История исследований ЦД

Первое упоминание о веществах, получивших в дальнейшем название * циклодекстрины», было сделано Виллерсом {A. Villers), в 1891 г. Французский ученый исследовал продукты метаболизма анаэробных бактерий Clostridium butiricum, образующих масляную кислоту из углеводов.

Исследования Виллерса были продолжены в 1903-1911 гг. австрийцем Франком Шардингером (F. Schardinger), изучавшим спорообразующие бактерии ответственные за порчу пищевых продук­тов. Его имя связывают с повторным обнаружением и описанием циклических декстринов. Шар­дингер, видевший работу Виллерса, анаэробно выращивал культуры своих бактерий на жидких средах, содержащих крахмал, затем выпаривал их и осаждал продукты трансформации крахмала спиртом. Уже к 1905 г. Шардингер обнаружил и представил фотографии двух типов кристаллов (весьма характерной шестигранной и призматической формы) по современным понятиям соответ­ствующих альфа- и бета-циклодекстринам.

В заслугу Шардингеру входит, прежде всего, то, что он выделил в форме чистой культуры и дал таксономическое имя бактериям, продуцирующим циклодекстрины (Bacillus macerans), посредст­вом которых, в принципе, стал возможен уникальный синтез циклодекстринов. Всего несколько штаммов, выделенных в начале XX столетия, служили последующие 70 лет единственным источ­ником уникального фермента ЦГТазы. Шардингер не согласился с утверждением Виллерса о том, что выделенные им соединения схожи по структуре с целлюлозой и назвал последние декстрина­ми, что, несомненно, дало толчок пониманию проблемы, способствовало правильной постановке дальнейших задач. Название «кристаллические декстрины», а в последующем «декстрины Шардингера* прижилось и на многие годы стало синонимом циклодекстринов.

Прингшейм (Н. Pringsheim), был следующим за Шардингером, кто занял место ведущего иссле­дователя циклических декстринов. Хотя его работы не отличались последовательностью и содер­жали большое количество противоречий, именно Прингшейм был первым, кто обнаружил и под­робно описал комплексообразующую способность циклических декстринов. Уже в 1924 г. им была опубликована первая методика очистки альфа-ЦД из смесей с другими гомологами через комплекс с металлическим йодом. Метод с успехом применялся вплоть до начала 1970-х годов прошлого сто­летия. Между тем, следует отметить, что комплексы включения, вследствие своей стабильности и способности к перекристаллизации, долгие годы считались самостоятельными соединениями.

Несмотря на достигнутые к середине 1930-х гг. успехи в изучении кристаллических декстринов Шардингера, их структура была по-прежнему неизвестна, и заслуга ее установления принадлежит Карлу Фройденбергу (К. Freudenberg), первые работы которого датированы 1935 г. Немецкий уче­ный объяснил образование кристаллических аддуктов циклодекстринов (еще одно название комп­лексов включения) существованием сквозной полости в центре макромолекул последних, обнару­жил, выделил в чистом виде и описал гамма-гомолог в семействе этих макроциклических олигоса­харидов.

Следует отдельно упомянуть работы Фридриха Крамера, много лет работавшего в области изу­чения и установления структуры циклодекстринов, их комплексов включения, механизма их образования. Ф. Крамеру принадлежит открытие каталитических свойств циклодекстринов, по­служившее толчком для синтеза и изучения моделей ферментов. И, хотя термин «соединения включения» («Einschlussverbindung») был впервые введен в практику Шленком (W. Schlenk, 1950), именно фамилию Крамера — автора первой книги, кстати, переведенной на русский язык и большей частью посвященной циклодекстринам, обычно ассоциируют с этой группой веществ.

