¿Qué necesita saber sobre el ácido hialurónico?

Ácido hialurónico, también conocido como hialuronano, es una sustancia viscopolisacáriformada por la alternrepetida de (1-3) -2-acetamido-2-deoxy - − -d-glucosa unida a través de enlaces glicosídicos − -1,4 y − -1,3 con (1-4) -O - − -d-ácido glucurónico [1]. El peso molecular varía de decenas de miles a millones. La relación molar de n-acetilglucosamina a ácido glucurónico en la molécula es 1:1, y su estructura se muestra en la figura 1 [2].

En 1937, Kendell et al. [3]jDel caldo de fermentación de una cepa bacteriana. Desde entonces, ha habido una extensa y profunda investigación sobre la distribución, propiedades físicas y químicas, estructura química, proceso de producción y aplicaciones en medicina, cosméticos y alimentos saludables.

1 propiedades y distribución del ácido hialurónico

Ácido hialurónicoTiene muchas propiedades en común con otros polisacáridos visco: es blanco, un sólido amorfo a temperatura ambiente, inodoro e insípido, altamente higroscópico, ligeramente soluble en agua e insoluble en solventes orgánicos. Sin embargo, el ácido hialurónico tiene propiedades únicas en comparación con otros azúcares. Esto se debe aque los enlaces glicosídicos entre el ácido glucurónico y la n-acetilglucosamina en el eje de cadena recta del ácido hialurónico, los enlaces de hidrógeno y las interacciones con la solución acuosa hacen que el ácido hialurónico forme una columna helirígida con un radio de 200 nm en el espacio. Por un lado, la superficie interna de la columna es fuertemente hidrófila debido al gran número de grupos hidroxilo; Por otro lado, la disposición continua y direccional de los grupos hidroxilo también crea áreas altamente hidrofóbicen la cadena molecular del ácido hialurónico. Son precisamente las propiedades hidrofílicas e hidrofóbicde la molécula de HA las que permiten que se forme una red de panal tridimensional continua incluso en concentraciones de HA por debajo de 10-3. Las moléculas de agua se fijan en la columna espiral dentro de esta red de panal de abejas por enlaces polares y enlaces de hidrógeno con moléculas de ácido hialurónico, y no se pierden fácilmente. Por lo tanto, el ácido hialurónico puede absorber alrededor de 1000 veces su propio peso en agua como una esponesponmolecular, y es reconocido internacionalmente como el mejor humectante [4].

En la naturaleza, el HA está ampliamente distribuido en varios tejidos de animales superiores. HA HA sido aislado de corales umbilicales, piel, suero humano, peines de pollo, líquido sinovial, cartílago cerebral, humor vítreo, embriones de pollo, orina humana y paredes arteriy venosas. En los mamíferos, las mayores cantidades de ácido hialurónico se encuentran en el cuerpo vítreo, líquido sinovial y cordón umbilical [5], mientras que elCantidad deEn el peine de un Gallo es similar a la del líquido sinovial [6]. El HA está unido a proteínas y coexiste con otros mucopolisacáridos. Existe en una forma disuelto en el cuerpo vítreo y líquido sinovial, y en forma de gel en el peine de un Gallo y el cordón umbilical. El ácido hialurónico no sólo se encuentra en los tejidos de los animales superiores, sino también en algunas bacterias. Se han encontrado bacterias con alto contenido de HA, principalmente Pseudomonas aeruginosa, Clostridium perfringens y Streptococcus hemolyticus tipos A, B y C [7].

