Quelles sont les méthodes de préparation de la poudre d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire?

Acide hyaluronique, également connu sous le nom d’acide de verre, est un glycosaminoglycane composé d’acide glucuronique alterné (GlcUA) et de n-acétylglucosamine (GlcNAc) unités. L’acide hyaluronique est une poudre blanche qui est inodore et insipide. Il est soluble dans l’eau mais insoluble dans les solvants organiques. Son poids moléculaire relatif (Mr) varie de 1 × 104 à 7 × 106. Il A ala bonne viscoélasticité et la rhéologie pseudoplastique, et est très utilisé dans la microchirurgie ophtalmique, le traitement de l’arthrite, l’ingénierie des tissus, la prévention chirurgicale d’adhésion et d’autres domaines [1]. L’acide hyaluronique peut être produit par extraction tissulaire et fermentation microbienne. L’acide hyaluronique provenant de sources différentes ne diffère pas dans sa structure, mais l’acide hyaluronique avec des valeurs Mr différentes présente des activités biologiques différentes, voire opposées, avec une dépendance Mr évidente.

L’acide hyaluronique d’un poids moléculaire de >2 × 106 est utilisé en chirurgie ophtalmique et pour le traitement de l’arthrose en raison de ses bonnes propriétés viscoélastiques; L’acide hyaluronique d’un poids moléculaire de (1-2) × 106 est utilisé dans les gouttes pour les yeux et les cosmétiques en raison de ses bonnes propriétés hydratantes; Les oligosaccharides d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire (acide hyaluronique de faible poids moléculaire, acide hyaluronique de faible poids moléculaire) et d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire (oligosaccharides d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire) ont des activités biologiques telles que la promotion de l’angiogenèse et de la cicatrisation des plaies et anti-tumeur [2]. L’auteur passe en revue les dernières recherches sur les méthodes de préparation et les activités biologiques de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire.

1 méthodes de préparation d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire

Le poids moléculaire de l’acide hyaluronique produit par extraction et isolement à partir de tissus animaux ou fermentation microbienne est généralement de 2 × 105 à 7 × 106. Cependant, il n’existe actuellement aucune norme unifiée pour le poids moléculaire de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire, et il est généralement considéré comme allant de 1 × 104 à 5 × 105. Par conséquent, la poudre d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut être préparée en dégradant d’abord l’acide hyaluronique dans une certaine mesure, puis en le purifiant et en l’affinant. Il existe de nombreuses méthodes de dégradation, qui peuvent être divisées en méthodes de dégradation physique, méthodes de dégradation chimique et méthodes de dégradation biologique. En outre, l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut également être produit par fermentation microbienne. Différentes méthodes de dégradation ont leurs propres avantages et inconvénients, et une méthode de dégradation appropriée peut être choisie en fonction des besoins réels.

1. 1 méthode de dégradation physique

La méthode de dégradation physique utilise des facteurs physiques pour dégrader l’acide hyaluronique, comme la chaleur, le cisaillement mécanique, la lumière ultraviolette, les micro-ondes, les ultrasons, l’irradiation par rayons gamma, etc. Choi et al. [3] ont comparé les effets de dégradation de l’irradiation par faisceau d’électrons (EB), de l’irradiation par rayons gamma (GM), de l’irradiation par micro-ondes (MW) et du traitement thermique (TH) sur la dégradation de la poudre d’acide hyaluronique. Les résultats ont montré que les quatre méthodes pouvaient dégrader la Mr de l’acide hyaluronique de 1,04 × 106 à 2 × 105 à 3 × 105, mais toutes ont affecté la structure de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire après dégradation. Parmi eux, la méthode de traitement MW augmente l’absorption UV de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire à 265 nm, ce qui provoque des doubles liaisons dans la structure moléculaire et modifie la couleur du produit en brun. Cependant, cette méthode peut augmenter l’activité antioxydante de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire.

Les méthodes EB et GM entraînent des changements minimes du spectre UV de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire par rapport aux autres méthodes, ce qui indique des changements minimes de la structure moléculaire au cours de la dégradation. Cependant, les produits obtenus ont une faible polydispersion (Mw/Mn de 2,21 et 2,27, respectivement), les méthodes EB et GM de dégradation de l’acide hyaluronique sont plus aléatoires que la méthode Mw. TH est une méthode simple et facile à contrôler de dégradation de l’acide hyaluronique. La poudre d’acide hyaluronique est placée dans un four à 90 °C Cpendant 52 h pour obtenir un produit avec une gamme de distribution Mr étroite. La méthode de dégradation physique ne nécessite pas de réactifs chimiques, ne pollue pas l’environnement, a une procédure de post-traitement simple, et obtient un produit avec une distribution de poids moléculaire étroite et une bonne stabilité thermique. Cependant, cette méthode prend beaucoup de temps à se dégrader, ce qui n’est pas propice à la La productionde masse. Afdansde réduire les coûts de production, la méthode de dégradation chimique est principalement utilisée.

