Polimeri a base di ciclodestrine: nuove soluzioni in campo farmaceutico e ambientale

I polimeri a base di ciclodestrine sono macromolecole anfifiliche in quanto struttura tridimensionale della ciclodestrina è a tronco di cono e sono molecole di tipo anfipatico presentando caratteristiche idrofile all’esterno e idrofobe all’interno.

Pertanto le ciclodestrine hanno la capacità di formare complessi di inclusione in cui molecole scarsamente solubili in acqua dette ospiti sono incapsulate all’interno della molecola. Le ciclodestrine sono oligosaccaridi ciclici ottenuti dalla biodegradazione dell’amido mediante l’enzima glucano transferasi appartenente alla classe delle transferasi.

struttura beta ciclodestrina da Chimicamo
struttura beta-ciclodestrina

Le ciclodestrine presenti in natura grazie all’azione di alcuni batteri che le sintetizzano dall’amido mediante processo enzimatico per il loro accumulo di energia sono di tre tipi ovvero l’α-, β- e γ- costituite, rispettivamente, da sei, sette e otto unità di glucosio.

Per la loro struttura le ciclodestrine possono formare complessi di inclusione attraverso interazioni non covalenti con un’ampia gamma di ospiti idrofobici. I polimeri a base di ciclodestrina sono usati in diversi ambiti come quello farmaceutico, biomedico, nel settore tessile e alimentare grazie alle loro proprietà.

Questi  polimeri  a base di ciclodestrine presentano vantaggi, come la reattività agli stimoli e la capacità di formare nanostrutture aggregate ben definite, che li rendono candidati promettenti per applicazioni relative alla somministrazione controllata e mirata di farmaci.

Sintesi dei polimeri a base di ciclodestrine

I polimeri a base di ciclodestrine possono essere lineari, fissi, reticolati, ramificati e pertanto vi sono diversi metodi di sintesi che dipendono dalla forma finale del polimero.

polimero a base di beta ciclodestrina da Chimicamo
polimero a base di beta-ciclodestrina

I polimeri lineari sono preparati da ciclodestrine modificate mediante copolimerizzazione o polimerizzazione per condensazione. In essi non viene distrutta la struttura della cavità delle ciclodestrine, quindi hanno un alto potenziale per applicazioni tra cui scambio ionico, caricamento di farmaci, separazione e adsorbimento.

I polimeri a base di ciclodestrine  fissi si ottengono legando la ciclodestrina e suoi derivati ​​a un supporto. Le proprietà del materiale variano a seconda del supporto, che comprende polimeri inorganici come gel di silice e grafene, polimeri naturali come cellulosa e chitosano e polimeri sintetici come polistirene e poliacrilato.

I polimeri a base di ciclodestrine reticolati sono ottenuti da policiclodestrine e loro derivati ​​utilizzando agenti reticolanti con gruppi bifunzionali o multifunzionali. Gli agenti reticolanti comunemente usati sono, tra gli altri, acido citrico, perossidi, isocianati e anidridi acide

Una delle tecniche comuni nella sintesi di tali polimeri prevede la funzionalizzazione delle ciclodestrine.  Che può avvenire tramite sostituzione selettiva di atomi di idrogeno con gruppi funzionali desiderati per conferire proprietà specifiche di interazione con altre molecole.

La funzionalizzazione può coinvolgere la modifica degli anelli zuccherini della ciclodestrina che può comportare la sostituzione di -OH con gruppi funzionali specifici. Ad esempio, possono essere introdotti gruppi amminici, carbossilici, esteri o altri gruppi reattivi.

Applicazioni dei polimeri a base di ciclodestrine

Una delle applicazioni più comuni dei polimeri a base di  ciclodestrina è come materiali per l’inclusione molecolare. Le ciclodestrine possono formare complessi di inclusione con molecole organiche, permettendo così il trasporto, la protezione e il rilascio controllato di queste molecole idrofobiche che si posizionano all’interno del loro scheletro polimerico.

rimozione di inquinanti da Chimicamo
rimozione di inquinanti

Sono quindi utilizzati per la rimozione di inquinanti dall’ambiente come composti organici volatili, idrocarburi policiclici aromatici spesso presenti come inquinanti nel suolo e nelle acque di superficie, pesticidi e erbicidi presenti nelle acque di scarico agricole.

Inoltre possono essere utilizzati per la rimozione di metalli pesanti come piombo, mercurio, cadmio, rame e zinco a causa della formazione di complessi di inclusione tra la ciclodestrina e i metalli pesanti che consente di immobilizzare e rimuovere tali contaminanti dalle acque di scarico o dai terreni contaminati.

Gli studi su questi polimeri si sono concentrati per il loro utilizzo come materiali per il rilascio controllato di farmaci, migliorando l’efficacia terapeutica e riducendo gli effetti collaterali.
I polimeri possono formare complessi di inclusione con i farmaci, aumentando la loro solubilità, stabilità e biodisponibilità.

In campo industriale sono utilizzati grazie alla loro capacità di formare complessi di inclusione con i reagenti, aumentando la loro reattività o selettività e come materiali di supporto per immobilizzare catalizzatori e migliorarne la stabilità e la riutilizzabilità.

Per lo loro biocompatibilità sono studiati come i materiali per la rigenerazione tissutale, la produzione di biomateriali, come supporti per la crescita cellulare, veicoli per fattori di crescita e scaffolds per la rigenerazione di tessuti.

Sono impiegati nell’industria cosmetica per migliorare la solubilità e la stabilità di ingredienti attivi e profumi. Possono essere utilizzati per mascherare odori sgradevoli, per il controllo del rilascio di principi attivi o come agenti leganti per aumentare l’efficacia di prodotti cosmetici come creme e lozioni.

Sono  utilizzati nel settore alimentare per migliorare la stabilità e la solubilità di composti idrofobici utilizzati come additivi o aromi.

Biodegradabilità dei polimeri a base di ciclodestrina

I  polimeri a base di  ciclodestrina sono generalmente considerati biodegradabili poiché le ciclodestrine sono polisaccaridi naturali derivati da fonti come l’amido di mais.

La loro biodegradabilità è influenzata dalla struttura e dalla composizione. Polimeri con una maggiore densità di reticolazione e una maggiore stabilità chimica possono richiedere più tempo per degradarsi rispetto a quelli meno reticolati.

La degradazione può avvenire attraverso diversi meccanismi, come l’idrolisi enzimatica, l’idrolisi chimica o l’azione di microorganismi presenti nell’ambiente. La biodegradabilità dei polimeri di ciclodestrina contribuisce alla riduzione dell’impatto ambientale e alla gestione sostenibile dei materiali.

La biodegradabilità dei polimeri a base di  ciclodestrina è un vantaggio importante, specialmente nelle applicazioni biomediche infatti la capacità di degradarsi nel corpo riduce la persistenza dei materiali e la possibilità di accumulo a lungo termine.

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