Отдельной строкой в истории исследования ЦД могут быть выделены работы Тильдон и Хадсон (1930-1942), подробно изучивших циклодекстринглюканотрансферазу Bacillus macerans (в транс­крипции того времени «амилазу В. macerans») и предложивших метод измерения ее активности, которым пользуются до настоящего времени. Следует отметить, что использование метода Тильдон и Хадсон корректно лишь для ЦГТаз Bacillus (Paenibacillus) macerans, преимущественно синтези­рующих альфа-циклодекстрин.

К началу 1950-х годов многим ученым, работавшим в области ЦД, химии комплексов включе­ния стал очевиден прикладной потенциал циклодекстринов. Это понимание проявилось в серии многочисленных патентов, первый из которых был получен Ф. Фройденбергом с соавторами (Freudenberg, К. Cramer F., Plienger Н. Ger.Patent No. 895769) уже в 1953 г. На полутора страни­цах текста документа были раскрыты большинство из известных в настоящее время перспектив применения циклодекстринов в фармацевтике, а именно: возможность повышения растворимости малорастворимых лекарств, изменения их фармакинетики, снижения токсичности и т.д.

В определенном смысле «драматическим», считается этап исследований по токсичности ЦД, датированный концом 1950-х — началом 1960-х годов.

органических комплексообразователей. В качестве таковых выступали бромбензол и другие гало- идированные углеводороды, имеющие температуры кипения, превышающие 100 ”С. Будучи включенными в полость кольца, ядовитые комплексообразователи частично оставались в нем даже после выпаривания реакционного раствора и дополнительной очистки на активированных углях. Вполне очевидно, что результаты тестов на токсичность объяснялись наличием в циклодекстринах небольших количеств органических примесей, а не основного вещества. К концу 1960-х пришло понимание и переосмысление действительных причин псевдотоксичности декстринов Шардинге­ра. Получил объяснение факт существенных расхождений результатов токсикологических тестов, проведенных в различных лабораториях.

В конце 1960-х — начале 1970-х годов произошел новый всплеск интереса к циклодекстринам, вызванный тем, что были предприняты первые попытки их полупромышленного синтеза. Пере­ломным на этом этапе считается момент открытия японскими исследователями (К. Хорикоши с со­авторами) новых алкалдфильных бактерий, продуцирующих внеклеточную циклодекстринглюка- нотрансферазу, резко отличавшуюся по своим свойствам от фермента В .macerans и катализиро­вавшую образование в основном бета-циклодекстрина. Именно с помощью этого различия, ЦГТаз стал возможен масштабный синтез бета-ЦД. Технология впервые была испытана в Японии в нача­ле 1970-х. Бета-циклодекстрин, полученный по новой бессольвентной технологии, представлял собой качественно новый продукт, так как не попадал в контакт с какими-либо органическими со­единениями (комплексообразователями), и, следовательно, даже в принципе не мог содержать сле­ды посторонних веществ.

Следует перечислить имена исследователей, внесших значительный фундаментальный и прак­тический вклад в развитие современных взглядов на ЦД, способствовавших популяризации этих соединений. Это Йозеф Сцейтли (J. Szeitly), В.Зингер (W. Saenger), Коки Хорикоши (К. Horikoshi), Фредерик Армбрустер (F. Armbruster), Ганс Бендер (Н. Bender), Тимо Корпела (Т. Korpela), Варужан Абелян и многие другие.

История российских циклодекстринов, берущая начало в 1984 г., связана с небольшими груп­пами исследователей, работавших, как в сфере фундаментальных наук, так и над проблемами эффективного биосинтеза циклодекстринов и их применения. В этой связи следует упомянуть на­учные коллективы Института биологии Уфимского научного центра РАН (г. Уфа), Московского технологического института пищевой промышленности (МТИПП, ныне МГУПП), Кемеровского технологического института пищевой промышленности (КемТИПП), Пятигорского фармацевти­ческого института. В качестве одного из главных инициаторов проектов, связанных с исследовани­ями по циклодекстринам в СССР, а затем в России, следует назвать профессора, доктора биологи­ческих наук Грачеву Ирину Михайловну.

3.