2 diversi modi di produrre l'acido ialuronico e le sue applicazioni
Introduzione
L'acido ialuronico (HA), chiamato anche ialuronano, è un polisaccaride lineare scoperto nel 1918 da Karl Meyer e John Palmer [1]. Ancora oggi, l'HA porta agli scienziati molti risultati non scontati. Questo articolo vi fornirà una breve introduzione su cos'è l'acido ialuronico, come viene prodotto e dove viene utilizzato.
Che cos'è l'acido ialuronico?
L'acido ialuronico (HA) è un glicosaminoglicano (GAG) lineare costituito da disaccaridi ripetuti di acido glucuronico-N-acetilglucosamina. Si veda la Figura 1. Un HA generico può ripetere la struttura della Figura 1 più di 10000 volte [2].
Figura 1: Struttura di un monomero di acido ialuronico: L'acido glucuronico è sul lato sinistro e la N-acetilglucosamina sul lato destro.
L'HA si trova spesso nella matrice extracellulare dei tessuti epiteliali, neurali e connettivi dei vertebrati. Si trova anche in alcuni microrganismi, come lo streptococco, come parte della capsula extracellulare. In questo caso, l'HA non serve solo come protettore e adesivo, ma anche come camuffatore, "ingannando" il sistema immunitario dell'ospite durante il processo di infezione [2].
Grazie alla sua elevata ritenzione di umidità e alla buona biocompatibilità, l'acido ialuronico è ampiamente utilizzato in molti settori della farmaceutica biomedica, della cosmetica e degli studi clinici. Ad esempio, lo ialuronico può assorbire grandi quantità di acqua e agire come lubrificante e ammortizzatore nelle articolazioni e nei tessuti connettivi. Poiché l'acido ialuronico è un composto a struttura ripetitiva, i diversi tempi di ripetizione conferiscono all'acido ialuronico proprietà diverse, il che significa che l'HA può avere più applicazioni e usi diversi. A causa delle sue crescenti applicazioni, la domanda di HA cresce continuamente dalla sua scoperta fino ad oggi. Le persone trovano due modi per ottenere l'HA in modo più efficiente ed economico.
Come si produce l'acido ialuronico?
Oggi esistono due fonti principali per la produzione di acido ialuronico: gli animali e i batteri. Parliamo innanzitutto dell'acido ialuronico prodotto da fonti animali.
Acido ialuronico prodotto da fonti animali
L'acido ialuronico è stato isolato per la prima volta dall'umor vitreo dei bovini da Meyer e Palmer nel 1934. In seguito, per estrarre l'acido ialuronico sono stati utilizzati molti altri tessuti animali, come il pettine di gallo, il cordone ombelicale umano e il liquido sinoviale bovino. Il processo complessivo prevede l'omogeneizzazione del tessuto animale, l'estrazione, la purificazione e la preparazione del prodotto finale [1]. Esistono diversi metodi di estrazione e purificazione per diverse materie prime e diversi gradi del prodotto finale dell'acido ialuronico. Prendiamo ad esempio l'HA di elevata purezza per uso medico.
Lavaggio: prima dell'estrazione, dobbiamo "pulire" il tessuto animale con una miscela di etanolo e cloroformio o con acqua, acetone ed etanolo. Il tessuto animale, come il pettine del gallo, viene raccolto e trattato con etanolo al 95% desaturato con cloroformio per un giorno. La fase di lavaggio viene ripetuta più volte finché la soluzione di lavaggio non diventa trasparente e incolore. In questo modo si assicura che tutti i componenti "cattivi", come gli ioni ferro, rame e fosfato, vengano lavati via perché l'HA può essere ossidato o decomposto da essi.
Estrazione: Quindi, utilizzare una miscela di acqua e cloroformio (20:1) per estrarre i tessuti animali già pretrattati e mescolare almeno 2 volte per estrarre il maggior numero possibile di componenti di HA dai tessuti. Lasciare riposare la soluzione di estrazione per almeno 24 ore a una temperatura compresa tra 4 e 25℃. Filtrare la soluzione di miscela, aggiungere cloruro e cloroformio (1:1) e agitare per 3-5 ore a 4-25℃.