2. Aplicaciones del ácido hialurónico

2.1 ácido hialurónico en cosméticos

Ácido hialurónicoTiene un buen efecto hidratante y es un aditivo hidratante natural en cosmética de alta gama. Debido a que es un factor natural ampliamente presente en el tejido de la piel humana y tiene una buena compatibilidad, se puede añadir a casi cualquier cosmético de belleza, desde las cremas, lociones y lociones originales hasta las actuales sales de baño, polvos, lápices labi, etc. [8]. Su rendimiento superior ha atraído la atención de la industria cosmética internacional. Cuando los cosméticos que contienen HA se aplican a la superficie de la piel, el ácido hialurónico puede formar una película hidratviscoelástica sobre la superficie de la piel, que puede suavie hidratar el estrato córneo de la piel y bloquear la invasión de bacterias extrañas, polvo y rayos ultravioleta, protegiendo la piel del daño. Al mismo tiempo, el ácido hialurónico puede penetrar en la epiderde la piel, expandir ligeramente los capilares, aumentar la circulación sanguínea, mejorar el metabolismo intermediario, y promover la absorción de nutrientes de la piel y la descarga de residuos. Además, el ácido hialurónico tiene un fuerte efecto reducde arru, aumenta la elasde la piel y retrasel envejecimiento dela piel. Este es el doble efecto del ácido hialurónico sobre la hidratación de la piel y la nutrición.

2.2 ácido hialurónico en medicina

Ácido hialurónico y sus sales¿Son los principales componentes del tejido conectivo como el cuerpo humano#39;s matriz intercelular, el cuerpo vítreo del ojo, el cartílago articular y el líquido sinovial de las articulaciones [9]. Debido a sus propiedades físicas y químicas únicas y funciones fisiológicas, el ácido hialurónico ha sido ampliamente utilizado en la medicina. En el tratamiento de las enfermedades articulares, que complementa el cuerpo con ácido hialurónico exógeno puede restaurar la función lubricdel líquido sinovial, la creación de tiempo para que la articulación enferma para reparar a sí mismo, promover la reparación de las articulaciones y la mejora funcional; En cirugía oftálmica, puede apoyar efectivamente la cámara anterior después de ser inyectada en la cámara anterior, y puede formar una película protectora en la superficie de otros tejidos en el ojo y la superficie del equipo quirúrgico para prevenir daños mecánicos al equipo; En las operaciones quirúrgicas, el ácido hialurónico puede usarse para prevenir la adhesión postopery promover la cicatride heridas cutáneas; Como medio, el HA también se usa ampliamente en gotas para los ojos [10]. Además, el ácido hialurónico se puede combinar con otros fármacos para lograr una liberación dirigida y programada mediante el uso del efecto de los receptores de HA. Por lo tanto, con el desarrollo gradual de la tecnología médica, la aplicación del ácido hialurónico en el campo médico será cada vez más extensa.

2.3 aplicación de ácido hialurónico en la industria alimentaria

El importe deÁcido hialurónico en el cuerpo humanoSe trata de 18g, y juega un papel vital en las actividades fisiológicas del cuerpo humano. Si el contenido de ácido hialurónico en la cavidad articular, vasos sanguíneos, corazón, ojos, cerebro y otros tejidos y órganos disminuye, puede conducir a enfermedades como artritis, aterosclerosis, trastornos del pulso y atrofia cerebral. La ingesta Oral de ácido hialurónico puede complementar el cuerpo#39;s falta de HA y prevenir el envejecimiento de los tejidos y células causado por la falta de ácido hialurónico en el cuerpo. En particular, tiene un efecto significativo en el mantenimiento de la salud de las personas de edad. El ácido hialurónico puede retrasar el envejecimiento a través dela digestión y la absorción, dejando la piel hidratada, lisa, suave y elástica [11]; Al mismo tiempo, el ácido hialurónico oral también puede llenar a las personas de energía y vitalidad juvenil. En la actualidad, el ácido hialurónico oral se está prestando cada vez más atención y aceptación por parte de más y más personas.

3 preparación de ácido hialurónico

Hay dos métodos principales paraPreparación de ácido hialurónicoUno es extraerlo de tejido animal, y el otro es obtenerlo por fermentación microbiana [12].

