2 различных способа получения гиалуроновой кислоты и ее применение

Введение

Гиалуроновая кислота (ГК), также называемая гиалуронаном, представляет собой линейный полисахарид, который был открыт в 1918 году Карлом Мейером и Джоном Палмером [1]. До сих пор HA приносит ученым множество незамысловатых результатов. В этой статье вы узнаете, что такое гиалуроновая кислота, как ее производят и где она используется.

Что такое гиалуроновая кислота?

Гиалуроновая кислота (ГК) - это линейный гликозаминогликан (ГАГ), состоящий из повторяющихся дисахаридов глюкуроновой кислоты-N-ацетилглюкозамина. См. рисунок 1. Общая структура гиалуроновой кислоты может повторять структуру рисунка 1 более 10000 раз [2].

Рисунок 1. Структура мономера гиалуроновой кислоты: Слева - глюкуроновая кислота, справа - N-ацетилглюкозамин.

ГК часто встречается во внеклеточном матриксе эпителиальных, нервных и соединительных тканей позвоночных. Он также встречается у некоторых микроорганизмов, например у стрептококков, в составе внеклеточной капсулы. Здесь НА служит не только защитой и адгезивом, но и маскировкой, "обманывая" иммунную систему хозяина во время инфекционного процесса [2].

Благодаря высокой влагоудерживающей способности и хорошей биосовместимости гиалуроновая кислота широко используется во многих областях биомедицинской фармацевтики, косметики и клинических исследований. Например, гиалуронан способен поглощать большое количество воды и выступать в качестве смазки и амортизатора в суставах и соединительных тканях. Поскольку гиалуроновая кислота - это соединение с повторяющейся структурой, разное время повторения придает гиалуроновой кислоте разные свойства, а это значит, что у ГК может быть больше различных применений и способов использования. В связи с расширением сфер применения, спрос на ГК постоянно растет с момента ее открытия и по сей день. Люди находят два способа получить ГК более эффективно и экономично.

Как производится гиалуроновая кислота?

На сегодняшний день существует два основных источника получения гиалуроновой кислоты: животные и бактерии. Сначала поговорим о гиалуроновой кислоте, получаемой из животных источников.

Гиалуроновая кислота, получаемая из животных источников

Впервые гиалуроновая кислота была выделена из бычьего стекловидного тела Мейером и Палмером в 1934 году. После этого для выделения гиалуроновой кислоты стали использовать многие другие животные ткани, такие как гребень петуха, пуповина человека и синовиальная жидкость крупного рогатого скота. Общий процесс включает в себя гомогенизацию тканей животных, экстракцию, очистку и приготовление конечного продукта [1]. Существуют различные методы экстракции и очистки для разного сырья и разных сортов конечного продукта гиалуроновой кислоты. В качестве примера возьмем высокоочищенную ГК для медицинского применения.

Промывка: перед экстракцией нам необходимо "очистить" животную ткань смесью этанола и хлороформа или водой, ацетоном и этанолом. Животные ткани, такие как гребень петуха, собираются и обрабатываются 95% этанолом, десатурированным хлороформом, в течение одного дня. Этап промывки повторяется несколько раз, пока промывочный раствор не станет прозрачным и бесцветным. Это необходимо для того, чтобы убедиться, что все "плохие" компоненты, такие как железо, медь и фосфат-ионы, вымыты, поскольку HA может окисляться или разлагаться под их воздействием.

Экстракция: Затем используйте смесь воды и хлороформа (20:1) для экстракции уже предварительно обработанных тканей животных и перемешайте не менее 2 раз, чтобы извлечь из тканей как можно больше компонентов HA. Дайте экстракционному раствору постоять не менее 24 часов при температуре от 4 до 25℃. Отфильтруйте раствор, добавьте хлорид и хлороформ (1:1) и перемешивайте в течение 3-5 часов при температуре от 4 до 25℃.

Очистка: Поскольку НА получают из тканей животных, в экстракте содержится много примесей, таких как белки, липиды, пептиды или низкомолекулярные предшественники. Некоторые НА могут даже иметь ковалентные связи с белками или пептидами. Простого промывания органическим растворителем недостаточно. Добавьте протеолитические ферменты в раствор экстракта при природном pH и перемешивайте в течение 5 дней при комнатной температуре. Получите водный слой и используйте тефлоновые фильтры для стерилизации раствора. Используйте 3 объема этанола для осаждения полисахарида. В последнюю очередь используйте этанол и ацетон для повторного осаждения полисахарида, стерилизуйте его ацетоном и высушите в вакууме [1].

Конечный продукт HA имеет молекулярную массу более 750000 Da. Эффективность производства составляет около 0,8 г гиалуроновой кислоты из 1 кг петушиных гребней.