1. 2 méthode de dégradation chimique

Some chemical reagents can be used to break hyaluronic acid chains, therePar:achieving Le conseil des ministrespurpose De ladegradation. Hydrochloric acid is commonly used for acid hydrolysis, sodium hydroxide for alkaline hydrolysis, Et en plussodium hypochlorite and l’hydrogèneLe peroxydefor oxidative degradation. Le conseil des ministresmadansprinciple De laoxidative degradation is that Le conseil des ministresoxygen radicals produced by the oxidant break the glycosidic bonds De lathe hyaluronic acid chains. The higher the concentration De laH2 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' L lsystème [ascorbate + Cu(II)], mais l’ajout de certains composés mercapto tels que la D-penicillamine et le glutathion réduit peut inhiber la dégradation de l’acide hyaluronique [5].

En plus des méthodes traditionnelles de dégradation chimique, Gu et al. [6] ont étudié ces dernières années la dégradation électrochimique de l’acide hyaluronique, c’est-à-dire l’utilisation d’électrodes Ti/TiO2-RuO2 pour électrolyser une solution d’acide hyaluronique (0,1 % W/V), sous agitation uniforme pendant le processus d’électrolyse et la température contrôlée à 50 °C. Les résultats ont montré que le Mr de l’acide hyaluronique pouvait être réduit de 1,49 × 106 à 6,9 × 104 en 120 minutes. La spectroscopie FT-IR et les résultats 1H et 13c-rmn ont montré que la structure chimique de l’acide hyaluronique n’était pas significativement modifiée par la méthode électrochimique. Par conséquent, la méthode électrochimique est simple et réalisable, avec un temps de dégradation court, et est une nouvelle méthode avec des perspectives d’application. En utilisant une méthode de dégradation chimique, le Mr du produit peut être contrôlé en contrôlant la quantité de réactif chimique ajoutée et le temps de réaction. Le temps de dégradation est court, ce qui réduit les coûts de production. Cependant, l’inconvénient est que les conditions de réaction sont relativement dures, ce qui non seulement détruit la liaison glycosidique sur la chaîne du sucre, mais peut également détruire la structure du résidu monosaccharidique. Il peut également y avoir des résidus de l’oxydant dans le produit, ce qui réduit la qualité du produit.

1. 3 méthode de biodégradation

L’acide hyaluronique est dégradé par l’action de l’hyaluronidase (hyaluronidase, acide hyaluronique as), qui brise la liaison glycosidique. Dans le passé, l’hyaluronidase était principalement dérivée des testicules animaux. Annal — isa et al. [7] ont utilisé de l’hyaluronidase testicular bovine (BTH) pour hydrolyser l’acide hyaluronique in In vitroet ont constaté que le BTH peut réduire considérablement la Mr de l’acide hyaluronique. Plus la concentration enzymatique est élevée et plus le temps est long, plus la chaîne de l’acide hyaluronique est courte. Les résultats expérimentaux montrent que le Mr de l’acide hyaluronique peut être aussi faible que 1 × 104 après 24 h d’hydrolyse enzymatique avec BTH 10 U·mL-1. Cui Xiangzhen et al. [8] ont déterminé les conditions optimales pour l’hydrolyse de l’acide hyaluronique catalysé par l’hyaluronidase, soit une concentration de substrat de 10 g·L-1, une concentration enzymatique de 150 000 U·L-1, un pH de 5,0 et une température de réaction de 50 °C. L’acide hyaluronique avec différents Mr peut être obtenu en contrôlant le temps de réaction. Cependant, la méthode d’obtention de l’acide hyaluronique à partir des testicules animaux est limitée par la matière première et est relativement coûteuse. Il a été constaté que certaines bactéries de streptocoquepeuvent produire de l’acide hyaluronique as.

Ei-safory et al. [9] ont résume les types de bactéries qui peuvent produire l’hyaluronanas, y compris Streptococcus agalactiae, Streptococcus pyogenes, Streptococcus pneumonia, Streptococcus intermedium, Streptococcus consellatus, Streptococcus dysgalactiae, Streptococcus uberis, Streptococcus zooepidemicus. Ces bactéries streptococciques produisent de l’hyaluronidase qui dégrade l’acide hyaluronique en clivant la liaison n-acétylglucosamine et en produisant un résidu d’acide △ -4,5-aldonique à l’extrémité non dégradée. En plus de l’hyaluronidase, la glucuronidase et l’hexosaminidase ont également pour effet de dégrader l’acide hyaluronique [10].

