Cyklodextriny: Malé molekuly s velkým využitím

Jsou to už na první pohled zajímavé kruhovité molekuly (obr. 1) tvořené spojením menších molekul glukózy neboli hroznového cukru. I cyklodextriny tedy patří mezi cukry (lépe řečeno sacharidy). Poprvé tyto podivně vypadající molekuly vědci pozorovali za použití bakterií, které při „pojídání” škrobu (rovněž sacharidu) vytvářejí právě cyklodextriny jako svůj zdroj energie. Tento proces byl natolik úspěšný, že je napodobován průmyslem dodnes, a to za použití potřebného enzymu a škrobu (kukuřičného, bramborového atd.). 

Obrázek 1: Rozdílné velikosti cyklodextrinů dle počtu glukózových zbytků, které je tvoří 

Důvod, proč jsou tyto sacharidy pro průmysl tak důležité, nesouvisí s jejich zajímavě sladkou chutí, jak by nás mohlo napadnout, ale má spojitost s prostorovou strukturou těchto molekul. Ty v prostoru vypadají jako malé „kbelíčky“, do nichž se dají vkládat ještě menší jiné molekuly, a s tím je spjato i mnoho možností využití cyklodextrinů. 

Například v potravinářském průmyslu se cyklodextriny, označované E 459, používají ke zlepšení chuťových vlastností a stability určitých složek potravin, jako jsou koření, oleje a vitamíny. Cyklodextrin zde působí v roli nosiče, který je později z těla vyloučen, protože jej narozdíl od jím přenášených látek či běžných sacharidů naše tělo neumí zpracovat.  

V lékařství se cyklodextriny používají jako nosiče léčivých látek (obr. 2). Mají totiž schopnost bez úhony transportovat léčivé látky skrz naše tělo a díky tomu se hodí k léčbě mnoha nemocí, jako je rakovina nebo Alzheimerova choroba. V případě rakoviny dokážou transportovat léčivou látku přímo k nádoru. To proto, že rakovinná buňka má na svém povrchu specifické receptory schopné vázat se právě na cyklodextriny a oproti normální buňce je tady těchto receptorů mnohem víc. Cyklodextriny se proto snadněji vážou na rakovinné buňky a jimi nesené léčivé látky se díky tomu uvolňují přímo v místě určení a nezpůsobují zbytečné poškozování okolní zdravé tkáně. 

Obrázek 2: Uchycení léčiv do „kbelíčkové“ struktury cyklodextrinů 

Cílené uvolňování léků z cyklodextrinů se obvykle provádí pomocí různých mechanismů, jako jsou enzymatické štěpení, změny pH nebo změny teploty. U některých cyklodextrinových nosičů mohou být léky uvolněny pouze v přítomnosti enzymů, které jsou specifické pro rakovinné buňky. Kromě tohoto mechanismu je velmi časté využívání odlišného pH v oblasti nádoru. Nádory totiž obvykle mají kyselé prostředí a z toho důvodu se používají cyklodextriny, které jsou při neutrálním pH stabilní, ale v kyselém prostředí uvolňují léky. A krátce ještě k cyklodextrinovým nosičům reagujícím na odlišnost teploty. Jde o několik na sebe napojených cyklodextrinů, které jsou při běžné teplotě lidského těla (36-37 °C) společně stabilní, ale při teplotách specifických pro určitá nádorová místa (40 °C +) se rozpadají. 

V případě Alzheimerovy nemoci mohou cyklodextriny pomáhat pro změnu tím, že na sebe dokážou vázat škodlivé bílkoviny, které se hromadí v mozku pacientů a poškozují jim nervové buňky. Toto hromadění bílkovin se dnes považuje za jednu z hlavních příčin Alzheimerovy nemoci. Ač se použití cyklodextrinů ukázalo být u tohoto typu aplikace velmi zajímavé, na využití v reálném životě si bohužel budeme muset ještě počkat, protože je stále v procesu zkoumání. 

Další zajímavou vlastností cyklodextrinů je, že jsou schopné vázat a tím odstraňovat nepříjemné pachy. V kosmetickém průmyslu se tak používají jako součást deodorantů, parfémů a dalších produktů. 

V poslední době se cyklodextriny staly populárními i v oblasti ochrany životního prostředí. Díky své schopnosti vázat do své struktury různé látky, jako jsou například těžké kovy či pesticidy, jsou cyklodextriny schopny odstraňovat tyto látky z vody a půdy a tím čistit prostředí od škodlivin. 

Mimo své praktické vlastnosti jsou cyklodextriny také velmi zajímavými molekulami z chemického hlediska. Výzkum v této oblasti se stále rozvíjí a odborníci se snaží najít nové způsoby, jak využít tuto skupinu molekul v průmyslu i vědě. 

Takže příště, když uvidíte slovo cyklodextrin či zkratku E 459 na seznamu složek nějakého produktu, už víte, že se jedná „jen” o velmi speciální typ „cukru”, který zde má svůj důležitý úkol. Přestože cyklodextriny asi nikdy nebudeme sladit zákusky, jejich využití v jiných oblastech je značné. 

Autor: Ing. Ondřej Havelka