¿Cuáles son los métodos de preparación del polvo de ácido hialurónico de bajo peso Molecular?

Ácido hialurónicoTambién conocido como ácido de vidrio, es un glucosaminoglicano compuesto de alternalternde ácido glucurónico (GlcUA) y n-acetilglucosaminun(GlcNAc) unidades. El ácido hialurónico es un polvo blanco que es inodoro e insípido. Es soluble en agua pero insoluble en disolventes orgánicos. Su peso molecularrelativo (Mr) varía de 1 × 104 a 7 × 106. Tiene buena viscoelasy reología pseudoplástica, y es ampliamente utilizado en microcirugía oftálmica, tratamiento de artritis, ingeniería de tejidos, prevención de adherquirúrgica y otros campos [1]. El ácido hialurónico puede ser producido por extracción de tejido y fermentación microbiana. El ácido hialurónico de diferentes fuentes no difiere en su estructura, pero el ácido hialurónico con diferentes valores de Mr exhibe diferentes o incluso opuestas actividades biológicas, con una obvia dependencia de Mr.

Ácido hialurónico con un peso molecular> 2 × 106 se utiliza en cirugía oftálmica y para el tratamiento de la osteoartritis debido a sus buenas propiedades viscoelásticas; Ácido hialurónico con un peso molecularde (1-2) − 106 se utiliza en gotas para los ojos y cosméticos debido a sus buenas propiedades hidratantes; Mr. (1 a 8) × 104 ácido hialurónico de bajo peso molecular relativo (ácido hialurónico de bajo peso molecular, ácido hialurónico de bajo peso molecular) y Mr. < 1 − 104 ácido hialurónico oligosacáridos tienen actividades biológicas tales como la promoción de la angiogénesis y la cicatride heridas y anti-tumor [2]. El autor revisa las últimas investigaciones sobre los métodos de preparación y las actividades biológicas del ácido hialurónico de bajo peso molecular.

1 métodos de preparación de ácido hialurónico de bajo peso molecular

El peso molecular del ácido hialurónico producido por extracción y aislamiento de tejidos animales o fermentación microbiana es generalmente de 2 × 105 a 7 × 106. Senembargo, actualmente no existe un estándar unificado para el peso molecular del ácido hialurónico de bajo peso molecular, y generalmente se considera que es de 1 × 104 a 5 × 105. Por lo tanto, el polvo de ácido hialurónico de bajo peso molecular puede ser preparado degradando primero el ácido hialurónico hasta cierto punto, y luego purificándolo y refinándolo. Hay muchos métodos de degradación, que se pueden dividir en métodos de degradación física, métodos de degradación química y métodos de degradación biológica. Además, el ácido hialurónico de bajo peso molecular también puede ser producido por fermentación microbiana. Los diferentes métodos de degradación tienen sus propias ventajas y desventajas, y un método de degradación apropiado puede ser seleccionado de acuerdo a las necesidades reales.

1. 1 método de degradación física

El método de degradación física utiliza factores físicos para degradar el ácido hialurónico, tales como calor, cizalladura mecánica, luz ultravioleta, microondas, ultrasonido, irradiación de rayos gamma, etc. Choi et al. [3] compararon los efectos de la degradación de la irradiación con haz de electrones (EB), la irradiación con rayos gamma (GM), la irradiación con microondas (MW) y el tratamiento térmico (TH) en la degradación del polvo de ácido hialurónico. Los resultados mostraron que los cuatro métodos podían degradar la RM del ácido hialurónico de 1,04 × 106 a 2 × 105 a 3 × 105, pero todos ellos afectaron la estructura del ácido hialurónico de bajo peso molecular después de la degradación. Entre ellos, el método de tratamiento MW aumenta la absorción UV del ácido hialurónico de bajo peso molecular a 265 nm, lo que provoca dobles enlaces en la estructura molecular y cambia el color del producto a marrón. Senembargo, este método puede aumentar la actividad antioxidante del ácido hialurónico de bajo peso molecular.