3.1 método de extracción de tejido

El HA se encuentra ampliamente en la matriz intersticial de diversos tejidos animales, como la piel, el líquido sinovial de las articulaciones, el cartílago, el cuerpo vítreo de los ojos, el peine de Gallo, el embrión de pollo, etc. Entre ellos, el cordón umbilical humano, peine Gallo, líquido sinovial de la articulación y el ojo vítreo cuerpo tienen elAlto ácido hialurónicoContenido. El método general para extraer HA de los tejidos es el siguiente: el tejido animal primero se homogeneiza, luego se disuelve en agua y una solución de sal diluida. La solución se precipcon clorde hexadecilpiridinio, y el precipitresultante se disuelve en solución de clorde sodio. El producto crudo es luego precipitado con una solución de etanol triple, y purirepetidamente usando clorde hexadecilpiridinio y etanol, o por gel y cromatode intercambio iónico. El ácido hialurónico obtenido de humanos y animales tiene una mayor viscoy mejores propiedades hidratantes, y su peso molecular relativo es generalmente superior a 600.000. En la actualidad, la mayor parte del ácido hialurónico utilizado en cosméticos de alta gama y oftalmología de grado médico todavía se obtiene por este método. Sin embargo, el método tradicional de extracción es costoso, la fuente es limitada, y la purificación es complicada, lo que hace difícil satisfacer la creciente demanda [13].

3.2 método de producción de fermentación

Desde la década de 1970, algunas personas han estado usandoFermentación microbiana para producir ácido hialurónico. En 1985, Shiseido de Japón informó por primera vez el uso de Streptococcus zooepidemicus para producir ácido hialurónico. Las bacterias productoras de ácido hialurónico comúnmente reportson principalmente estreptococos del grupo A y del grupo C en Berger's Manual. El grupo A comprende principalmente los estreptococos piogénicos, etc., que son patógenos humanos y no deben utilizarse como cepas de producción; Los estreptococos del grupo C son patógenos no humanos y son más adecuados para la producción industrial. En la actualidad, la producción industrial de ácido hialurónico utilizando Streptococcus pyogenes ya ha alcanzado una etapa industrial en los últimos años. En general, el rendimiento y la calidad del ácido hialurónico producido por métodos microbianos dependen principalmente de los siguientes aspectos: el rendimiento de la cepa de producción, la optimización del medio de cultivo y del proceso de fermentación, el control del proceso de fermentación y la separación y purificación posterior de la fermentación.

3.2.1 selección y selección de cepas de alto rendimiento

Sobre laCepas de ácido hialurónico de alto rendimientoEs una tarea muy importante que debe llevarse a cabo a largo plazo. Actualmente, China&#La cría de cepas productoras de ácido hialurónico sigue basándose principalmente en la mutagénesis artificial tradicional. El método general de mutagénesis es el siguiente: obtener una cepa original de la naturaleza o de un animal, identificarla como Streptococcus zooepidemicus y producir ácido hialurónico, y luego utilizar esta cepa como cepa de partida para NTG, luz ultravioleta o una combinación de las dos. La cepa que es genéticamente estable y produce altos niveles de ácido hialurónico se selecciona como cepa de partida para la mutagenesis continua. Este proceso se repite muchas veces para aumentar el nivel de producción de ácido hialurónico. Sin embargo, con el continuo estudio en profundidad del mecanismo de producción de ácido hialurónico por Streptococcus zooepidemicus, la clonación de enzimas clave para la biosíntesis de HA y la construcción de bacterias genéticamente modificadas para aumentar la producción de HA y controlar su peso molecular se han convertido en el foco de la investigación y el desarrollo actuales.

3.2.2 adecuación del medio de cultivo

Los requerimientos de Streptococcus zooepidemicus para la producción de ácido hialurónico son extremadamente exigentes. Actualmente, la principal fuente de carbono para la producción industrial de ácido hialurónico es la glucosa, y el nitrógenoFuente es polvo de levadura, peptona, extracto de carne de vacuno o compuesto de fuente de nitrógeno orgánico. Sin embargo, cuando el medio no se corresponde correctamente, lo que resulta en un desequilibrio en la relación de nitrógeno y fuentes de carbono o una falta de factores de crecimiento, la vía metabólica de Streptococcus zooepidemicus cambiará, y más de la glucosa sustrse convertirá en subproductos tales como ácido láco ácido acético, afectando el nivel de producción de fermentación de ácido hialurónico. Por lo tanto, la elección del medio de cultivo es extremadamente importante.