L’hydrolyse enzymatique est la méthode de dégradation la plus légère, qui a le moins d’impact sur la structure de l’acide hyaluronique et donc son activité. Il est utilisé pour préparer de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire, et des oligosaccharides d’acide hyaluronique peuvent également être obtenus après la séparation par chromatographie sur gel. Cependant, la source de l’acide hyaluronique est limitée et coûteuse, ce qui limite dans une large mesure leur application.

1. 4 fermentation microbienne

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 certainshyaluronic acid is also lost pendantthe 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 Culture et culturemedium, or adding a certain substance during the fermentation process. US patent [11] reports that recombinant Bacillus subtilis can produce 2 × 104 to 8 × 104 faiblemoléculaireweight 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 moléculaireweight hyaluronic acid.

Pires et al. [12] ont modifié le milieu pour la fermentation de Streptococcus zooepidemicus afin de produire de l’acide hyaluronique. Ils ont utilisé des dérivés de produits agricoles comme l’hydrolysat de protéine de soja, la protéine concentrée de lactosérum et le liquide de noix de cajou comme milieu, et un milieu synthétique avec le glucose comme source de carbone et l’extrait de levure comme source d’azote comme source de contrôle. Le milieu a été incubé dans un flacon secouant à 37 °C et 150 r · min-1 pendant 24 h. Les résultats ont montré que le Mr moyen d’acide hyaluronique produit par tous les produits agricoles comme milieu de culture était compris entre 103 et 104, parmi lesquels le Mr d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire produit par milieu liquide de noix de cajou est d’environ 2 × 104.

Liu et al. [13] ont ajouté du peroxyde d’hydrogène (1,0 mmol· acide hyaluronique g-1) et de l’ascorbate (0,5 mmol· acide hyaluronique g-1) au bouillon de fermentation de Streptococcus zooepidemicus à 8 et 12 h de fermentation, et ont utilisé la dégradation oxydative pour obtenir le produit final d’acide hyaluronique avec un Mr de 8 × 104. Le produit final d’acide hyaluronique a un Mr de 8 × 104, et les substances ajoutées n’ont aucun effet sur la croissance de Streptococcus zooepidemicus. En utilisant la dégradation de la substance ajoutée, on a obtenu une certaine quantité d’acide hyaluronique ajouté au cours du processus de fermentation et le même acide hyaluronique LM-W. Liu et al. [14] ont ajouté de l’acide hyaluronique dans le bouillon de fermentation à différentes concentrations pendant les 8 heures de fermentation. Aux concentrations massiques de 0,15, 0,20 et 0,25 g·L-1, le Mr de l’acide hyaluronique a été réduit respectivement à 4,5 × 104, 3,2 × 104 et 2,1 × 104.

Microbial fermentation is a common method for producing Poudre d’acide hyaluronique, et la production directe d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire en modifiant les conditions de fermentation peut éliminer la nécessité de processus de dégradation ultérieurs. Si les conditions de fermentation sont encore optimisées, les conditions de fermentation peuvent être ajustées en fonction des besoins réels pour produire directement de l’acide hyaluronique avec un Mr différent, réduisant ainsi les coûts de production et ayant une valeur d’application élevée pour la production à grande échelle d’acide hyaluronique LM-W.

2 activité biologique de la poudre d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire

Des études ont montré que l’activité biologique de la poudre d’acide hyaluronique dépend considérablement du poids moléculaire. Cet article se concentre sur les activités biologiques anti-tumorales, pro-inflammatoires et de régulation immunitaire de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire.

2. 1 effet anti-tumoral

Alaniz et al. [15] ont montré que l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire réduisait la croissance des cellules du carcinome colorectal(CCR) in vivo et in vitro. Les résultats des expériences in vitro ont montré que l’acide hyaluronique à faible dose et à faible poids moléculaire (20 μg·mL-1) était la seule condition qui réduisait significativement la prolifération des cellules tumeurs CT26. Cet effet a été médié par le récepteur CD44 et l’utilisation de groupes d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire (1 à 3) × 105 a augmenté significativement l’apoptose des cellules CT26 (environ 50%) comparativement à l’utilisation de groupes d’acide hyaluronique à haut Mr (1,5 à 1,8) × 106; Des expériences in vivo ont montré que l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut réduire la croissance des cellules tumorales CRC et augmenter le taux de survie des souris tumorales. Les auteurs supposent que le mécanisme est d’exercer un effet anti-tumoral en augmentant la présentation de l’antigène par les cellules dendritiques (dc). Teng et al. [16] croient que l’acide hyaluronique peut réguler la croissance et la différenciation des cellules CRC en inhibant le mécanisme d’apoptose en association avec l’hyaluronan syntase 3 (hyaluronan syntase 3, hyaluronan S 3). Le mécanisme d’action de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire dans l’anti-tumeur est encore peu concluant, ce qui peut être lié à sa Mr, sa concentration et sa réaction avec d’autres composants de la matrice dans le microenvironnement tumoral.