Los métodos EB y GM resultan en cambios mínimos en el espectro UV del ácido hialurónico de bajo peso molecular en comparación con otros métodos, lo que indica cambios mínimos en la estructura molecular durante la degradación. Sin embargo, los productos resultantes tienen baja polidispersidad (Mw/Mn de 2.21 y 2.27, respectivamente), los métodos EB y GM de degradación del ácido hialurónico son más aleatorios que el método Mw. El TH es un método simple y fácil de controlar de degradación del ácido hialurónico. El polvo de ácido hialurónico se coloca en un horno a 90 °Cdurante 52 h para obtener un producto con un rango de distribución de Mr estrecho. El método de degradación física no requiere reactivos químicos, no contamina el medio ambiente, tiene un procedimiento de post-procesamiento simple, y obtiene un producto con una distribución de peso molecular estrecha y buena estabilidad térmica. Sin embargo, este método tarda mucho tiempo en degradarse, lo que no es propicio para la producción en masa. Con el fin de reducir los costos de producción, el método de degradación química se utiliza principalmente.

1. 2 método de degradación química

Some chemical reagents can be used to break hyaluronic acid chains, thereporachieving elpurpose dedegradation. Hydrochloric acid is commonly used for acid hydrolysis, sodium hydroxide for alkaline hydrolysis, ysodium hypochlorite and Hidrógeno hidrógenoperoxidefor oxidative degradation. elmain principle deoxidative degradation is that eloxygen radicals produced by the oxidant break the glycosidic bonds dethe hyaluronic acid chains. The higher the concentration deH2 O2, the faster the degradation. The addition of CuCl2 can significantly increase the degradation rate [4]. In addition, it has been found that hyaluronic acid can be oxidatively degraded in Weissberger' sistema s [ascorbato + Cu(II)], pero la adición de algunos compuestos de mercapto como d-penicilamina y glutatión reducido puede inhibir la degradación del ácido hialurónico [5].

Además de los métodos tradicionales de degradación química, en los últimos años Gu et al. [6] estudiaron la degradación electroquímica del ácido hialurónico, es decir, el uso de electrodos de Ti/TiO2-RuO2 para la electrólisis de la solución de ácido hialurónico (0,1% p /V), con agitación uniforme durante el proceso de electrólisis y temperatura controlada a 50 °C. Los resultados mostraron que la RM del ácido hialurónico podía ser reducida de 1,49 ± 106 a 6,9 ± 104 en 120 min. La espectroscopia FT-IR y los resultados de 1H y 13c-rmn mostraron que la estructura química del ácido hialurónico no fue cambisignificativamente por el método electroquímico. Por lo tanto, el método electroquímico es simple y factible, con un corto tiempo de degradación, y es un nuevo método con perspectivas de aplicación. Usando un método de degradación química, la RM del producto puede ser controlada controlando la cantidad de reactivo químico agregado y el tiempo de reacción. El tiempo de degradación es corto, lo que reduce los costes de producción. Sin embargo, la desventaja es que las condiciones de reacción son relativamente duras, lo que no sólo destruye el enlace glicosídico en la cadena del azúcar, sino que también puede destruir la estructura del residuo del monosacárido. También puede haber residuos del oxidante en el producto, lo que reduce la calidad del producto.

