rotaxanes and catenanes. Illustrative, α-cyclodextrin form second-sphere coordination complex with tetrabromoaurate anion ([AuBr4]-).^[20]

β-Cyclodextrin complexes with certain carotenoid food colorants have been shown to intensify color, increase water solubility and improve light stability.^[21][22]

Complexes formed between β-cyclodextrin and adamantane derivatives have been used to make self-healing materials, such as hydrogels^[23] and low-friction surfaces.^[24]

Utilizando la interacción huésped-anfitrión entre β-ciclodextrina y perfluorohexano , se crearon nanopartículas acústicamente activas . ^{[ 25 ]} Estas nanopartículas se combinaron con histotripsia , dando lugar al desarrollo de la histotripsia mediada por nanopartículas (NMH). La NMH aborda las limitaciones de la histotripsia tradicional , como la falta de selectividad y la necesidad de alta presión. ^{[ 26 ]} Este prometedor método tiene aplicaciones potenciales en la ablación celular para diversos fines, incluido el tratamiento del cáncer . ^{[ 27 ]}

Las ciclodextrinas se denominaban "celulosina" cuando A. Villiers las describió por primera vez en 1891. ^{[ 28 ]} Poco después, F. Schardinger identificó las tres ciclodextrinas naturales: α, β y γ, conocidas como "azúcares de Schardinger". Durante 25 años, entre 1911 y 1935, Hans Pringsheim, en Alemania, fue el investigador principal en este campo, ^{[ 29 ]} demostrando que las ciclodextrinas formaban complejos acuosos estables con muchos otros compuestos químicos. A mediados de la década de 1970, cada una de las ciclodextrinas naturales había sido caracterizada estructural y químicamente, y se habían estudiado muchos más complejos. Desde la década de 1970, Szejtli y otros han llevado a cabo un extenso trabajo explorando la encapsulación mediante ciclodextrinas y sus derivados para aplicaciones industriales y farmacológicas. ^{[ 30 ]} Entre los procesos utilizados para la complejación, el proceso de amasado parece ser uno de los mejores. ^{[ 31 ]}

Las ciclodextrinas son de gran interés, en parte porque parecen no ser tóxicas en estudios con animales . La DL50 (oral, ratas) es del orden de gramos por kilogramo. ^{[ 1 ]} Sin embargo, los intentos de usar β-ciclodextrina para la prevención de la aterosclerosis , ^{[ 32 ]} la acumulación de lipofuscina relacionada con la edad ^{[ 33 ]} y la obesidad encuentran un obstáculo en forma de daño al nervio auditivo ^{[ 34 ]} y efecto nefrotóxico . ^{[ 35 ]}