Ce que vous devez savoir sur l’acide hyaluronique?

Acide hyaluronique, également connu sous le nom de hyaluronan, est une substance polysaccharidique visqueuse formée par l’alternance répétée de (1-3) -2-acétamido-2-désoxyde-β-d-glucose liée par l’intermédiaire de liaisons glycosidiques β-1,4 et β-1,3 avec l’acide (1-4) -O -β-d-glucuronique [1]............. Le poids moléculaire varie de dizaines de milliers à millions. Le rapport molaire de la n-acétylglucosamine à l’acide glucuronique dans la molécule est de 1:1, et sa structure est illustrée à la Figure 1 [2].

En 1937, Kendell et al. [3]HA extraitDu bouillon de fermentation d’une souche de bactéries. Depuis lors, il y a eu des recherches approfondies et approfondies sur la distribution, les propriétés physiques et chimiques, la structure chimique, le processus de production, et les applications dans la médecine, les cosmétiques et les aliments de santé.

1 propriétés et distribution de l’acide hyaluronique

Acide hyaluroniqueA de nombreuses propriétés en commun avec d’autres polysaccharides visqueux: il est blanc, solide amorphe à température ambiante, inodore et insipide, très hygroscopique, légèrement soluble dans l’eau et insoluble dans les solvants organiques. Cependant, l’acide hyaluronique a des propriétés uniques par rapport à d’autres sucres. En effet, les liaisons glycosidiques entre l’acide glucuronique et la n-acétylglucosamine sur l’axe de la chaîne droite de l’acide hyaluronique, les liaisons hydrogène et les interactions avec la solution aqueuse provoquent que l’acide hyaluronique forme une colonne hélicoïdal rigide d’un rayon de 200 nm dans l’espace. D’une part, la surface interne de la colonne est fortement hydrophile en raison du grand nombre de groupes hydroxyle; D’autre part, la disposition continue et directionnelle des groupes hydroxyle crée également des zones fortement hydrophobes sur la chaîne des molécules d’acide hyaluronique. Ce sont précisément les propriétés hydrophiles et hydrophobes de la molécule HA qui permettent à une structure en réseau tridimensionnelle continue de se former même à des concentrations d’ha inférieures à 10-3. Les molécules d’eau sont fixées dans la colonne spirale de ce réseau de nids d’abeilles par des liaisons polaires et des liaisons d’hydrogène avec des molécules d’acide hyaluronique, et ne sont pas facilement perdues. Par conséquent, l’acide hyaluronique peut absorber environ 1000 fois son propre poids dans l’eau comme une éponge moléculaire, et est internationalement reconnu comme le meilleur hydratant [4].

Dans la nature, l’ha est largement répandu dans divers tissus d’animaux supérieurs. L’ha a maintenant été isolée des cordons ombilicaux, de la peau, du sérum humain, des peignes de poulet, du liquide synovial, du cartilage cérébral, de l’humour vitreux des yeux, des embryons de poulet, de l’urine humaine et des parois artérielles et veineuses. Chez les mammifères, les plus grandes quantités d’acide hyaluronique se trouvent dans le corps vitreux, le liquide synovial et le cordon ombilical [5], tandis que lesSuperficie en HADans le rayon d’un coq est semblable à celui dans le liquide synovial [6]. L’ha est lié aux protéines et coexiste avec d’autres mucopolysaccharides. Il existe sous forme dissoute dans le corps vitré et le liquide synovial, et sous forme de gel dans le rayon d’un coq et du cordon ombilical. L’acide hyaluronique se trouve non seulement dans les tissus des animaux supérieurs, mais aussi dans certaines bactéries. Des bactéries à forte teneur en HA ont été trouvées, principalement Pseudomonas aeruginosa, Clostridium perfringens et Streptococcus hemolyticus types A, B et C [7].