Гиалуроновая кислота, полученная из бактерий

Гиалуроновая кислота, полученная из бактерий, быстро развивалась в течение последних 2 десятилетий. Существует несколько видов грамположительных бактерий, таких как стрептококки или пастереллы, которые могут быть использованы для производства гиалуроновой кислоты, и они обычно должны отвечать следующим требованиям.

• Эти бактерии не должны быть токсичными или вредными для человека и не должны быть гемолитическими.
• Эти бактерии не должны проявлять гиалуронидазную активность по отношению к ГК [1]. НА - это длинноцепочечное соединение с очень простой дупликацией. HA легко "ломается" и подвергается любым механическим, термическим, химическим и ферментативным воздействиям.
• Высокая эффективность также является важным аспектом, который необходимо учитывать.

Стрептококки групп А и С являются наиболее популярными и подходящими штаммами для производства НА из-за их высокой продуктивности. Однако стрептококки общей группы производят токсины. Хорошая новость заключается в том, что, обнаружив генный код, используемый в биосинтетическом пути HA, мы можем модифицировать множество бактерий (Bacillus, Agrobacterium, E. coli, Lactococcus), которые могут экспрессировать этот генный код и производить HA. Другими словами, мы можем сначала отобрать негемолитические и гиалуронидазоотрицательные бактерии, а затем изменить некоторые их коды для производства ГК [2].

Весь процесс получения гиалуроновой кислоты из бактериального источника очень сложен. На рисунке 5 показано, как HA производится бактериями E. coli [2].

Рисунок 5: обзор пути биосинтеза гиалуроновой кислоты бактерией E. coli [2].

Области применения гиалуроновой кислоты

Применение гиалуроновой кислоты зависит от ее размера: крупная молекула (около 1000~1500 кДа), средняя молекула (около 200~800 кДа) и малая молекула (около 5~200 кДа).

Крупномолекулярная гиалуроновая кислота (HMW-HA) часто используется в средствах по уходу за кожей, чтобы помочь обеспечить увлажнение кожи на поверхностном уровне. Из-за большого размера молекул она не способна глубоко проникать в кожу, а образует на ее поверхности пленку, которая помогает предотвратить потерю воды и сохранить кожу увлажненной. Этот тип гиалуроновой кислоты часто встречается в увлажняющих средствах, листовых масках и других увлажняющих продуктах по уходу за кожей.

Мелкомолекулярная гиалуроновая кислота (LMW-HA), с другой стороны, способна проникать в кожу более глубоко. Это делает ее полезной в антивозрастных средствах по уходу за кожей, где она может помочь стимулировать выработку коллагена и улучшить общую текстуру и внешний вид кожи. Он также часто используется в сыворотках и других легких составах, которые предназначены для быстрого впитывания в кожу.

Читайте также: Высокомолекулярный VS. Низкомолекулярная гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота среднего молекулярного веса (MMW-HA), как следует из названия, занимает среднее положение по размеру молекул. Этот тип гиалуроновой кислоты реже используется в средствах по уходу за кожей, но считается, что она обладает преимуществами как для поверхностного увлажнения, так и для более глубокого проникновения в кожу. Он может быть полезен в составах, направленных как на мгновенное, так и на длительное увлажнение кожи.

Помимо использования в средствах по уходу за кожей, гиалуроновая кислота также применяется в инъекционных процедурах, таких как дермальные филлеры. В этих фильтрах обычно используется комбинация крупных и мелких молекул гиалуроновой кислоты, что обеспечивает немедленное увлажнение кожи, а также более длительный эффект придания объема.

В целом, различные области применения гиалуроновой кислоты зависят от размера ее молекул и специфики ухода за кожей, для решения которой она используется. Крупномолекулярная ГК полезна для поверхностного увлажнения, мелкомолекулярная ГК полезна для борьбы со старением и выработки коллагена, а среднемолекулярная ГК используется реже, но может быть полезна как для поверхностного, так и для более глубокого увлажнения.

Заключение

В заключение следует отметить, что гиалуроновая кислота может быть получена из животных и бактериальных источников. А продукты с гиалуроновой кислотой разных размеров используются для разных целей в области ухода за кожей.

Компания Stanford Advanced Materials имеет богатый опыт в производстве и продаже высокомолекулярной, среднемолекулярной и низкомолекулярной гиалуроновой кислоты. Для достижения наилучших результатов важно выбрать продукт, который хорошо разработан и соответствует вашим конкретным потребностям в уходе за кожей. Для получения более подробной информации посетите нашу домашнюю страницу.

Ссылка

1. Поляк, Ф., Хабаров, В. Н., Бойков, П. Ю., и Селянин, М. А. (2015). Гиалуроновая кислота: Получение, свойства, применение в биологии и медицине. John Wiley & Sons, Incorporated.
2. Sze, J. H., Brownlie, J. C., & Love, C. A. (2016). Биотехнологическое производство гиалуроновой кислоты: мини-обзор. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0379-9