1. 3 método de biodegradación

El ácido hialurónico es degradado por la acción de la hialuronidasa (hialuronidasa, ácido hialurónico as), que rompe el enlace glicosídico. En el pasado, la hialuronidasa se derivprincipalmente de los testículos animales. Annal- isa et al. [7] usaron hialuronidasa testicular bovina (BTH) para hidrolizar el ácido hialurónico in Vitro vitroy encontraron que el BTH puede reducir significativamente la Mr del ácido hialurónico. Cuanto mayor es la concentración de la enzima y más largo el tiempo, más corta es la cadena del ácido hialurónico. Los resultados experimentales muestran que la Mr del ácido hialurónico puede ser tan baja como 1 − 104 después de 24 h de hidrólisis enzimcon BTH 10 U·mL-1. Cui Xiangzhen et al. [8] determinaron las condiciones óptimas para la hidrólisis del ácido hialurónico catpor hialurosina, que fueron una concentración de sustrde 10 g·L-1, una concentración enzimde 150.000 U·L-1, un pH de 5,0 y una temperatura de reacción de 50 °C. El ácido hialurónico con diferentes RM se puede obtener mediante el control del tiempo de reacción. Sin embargo, el método de obtención del ácido hialurónico a partir de los testículos de animales está limitado por la materia prima y es relativamente caro. Se ha encontrado que ciertas bacterias de Streptococcuspueden producir ácido hialurónico como.

Ei-safory et al. [9] resumieron los tipos de bacterias que pueden producir EA hialuron, incluyendo Streptococcus agalactiae, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumonia, Streptococcus intermedium, Streptococcus consellatus, Streptococcus dysgalactiae, Streptococcus uberis, Streptococcus zooepidemicus. Estas bacterias estreptocóciproducen hialuronidasa que degrada el ácido hialurónico al romper el enlace n-acetilglucosamina y producir un residuo ácido -4,5-aldónico en el extremo no degradado. Además de la hialuronidasa, la glucuronidasa y la hexosaminidasa también tienen el efecto de degradar el ácido hialurónico [10].

La hidrólisis enzimes el método de degradación más leve, que tiene el menor impacto sobre la estructura del ácido hialurónico y por tanto su actividad. Se utiliza para preparar ácido hialurónico de bajo peso molecular, y oligosacáridos de ácido hialurónico también se pueden obtener después de la separación de cromatode gel. Sin embargo, la fuente de ácido hialurónico es limitada y costosa, lo que limita en gran medida su aplicación.

1. 4 fermentación microbiana

The above methods for preparing low-molecular-weight hyaluronic acid all use finished hyaluronic acid for further degradation, which is complicated and time-consuming, and algunoshyaluronic acid is also lost durantethe degradation process. In recent years, studies have shown that low-molecular-weight hyaluronic acid can be directly produced through fermentation culture, mainly by changing the strain, the composition of the culturamedium, or adding a certain substance during the fermentation process. USpatent [11] reports that recombinant Bacillus subtilis can produce 2 × 104 to 8 × 104 bajamolecular weight hyaluronic acid under culture conditions with a changed temperature. This method involves culturing at a temperature suitable for the growth of the strain for a period of time, and then increasing the temperature to achieve the purpose of producing low molecular weight hyaluronic acid.

Pires et al. [12] modificaron el medio para la fermentación de Streptococcus zooepidemicus para producir ácido hialurónico. Usaron derivados de productos agrícolas como el hidrolizado de proteína de soja, la proteína concentrada de suero y el líquido de nude de anacardo como medio, y un medio sintético con glucosa como fuente de carbono y extracto de levadura como fuente de nitrógeno como control. El medio fue incubado en una botella agita a 37 °C y 150 r · min-1 durante 24 h. Los resultados mostraron que el Mr promedio de ácido hialurónico producido por todos los productos agrícolas como medio de cultivo estaba entre 103 y 104, entre los cuales el Mr de ácido hialurónico de bajo peso molecular producido por medio líquido de cajú es de alrededor de 2 × 104.

Liu et al. [13] añadiperóxido de hidrógeno (1,0 mmol·g-1 ácido hialurónico) y ascorbato (0,5 mmol·g-1 ácido hialurónico) al caldo de fermentación de Streptococcus zooepidemica las 8 y 12 h de fermentación, y utilizó la degradación oxidpara obtener el producto final del ácido hialurónico con un Mr de 8 × 104. El producto final del ácido hialurónico tiene una RM de 8 × 104, y las sustancias añadino tienen efecto sobre el crecimiento de Streptococcus zooepidemicus. Utilizando la degradación de la sustancia añadi, se añadió una cierta cantidad de ácido hialurónico que se añadió durante el proceso de fermentación, y se obtuvo el mismo ácido hialurónico LM-W. Liu et al. [14] añadiácido hialurónico al caldo de fermentación en diferentes concentraciones durante las 8 h de fermentación. A las concentraciones másicas de 0,15, 0,20 y 0,25 g·L-1, la Mr del ácido hialurónico se redujo a 4,5 × 104, 3,2 × 104 y 2,1 × 104, respectivamente.