2. Applications de l’acide hyaluronique

2.1 acide hyaluronique dans les cosmétiques

Acide hyaluroniqueA un bon effet hydratant et est un additif ingrédient hydratant naturel dans les cosmétiques haut de gamme. Parce qu’il est un facteur naturel largement présent dans les tissus de la peau humaine et a une bonne compatibilité, il peut être ajouté à presque tous les cosmétiques de beauté, des crèmes originales, lotions et lotions aux sels de bain actuels, poudres, rouges à lèvres, etc. [8]. Ses performances supérieures ont attiré l’attention de l’industrie cosmétique internationale. Lorsque des cosmétiques contenant de l’ha sont appliqués sur la surface de la peau, l’acide hyaluronique peut former un film viscoélastique hydraté sur la surface de la peau, qui peut lisser et hydrater le stratum corneume de la peau, et bloquer l’invasion de bactéries étrangères, la poussière et les rayons ultraviolets, protégeant la peau contre les dommages. En même temps, l’acide hyaluronique peut pénétrer l’épiderme de la peau, augmenter légèrement les capillaires, augmenter la circulation sanguine, améliorer le métabolisme intermédiaire, et favoriser l’absorption des nutriments de la peau et la décharge des déchets. En outre, l’acide hyaluronique a un fort effet de réduction des rides, augmente l’élasticité dela peau, et retarde le vieillissement dela peau. C’est le double effet de l’acide hyaluronique sur l’hydratation de la peau et la nutrition.

2.2 l’acide hyaluronique en médecine

Acide hyaluronique et ses selsSont les principaux composants du tissu conjonctif tel que le corps humain et#39; S matrice intercellulaire, le corps vitré de l’oeil, le cartilage articulaire et le liquide synovial des articulations [9]. En raison de ses propriétés physiques et chimiques uniques et de ses fonctions physiologiques, l’acide hyaluronique a été largement utilisé en médecine. Dans le traitement des maladies articulaires, compléter le corps avec de l’acide hyaluronique exogène peut restaurer la fonction lubrifiante du liquide synovial, créant du temps pour que l’articulation malade se répare, favorise la réparation articulaire et l’amélioration fonctionnelle; En chirurgie ophtalmique, il peut soutenir efficacement la chambre antérieure après avoir été injecté dans la chambre antérieure, et peut former un film protecteur sur la surface d’autres tissus dans l’œil et la surface de l’équipement chirurgical pour empêcher des dommages mécaniques à l’équipement; Dans les opérations chirurgicales, l’acide hyaluronique peut être utilisé pour prévenir l’adhésion postopératoire et favoriser la cicatrisation des plaies cutanées; En tant que substrat, l’ha est également largement utilisé dans les gouttes pour les yeux [10]. En outre, l’acide hyaluronique peut être combiné avec d’autres médicaments pour obtenir une libération ciblée et chronomérée en utilisant l’effet de ciblage des récepteurs HA. Par conséquent, avec le développement progressif de la technologie médicale, l’application de l’acide hyaluronique dans le domaine médical deviendra de plus en plus étendue.

2.3 Application de l’acide hyaluronique dans l’industrie alimentaire

Le montant deL’acide hyaluronique dans le corps humainEst d’environ 18g, et il joue un rôle vital dans les activités physiologiques du corps humain. Si la teneur en acide hyaluronique dans la cavité articulaire, les vaisseaux sanguins, le cœur, les yeux, le cerveau et d’autres tissus et organes diminue, cela peut entraîner des maladies telles que l’arthrite, l’athérosclérose, des troubles du pouls et l’atrophie cérébrale. L’apport Oral d’acide hyaluronique peut compléter le corps et#39; S manque d’ha et prévenir le vieillissement des tissus et des cellules causé par un manque d’acide hyaluronique dans le corps. En particulier, elle a un effet significatif sur le maintien de la santé des personnes âgées. L’acide hyaluronique peut retarder le vieillissement par la digestion et l’absorption, laissant la peau hydratée, lisse, douce et élastique [11]; En même temps, l’acide hyaluronique oral peut également rendre les gens pleins d’énergie et de vitalité jeune. À l’heure actuelle, la beauté orale d’acide hyaluronique et les aliments de santé sont payés de plus en plus d’attention et acceptés par de plus en plus de gens.

3 préparation de l’acide hyaluronique

Il existe deux méthodes principales pourPréparation de l’acide hyaluronique: l’une consiste à l’extraire des tissus animaux, et l’autre à l’obtenir par fermentation microbienne [12].