3.2.3 optimización de la tecnología de fermentación y control del proceso de fermentación

Streptococcus zooepidemicus, que produce ácido hialurónico, es un anaerobio facult, y el ácido hialurónico es el principal componente de la cápsula de Streptococcus zooepidemicus. Cuando hay demasiado oxígeno disuelto en el caldo de fermentación, causará daño a las bacterias. La falta de oxígeno disuelinsuficiente se traducirá en una falta de estimulación de Streptococcus zooepidemicus, lo que llevará a las bacterias no producir cápsulas y reducir la producción de ácido hialurónico. Los principales factores del proceso que afectan el nivel de oxígeno disuelto en el caldo de fermentación son la velocidad de rotación y la cantidad de aireación. Además, las diferentes temperaturas, velocidades de rotación y valores de pH tienen un efecto significativo en el peso molecular del ácido hialurónico. El estudio de la cinética de fermentación del ácido hialurónico puede ayudarnos a entender las leyes del proceso de producción de fermentación, de forma que podamos optimizar y controlar el proceso de fermentación para mejorar el nivel de producción yEficiencia del ácido hialurónico.

3.2.4 separación y purificación del ácido hialurónico en el caldo de fermentación

El proceso de separación y purificación es un eslabclave en la obtención de alto peso molecular y ácido hialurónico de alta pureza, y es el cuello de botella que restringe la producción de HA de alta calidad en muchas empresas. elFermentación de ácido hialurónicoEl caldo es muy viscoy es un complejo sistema multifase. Las propiedades del fluido no son newtonianas. Los principales sólidos suspenen el caldo de fermentación son: producto de fermentación ácido hialurónico, células bacterianas, diversas proteínas de impurezas y componentes residuales en el medio de cultivo y otros metaboli. Es difícil separar rápida y efectivamente el HA de otros componentes en el caldo de fermentación. Al mismo tiempo, la autólisis de las bacterias en el caldo de fermentación puede producir hialuronidasa para degradar HA, lo que reduce en gran medida el peso molecular de HA [14]. Por lo tanto, encontrar un proceso adecuado de separación y purificación es de gran importancia para la preparación de ácido hialurónico de alta calidad.

4 perspectivas

La fermentación es un método rentable paraProduciendo ácido hialurónicoY el proceso de extracción es simple. Ha sido ampliado para la producción y tiene amplias perspectivas de mercado. El precio de mercado internacional para cosméticos de grado HA es de 1000 a 2000$/kg, mientras que el precio para el HA de grado farmacéutico es de 6000 a 20000$/kg. En 1985, las ventas totales de HA en el mercado internacional fueron de 100 millones de dólares, ascendiendo a más de 200 millones de dólares en 1990, y alcanzando los 600 millones de dólares en 1995. Las estadísticas muestran que el mercado mundial de productos relacionados con el ácido hialurónico alcanzó un valor aproximado de 3 mil millones de dólares en 2004, con aditivos para el cuidado de la piel farmacéuticos y cosméticos y productos médicos que representan cada uno la mitad del mercado. Europa, Estados Unidos y Japón son los mayores mercados para la producción y el uso de productos de ácido hialurónico, y se espera que sigan creciendo a un ritmo del 15% anual en el futuro. En la actualidad, la demanda interna anual de ácido hialurónico es de alrededor de 5 toneladas.