Microbial fermentation is a common method for producing Polvo de ácido hialurónicoY la producción directa de ácido hialurónico de bajo peso molecular cambiando las condiciones de fermentación puede eliminar la necesidad de procesos de degradación posteriores. Si las condiciones de fermentación se optimiaún más, las condiciones de fermentación se pueden ajustar de acuerdo a las necesidades reales para producir directamente ácido hialurónico con diferentes RM, reduciendo los costos de producción y teniendo un alto valor de aplicación para la producción a gran escala de ácido hialurónico LM-W.

2 actividad biológica del polvo de ácido hialurónico de bajo peso molecular

Los estudios han demostrado que la actividad biológica del polvo de ácido hialurónico es significativamente dependiente del peso molecular. Este artículo se centra en las actividades biológicas antitumoral, pro-respuesta inflamatoria y de regulación inmune del ácido hialurónico de bajo peso molecular.

2. 1 efecto antitumoral

Alaniz et al. [15] mostraron que el ácido hialurónico de bajo peso molecular redujo el crecimiento de células del carcinoma colorrectal (CCR) in vivo e in vitro. Los resultados de los experimentos in vitro mostraron que dosis bajas de ácido hialurónico de bajo peso molecular (20 μg·mL-1) era la única condición que reducsignificativamente la proliferación de células tumorales CT26. Este efecto fue mediado por el receptor CD44 y el uso de ácido hialurónico de bajo peso molecular (1 a 3) ≥ 105 grupos aumentó significativamente la apoptosis celular de CT26 (cerca del 50%) en comparación con el uso de ácido hialurónico de alto Mr (1,5 a 1,8) ≥ 106 grupos; Los experimentos in vivo mostraron que el ácido hialurónico de bajo peso molecular puede reducir el crecimiento de las células tumorales del CRC y aumentar la tasa de supervivencia de los ratones con tumores. Los autores especulan que el mecanismo es ejercer un efecto antitumoral al aumentar la presentación de antígenos por las células dendríticas (DCs). Teng et al. [16] creen que el ácido hialurónico puede regular el crecimiento y la diferenciación de las células del CRC al inhibir el mecanismo de apoptosis en conjunto con la hialuronan sintasa 3 (hialuronansintasa 3, hyaluronan S 3).el mecanismo de acción del ácido hialurónico de bajo peso molecular en el antitumoral aún no es concluyente, lo que puede estar relacionado con su Mr, concentración y reacción con otros componentes de la matriz en el microambiente tumoral.

2.2 promover la respuesta inflamatoria

Hay muchos resultados de investigación sobre la relación entre el ácido hialurónico de bajo peso molecular y la inflamación. Ya en 1996, Mckee et al. [17] encontraron que el ácido hialurónico de bajo peso molecular puede inducir a los macrófagos a expresar las células mononucleares química atraer a la proteina-1 (MCP-1), macrop hialurónico acidge inflam. Proteína-1 α (MIP-1α), acido hialurónico macrop en - proteína inflam- 1β (MIP-1β) y otras quimioc, causando así la inflamación. Voel MIP-1α), y macrófagos proteína inflam1 β (macrófagos proteína inflama-1 β, MIP-1β), etc., que causan inflamación. Voelcker et al. [18] creen que los fragmentos de ácido hialurónico se pueden considerar receptores tipo toll (TLR) y causar una respuesta inflamatoria.