3.1 méthode d’extraction des tissus

L’ha est largement présent dans la matrice interstitielle de divers tissus animaux, tels que la peau, le liquide synovial articulaire, le cartilage, le corps vitreux des yeux, le rayon de coq, l’embryon de poulet, etc. Parmi eux, le cordon ombilical humain, le rayon de coq, le liquide synovial articulaire et le corps vitré des yeux ont laAcide hyaluronique le plus élevéContenu. La méthode générale pour extraire l’ha des tissus est la suivante: le tissu animal est d’abord homogénéisé, puis dissous dans de l’eau et une solution saline diluée. La solution est précipitée avec du chlorure d’hexadécylpyridinium, et le précipité résultant est dissous dans une solution de chlorure de sodium. Le produit brut est ensuite précipité avec une solution d’éthanol triplée et purifié à plusieurs reprises à l’aide de chlorure d’hexadécylpyridinium et d’éthanol, ou par chromatographie par gel et par échange d’ions. L’acide hyaluronique obtenu chez l’homme et l’animal a une viscosité plus élevée et de meilleures propriétés hydratantes, et son poids moléculaire relatif est généralement supérieur à 600 000. Actuellement, la plus grande partie de l’acide hyaluronique utilisé dans les cosmétiques haut de gamme et l’ophtalmologie de qualité médicale est encore obtenue par cette méthode. Cependant, la méthode traditionnelle d’extraction est coûteuse, la source est limitée, et la purification est compliquée, ce qui rend difficile de répondre à la demande toujours croissante [13].

3.2 Fermentation méthode de production

Depuis les années 1970, certaines personnes utilisentFermentation microbienne pour produire de l’acide hyaluronique....... En 1985, le japonais Shiseido a signalé pour la première fois l’utilisation de Streptococcus zooepidemicus pour produire de l’acide hyaluronique. Les bactéries productrices d’acide hyaluronique couramment signalées sont principalement des streptocoques des groupes A et C du Berger' S manuel. Le groupe A comprend principalement les streptocoques pyogènes, etc., qui sont des agents pathogènes pour l’homme et qui ne devraient pas être utilisés comme souches de production; Les streptocoques du groupe C sont des agents pathogènes non humains et conviennent mieux à la production industrielle. Actuellement, la production industrielle d’acide hyaluronique à l’aide de Streptococcus pyogenes a déjà atteint un stade industriel au cours des dernières années. En général, le rendement et la qualité de l’acide hyaluronique produit par des méthodes microbiens dépendent principalement des aspects suivants: le rendement de la souche de production, l’optimisation du milieu de culture et du processus de fermentation, le contrôle du processus de fermentation, la séparation et la purification en aval de la fermentation.

3.2.1 sélection et sélection de souches à haut rendement

L’élevage deSouches d’acide hyaluronique à haut rendementEst une tâche très importante qui doit être réalisée sur le long terme. Actuellement, China&#L’élevage de souches produisant de l’acide hyaluronique repose encore principalement sur la mutagenèse artificielle traditionnelle. La méthode générale de mutagénèse est la suivante: obtenir une souche originale de la nature ou d’un animal, l’identifier comme Streptococcus zooepidemicus et produire de l’acide hyaluronique, puis utiliser cette souche comme souche de départ pour le NTG, la lumière ultraviolette ou une combinaison des deux. La souche génétiquement stable et produisant des niveaux élevés d’acide hyaluronique est choisie comme souche de départ pour la poursuite de la mutagénèse. Ce processus est répété plusieurs fois pour augmenter le niveau de production d’acide hyaluronique. Cependant, avec l’étude approfondie continue du mécanisme de production d’acide hyaluronique de Streptococcus zooepidemicus, le clonage d’enzymes clés pour la biosynthèse de l’ha et la construction de bactéries génétiquement modifiées pour augmenter la production d’ha et contrôler son poids moléculaire sont devenus le centre de la recherche et du développement actuels.

3.2.2 appariement du milieu de culture

Les exigences de Streptococcus zooepidemicus pour la production d’acide hyaluronique sont extrêmement exigeantes. Actuellement, la principale source de carbone pour la production industrielle d’acide hyaluronique est le glucose, et l’azoteSource: levure en poudre, peptone, extrait de boeuf ou source composée d’azote organique. Cependant, lorsque le milieu n’est pas correctement adapté, ce qui entraîne un déséquilibre dans le rapport entre les sources d’azote et de carbone ou un manque de facteurs de croissance, la voie métabolique de Streptococcus zooepidemicus changera et une plus grande partie du glucose du substrat sera convertie en sous-produits tels que l’acide lactique ou l’acide acétique, ce qui affectera le niveau de production de fermentation de l’acide hyaluronique. Par conséquent, le choix du milieu de culture est extrêmement important.