2.2 promotion de la réponse inflammatoire

Il existe de nombreux résultats de recherche sur la relation entre l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire et l’inflammation. Dès 1996, Mckee et al. [17] ont constaté que l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut induire les macrophages à exprimer les cellules mononucléaires chimiques attirer la protéine 1 (MCP-1), l’acide hyaluronique macrop inflammatoire Protéine-1α (MIP-1α), acide hyaluronique macrop in- inflammatoire protéine-1β (MIP-1β) et d’autres chimiokines, provoquant ainsi une inflammation. Voel MIP-1α), et la protéine inflammatoire des macrophages 1β (protéine inflammatoire des macrophages 1β, MIP-1β), etc., qui provoquent l’inflammation. Voelcker et al. [18] croient que les fragmentsd’acide hyaluronique peuvent être considérés comme des récepteurs de type Toll-like (TLR) et causer une réponse inflammatoire.

Farwick et al. [19] ont utilisé un modèle reconstruit d’épiderme humain et ont constaté que l’acide hyaluronique 2 × 104 pouvait augmenter significativement l’expression du facteur de nécrose tumorale (TNF-α) dans ce modèle, indiquant une réponse inflammatoire. Cependant, l’ acide hyaluronique 5 × 104 n’ a pas modifié significativement l’ expression du TNF-α et n’ a pas montré de réponse inflammatoire. Lyle et al. [20] ont étudié l’effet de l’acide hyaluronique avec différents Mr sur la production d’oxyde nitrique dans la cellule RAW264 de souris. 7 dans des conditions inflammatoires ou non inflammatoires (l’oxyde nitrique est un indicateur direct de la réponse inflammatoire médiée par les macrophages). Dans les conditions inflammatoires les plus élevées, l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire a légèrement augmenté sa production, ce qui indique que si l’endotoxine est réduite à un niveau extrêmement bas, l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire n’induit pas directement des réponses inflammatoires médiées par les macrophages dans les tissus normaux.

2.3 régulation immunitaire

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 moléculaireweight hyaluronic acid can promote the maturation of DCs, increase the production of 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 chemokineligand-19 (CCL-19) and chemokine ligand-21 (CCL-21), and these migratory capacities enhance the aggregation of DC/TL cells in lymph nodes.

2. 4 autres

L’acide hyaluronique de faible poids moléculaire a une variété d’autres activités biologiques. Pilloni et al. [23] ont constaté que des expériences in vitro ont montré que l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut favoriser la migration et la différenciation des cellules mésenchymateux, favorisant ainsi la formation osseuse. Gariboldi et al. [24] ont constaté que dans le cas de dommages cutanés, l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire peut stimuler les kératinocytes pour augmenter la production de β-défenine 2, qui augmente la fonction de guérison de la peau. Ce qui peut être dû à l’activité antibactérienne accrue de la peau causée par la production accrue de bêta-défenine 2.

3 perspectives

The preparation of low-molecular-weight hyaluronic acid powderEst une condition préalable à la recherche et à l’application. Actuellement, les méthodes utilisées pour la production à grande échelle sont principalement des méthodes de dégradation chimique, qui ont un grand impact sur la structure du produit obtenu. En revanche, la méthode de biodégradation présente des conditions de réaction légères et un processus simple, et est une méthode de dégradation qui produit la meilleure structure d’acide hyaluronique à faible poids moléculaire. Dans le même temps, la méthode de fermentation microbienne pour la production d’acide hyaluronique LM-W est une nouvelle méthode ayant une valeur de développement industriel, mais cette méthode est encore loin de la production à grande échelle. Par conséquent, l’exploration et la recherche sont encore nécessaires pour chaque méthode.

La poudre d’acide hyaluronique de faible poids moléculaire a une variété d’activités biologiques, et des agents biologiques peuvent être développés et préparés sur la base de ces activités. Par exemple, l’effet anti-tumoral devrait se développer en adjuvant pour le traitement de la tumeur. En outre, son effet immunomodulateur peut également jouer un rôle dans la préparation d’adjuvants immunitaires. Il existe de nombreuses autres activités biologiques de l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire, mais il n’y a pas encore de recherche pharmacologique systématique ou d’essais cliniques. Toutes ces questions ne sont pas résolues pour l’acide hyaluronique de faible poids moléculaire, et des recherches plus approfondies sont nécessaires.

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