Desde la década de 1980, la producción deÁcido hialurónico por fermentaciónSe ha logrado en el extranjero, y el número de fabricantes ha aumentado de más de diez a cientos, y la escala también es cada vez más y más grande. Por el contrario, en China, el nivel de producción y la eficiencia de producción del ácido hialurónico son relativamente bajos, y hay pocos fabricantes que producen HA por fermentación microbiana, lo que restringe seriamente el desarrollo y la aplicación del ácido hialurónico en China. En la actualidad, los principales obstáculos en el desarrollo de la producción de ácido hialurónico en China y los problemas que deben resolverse son principalmente los siguientes:

(1) Bajo rendimiento de cepas bacterianas: según la literatura China, el rendimiento a nivel de laboratorio puede alcanzar entre 6 y 8 g/L, pero después de la aplicación en la industria, el rendimiento puede ser mucho menor debido a factores como las materias primas y las condiciones de fermentación. Todavía hay una gran diferencia entre el nivel de fermentación de la fábrica internacional de 8 a 10 g/L o más. Por lo tanto, el uso de métodos tradicionales de reproducción mutagénica o de ingeniería genética para obtener cepas bacterianas de alto rendimiento es una importante dirección de investigación para su aplicación.

(2) moléculas pequeñas y desiguales: hay muchos factores que afectan a laTamaño molecular del ácido hialurónico. Según informes de la literatura, durante el proceso de fermentación, el oxígeno disuelto, el pH y la temperatura pueden afectar el tamaño molecular.

(3) proceso de fermentación inmadura: la cinética es la base para la aplicación de la tecnología de fermentación moderna. Su estudio puede ayudarnos a entender las leyes del proceso de fermentación, de manera que el proceso de producción pueda ser optimiy controlado para obtener altas tasas de conversión de sustry altas intensidades de producción.

(4) el mecanismo de fermentación no está claro: según informes de la literatura existente, sólo un número muy pequeño de sustrpuede ser convertido en ácido hialurónico. Aunque la investigación sobre la vía de síntesis del ácido hialurónico se ha llevado a cabo a nivel molecular, no hay una teoría factible y eficaz que pueda aumentar en gran medida elRendimiento de ácido hialurónico.

Referencias:

[1] Ling Peixue. Ácido hialurónico [M]. Beijing: China Light Industry Press, 2000.

[2] Laurent T C. Biochemistry of hyaluronic. Acta otolaringogol (Stockh) [J], suppl, 1987(442):7-24.

[3] Kendell F E, Heidellberger M, Dawson M H. un polisacárido serológicamente inactivo elaborado por cepas mucoides de Streptococcus hemolídel grupo A [J]. J Biol Chem, 1997 (118): 61-69.

[4] Wu Dongru. Bioquímica de carbohidratos [M]. Beijing: Higher Education Press, 2001.

[5] Pogrel M A, Lowe M A, Stern R. Hyaluronic (Hyaluronic acid) in Human saliva [J]. Aich Oral Biol, 1996, 41: 667-671.

[6] Wang Dong. Ácido hialurónico sintético en Japón [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2002(1): 16

[7] Zhang Huzhong, Wen Yuanlin. Chemistry of Animal Active Ingredients [M], Tianjin: Tianjin Science and Technology Publishing House, 1995.

[8] Xu Hong, Lu Zhihua. Aplicación de hialuronato de sodio en cosméticos [J]. Chinese Journal of biomedical Drugs, 1998: (5): 222-223.

[9] Fan Ming. Efecto del ácido hialurónico sobre el contenido de citocinas en el líquido sinovial de la artrode rodilla [D]. Qingdao: Qingdao University, 2005.

[10] Bi Ying. Estudio de la película de hialuronato de sodio para prevenir la adhesión después de una cirugía [D]. Qingdao: Qingdao University, 2002.

[11] Yang Suzhen, Chen Guirui. Características del ácido hialurónico y su aplicación en alimentos [J]. Ciencia y tecnología de la industria alimentaria, 2008, 29(6): 317-320.

[12] Ishikawa, Osamu. Nippon Gankaishi [J]. Ganka, 1987 (38): 927.

[13] Lu, Nianci, Tan Tianwei. Preparación y aplicación de ácido hialurónico [J]. Journal of Functional Polymer Science, 2001, 14(3): 370-376.

[14] Kui Miaomiao, Cui Bo, Sun Hongbo, et al. Progresos de la investigación sobre los métodos de extracción y de determinación del aceite de cebolverde [J]. Journal of Shandong University of Light Industry, 2010, 24(3): 1-3.