3.2.3 optimisation de la technologie de fermentation et contrôle du processus de fermentation

Streptococcus zooepidemicus, qui produit de l’acide hyaluronique, est un anaérobe facultatif, et l’acide hyaluronique est le composant principal de la capsule de Streptococcus zooepidemicus. Quand il y a trop d’oxygène dissous dans le bouillon de fermentation, il causera des dommages aux bactéries. Un manque d’oxygène dissous entraînera un manque de stimulation de Streptococcus zooepidemicus, ce qui conduira à ce que les bactéries ne produisent pas de capsules et réduira la production d’acide hyaluronique. Les principaux facteurs du procédé qui influent sur la teneur en oxygène dissous dans le bouillon de fermentation sont la vitesse de rotation et la quantité d’aération. En outre, différentes températures, vitesses de rotation et valeurs de pH ont un effet significatif sur le poids moléculaire de l’acide hyaluronique. L’étude de la cinétique de fermentation de l’acide hyaluronique peut nous aider à comprendre les lois du processus de production de fermentation, de sorte que nous puissions optimiser et commander le processus de fermentation pour améliorer le niveau de production etEfficacité de l’acide hyaluronique.

3.2.4 séparation et purification de l’acide hyaluronique dans le bouillon de fermentation

Le processus de séparation et de purification en aval est un maillon clé dans l’obtention d’acide hyaluronique de poids moléculaire élevé et de pureté élevée, et il est le goulot d’étranglement limitant la production d’ha de haute qualité dans de nombreuses entreprises. Le conseil des ministresFermentation à l’acide hyaluroniqueLe bouillon est très visqueux et est un système complexe à plusieurs phases. Les propriétés du fluide ne sont pas newtoniennes. Les principaux solides en suspension dans le bouillon de fermentation sont: l’acide hyaluronique produit de fermentation, les cellules bactériennes, diverses protéines d’impureté et les composants résiduels dans le milieu de culture et d’autres métabolites. Il est difficile de séparer rapidement et efficacement l’ha des autres composants du bouillon de fermentation. En même temps, l’autolyse des bactéries dans le bouillon de fermentation peut produire de l’hyaluronidase pour dégrader l’ha, ce qui réduit considérablement le poids moléculaire de l’ha [14]. Par conséquent, la recherche d’un procédé de séparation et de purification approprié est d’une grande importance pour la préparation de l’acide hyaluronique de haute qualité.

4 perspectives

La Fermentation est une méthode rentable pourProduction d’acide hyaluronique, et le processus d’extraction est simple. Il a été mis à l’échelle pour la production et a de larges perspectives de marché. Le prix du marché international pour la qualité cosmétique HA est de 1000 à 2000$/kg, tandis que le prix pour la qualité pharmaceutique HA est de 6000 à 20000$/kg. En 1985, les ventes totales d’ha sur le marché international s’élevaient à 100 millions de dollars US, passant à plus de 200 millions de dollars US en 1990 et à 600 millions de dollars US en 1995. Les statistiques montrent que le marché mondial des produits liés à l’acide hyaluronique représentait environ 3 milliards de dollars US en 2004, les additifs pharmaceutiques et cosmétiques pour les soins de la peau et les produits médicaux représentant chacun la moitié du marché. L’europe, les États-Unis et le Japon sont les plus grands marchés pour la production et l’utilisation de produits à base d’acide hyaluronique, et on s’attend à ce qu’ils continuent à croître à un rythme de 15% par an à l’avenir. Actuellement, la demande intérieure annuelle d’acide hyaluronique est d’environ 5 tonnes.