Farwick et al. [19] usaron un modelo de epiderhumana reconstruy encontraron que el ácido hialurónico de 2 × 104 podría aumentar significativamente la expresión del factor de necrosis tumoral (FNT - ×) en este modelo, lo que indica una respuesta inflamatoria. Sin embargo, el ácido hialurónico 5-104 no modificó significativamente la expresión de TNF- - y no mostró respuesta inflamatoria. Lyle et al. [20] investigaron el efecto del ácido hialurónico con diferentes RM en la producción de óxido nítrico en la célula de ratón RAW264. 7 en condiciones inflamatorias o no inflamatorias (el óxido nítrico es un indicador directo de la respuesta inflamatoria mediada por macrófagos). Bajo las condiciones inflamatorias más altas, el ácido hialurónico de bajo peso molecular aumentó ligeramente su producción, lo que indica que si la endotoxina se reduce a un nivel extremadamente bajo, el ácido hialurónico de bajo peso molecular no inducedirectamente respuestas inflamatorias mediada por macrófagos en los tejidos normales.

2.3 regulación inmune

Domestic and foreign studies have confirmed that hyaluronic acid is involved in the regulation of the human immune system. Low concentrations of hyaluronic acid have a slight stimulating effect on phagocytes and natural killer cells, but inhibit the transformation of lymphocytes and the formation of rosettes of red blood cells. At the same time, high concentrations of hyaluronic acid have a significant inhibitory effect on lymphocytes, phagocytes, natural killer cells, etc. [21]. Alaniz et al. [22] found that low molecular weight hyaluronic acid can promote the maturation of DCs, increase the producciónof IL-12, and reduce the production of IL-10, while also producing a specific cytotoxic T lymphocyte response and immune protection response. and dendritic cells/T lymphocytes (DC/TL) pretreated with low-molecular-weight hyaluronic acid have improved migratory capacity towards Quimioina.ligand-19 (CCL-19) and chemokine ligand-21 (CCL-21), and these migratory capacities enhance the aggregation of DC/TL cells in lymph nodes.

2. Otros 4

El ácido hialurónico de bajo peso molecular tiene una variedad de otras actividades biológicas. Pilloni et al. [23] encontraron que los experimentos in vitro mostraron que el ácido hialurónico de bajo peso molecular puede promover la migración y la diferenciación de las células mesenquimales, promoviendo así la formación ósea. Gariboldi et al. [24] encontraron que en el caso del daño cutáneo, el ácido hialurónico de bajo peso molecular puede estimular los queratinocipara aumentar la producción de − -defensina 2, lo cual aumenta la función curativa de la piel. Que puede deberse al aumento de la actividad antibacteriana de la piel causada por el aumento de la producción de beta-defensina 2.

3 perspectivas

The preparation of low-molecular-weight hyaluronic acid powderEs un requisito previo para la investigación y la aplicación. En la actualidad, los métodos utilizados para la producción a gran escala son en su mayoría métodos de degradación química, que tienen un gran impacto en la estructura del producto obtenido. En contraste, el método de biodegradación tiene condiciones de reacción suaves y un proceso simple, y es un método de degradación que produce la mejor estructura de ácido hialurónico de bajo peso molecular. Al mismo tiempo, el método de fermentación microbiana para producir ácido hialurónico LM-W es un nuevo método con valor de desarrollo industrial, pero este método todavía está lejos de la producción a gran escala. Por lo tanto, aún se necesita más exploración e investigación para cada método.

El polvo de ácido hialurónico de bajo peso molecular tiene una variedad de actividades biológicas, y los agentes biológicos pueden ser desarrollados y preparados con base en estas actividades. Por ejemplo, se espera que el efecto antitumoral se convierta en un adyuvpara el tratamiento del tumor. Además, su efecto inmunomodulador también puede desempeñar un papel en la preparación de adyuvinmun. Hay muchas otras actividades biológicas del ácido hialurónico de bajo peso molecular, pero todavía no hay una investigación farmacológica sistemática o ensayos clínicos. Todos estos son problemas sin resolver para el ácido hialurónico de bajo peso molecular, y se necesita una investigación más profunda.

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