Depuis les années 1980, la production deAcide hyaluronique par fermentationA été réalisé à l’étranger, et le nombre de fabricants est passé de plus de dix à des centaines, et l’échelle est également de plus en plus grande. En revanche, en Chine, le niveau de production et l’efficacité de production de l’acide hyaluronique sont relativement faibles, et il ya peu de fabricants qui produisent de l’ha par fermentation microbienne, ce qui restreint sérieusement le développement et l’application de l’acide hyaluronique en Chine. Actuellement, les principaux goulets d’étranglement dans le développement de la production d’acide hyaluronique en Chine et les problèmes à résoudre sont principalement les suivants:

(1) (1) Faible rendement des souches bactériennes: selon la littérature chinoise, le rendement en laboratoire peut atteindre environ 6 à 8 g/L, mais après application dans l’industrie, le rendement peut être beaucoup plus faible en raison de facteurs tels que les matières premières et les conditions de fermentation. Il existe encore un écart important par rapport au niveau international de fermentation en usine de 8 à 10 g/L ou plus. Par conséquent, l’utilisation de méthodes traditionnelles de sélection par mutagénèse ou de génie génétique pour obtenir des souches bactériennes à haut rendement est une orientation de recherche importante pour l’application.

(2) molécules petites et inégales: il y a beaucoup de facteurs qui affectentTaille moléculaire de l’acide hyaluronique....... Selon la littérature, pendant le processus de fermentation, l’oxygène dissous, le pH et la température peuvent tous influer sur la taille moléculaire.

(3) processus de fermentation Immature: la cinétique est la base de l’application de la technologie moderne de fermentation. Son étude peut nous aider à comprendre les lois du processus de fermentation, de sorte que le processus de production peut être optimisé et contrôlé pour obtenir des taux de conversion de substrat élevés et des intensités de production élevées.

(4) le mécanisme de fermentation n’est pas clair: selon la littérature existante, seul un très petit nombre de substrats peuvent être convertis en acide hyaluronique. Bien que la recherche sur la voie de synthèse de l’acide hyaluronique ait été effectuée au niveau moléculaire, il n’existe aucune théorie réalisable et efficace qui puisse augmenter considérablement laRendement en acide hyaluronique.

Références:

[1] Ling Peixue. Acide hyaluronique [M]. Beijing: China Light Industry Press, 2000.

[2] Laurent T C. biochimie de l’hyaluronique. Acta Otolaryngol (Stockh) [J], suppl, 1987(442):7-24.

[3] Kendell F E, Heidellberger M, Dawson M H. un polysaccharide sérologiquement inactif élaboré par des souches mucoïdes de streptococcus hémolytique du groupe A [J]. J Biol Chem, 1997 (118): 61-69.

[4] Wu Dongru. Biochimie des glucides [M]. Beijing: Higher Education Press, 2001.

[5] Pogrel M A, Lowe M A, Stern R. Hyaluronic (acide hyaluronique) dans la salive humaine [J]. Aich Oral Biol, 1996, 41: 667-671.

[6] Wang Dong. L’acide hyaluronique synthétique au Japon [J]. Journal of Chemical Industry and Engineering, 2002(1): 16

[7] Zhang Huzhong, Wen Yuanlin. Chimie des ingrédients actifs animaux [M], Tianjin: Tianjin Science and Technology Publishing House, 1995.

[8] Xu Hong, Lu Zhihua. Application d’hyaluronate de sodium dans les cosmétiques [J]. Chinese Journal of Biochemical Drugs, 1998: (5): 222-223.

[9] Fan Ming. Effet de l’acide hyaluronique sur la teneur en cytokines dans le liquide synovial de l’arthrose du genou [D]. Qingdao: université de Qingdao, 2005.

[10] Bi Ying. Une étude du film d’hyaluronate de sodium pour prévenir l’adhésion après la chirurgie [D]. Qingdao: université de Qingdao, 2002.

[11] Yang Suzhen, Chen Guirui. Caractéristiques de l’acide hyaluronique et son application dans les aliments [J]. Food Industry Science and Technology, 2008, 29(6): 317-320.

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

[13] Lu, Nianci, Tan Tianwei. Préparation et application d’acide hyaluronique [J]. Journal of Functional Polymer Science, 2001, 14(3): 370-376.

[14] Kui Miaomiao, Cui Bo, Sun Hongbo, et al. Progrès de la recherche sur les méthodes d’extraction et de détermination de l’huile d’oignon vert [J]. Journal of Shandong University of Light Industry, 2010, 24(3): 1-3.