Purificazione: Poiché l'HA viene estratto da tessuti animali, nell'estratto sono presenti molte impurità come proteine, lipidi, peptidi o precursori a basso peso molecolare. Alcuni HA possono anche avere legami covalenti con proteine o peptidi. Il semplice lavaggio con solventi organici non è sufficiente. In questo caso, si aggiungono gli enzimi proteolitici alla soluzione di estratto a pH naturale e si agita per 5 giorni a temperatura ambiente. Ottenere lo strato acquoso e utilizzare filtri in teflon per sterilizzare la soluzione. Utilizzare 3 volumi di etanolo per far precipitare il polisaccaride. Infine, si usa etanolo e acetone per far precipitare nuovamente il polisaccaride, si sterilizza con acetone e si asciuga sotto vuoto [1].
Il prodotto finale HA ha una massa molecolare superiore a 750000 Da. L'efficienza di produzione è di circa 0,8 g di acido ialuronico da 1 kg di pettini di gallo.
Acido ialuronico prodotto da fonti batteriche
L'acido ialuronico prodotto da fonti batteriche si è sviluppato rapidamente negli ultimi due decenni. Esiste un numero limitato di batteri gram-positivi, come lo streptococco o la Pasteurella, che possono essere utilizzati per la produzione di acido ialuronico e che di solito devono soddisfare i seguenti requisiti.
- Queste batterie non devono essere tossiche o dannose per le persone e non devono essere emolitiche.
- Questi batteri non possono mostrare alcuna attività di ialuronidasi nei confronti dell'HA [1]. L'HA è un composto a catena lunga con una duplicazione molto semplice. L'HA si "rompe" facilmente e viene influenzata da qualsiasi perturbazione meccanica, termica, chimica ed enzimatica.
- Anche l'elevata efficienza è un aspetto importante da considerare.
Gli streptococchi del gruppo A e C sono i ceppi più popolari e adatti a produrre HA grazie alla loro elevata resa. Tuttavia, il gruppo streptococcico in generale produce tossine. La buona notizia è che scoprendo il codice genico utilizzato nella via biosintetica dell'HA, possiamo modificare molti batteri (Bacillus, Agrobacterium, E. coli, Lactococcus) in grado di esprimere il codice genico e produrre HA. In altre parole, possiamo prima selezionare batteri non emolitici e negativi alla ialuronidasi e poi modificare alcuni dei loro codici per produrre HA [2].
L'intero processo per ottenere l'acido ialuronico da una fonte batterica è davvero complicato. La Figura 5 mostra come l'HA viene prodotto dal batterio E. coli [2].
Figura 5: panoramica del percorso di biosintesi di E. coli per la produzione di acido ialuronico [2].
Applicazioni dell'acido ialuronico
Le applicazioni dell'acido ialuronico variano in base alle sue dimensioni: molecola grande (circa 1000~ 1500kDa), molecola media (circa 200~ 800kDa) e molecola piccola (circa 5~ 200kDa).
L'acido ialuronico a grande molecola (HMW-HA) è spesso utilizzato nei prodotti per la cura della pelle per contribuire a fornire un'idratazione superficiale alla pelle. A causa delle sue grandi dimensioni molecolari, non è in grado di penetrare in profondità nella pelle, ma forma una pellicola sulla superficie della pelle per aiutare a prevenire la perdita di acqua e mantenere la pelle idratata. Questo tipo di HA si trova comunemente nelle creme idratanti, nelle maschere a foglietto e in altri prodotti idratanti per la pelle.
L'acido ialuronico a piccole molecole (LMW-HA), invece, è in grado di penetrare più profondamente nella pelle. Questo lo rende utile nei prodotti per la cura della pelle anti-invecchiamento, dove può contribuire a stimolare la produzione di collagene e a migliorare la consistenza e l'aspetto generale della pelle. È anche comunemente usato nei sieri e in altre formulazioni leggere che sono progettate per essere assorbite rapidamente dalla pelle.
Per saperne di più: Alto peso molecolare VS. Acido ialuronico a basso peso molecolare
L'acido ialuronico a medio peso molecolare (MMW-HA), come suggerisce il nome, si colloca in una posizione intermedia per quanto riguarda le dimensioni delle molecole. Questo tipo di HA è meno utilizzato nei prodotti per la cura della pelle, ma si ritiene che abbia benefici sia per l'idratazione superficiale che per la penetrazione più profonda nella pelle. Può essere utile nelle formulazioni che mirano a fornire alla pelle un'idratazione sia immediata che a lungo termine.
Oltre che nei prodotti per la cura della pelle, l'acido ialuronico viene utilizzato anche nei trattamenti iniettabili come i filler dermici. Questi filtri utilizzano in genere una combinazione di acido ialuronico a grandi e piccole molecole per fornire alla pelle un effetto rimpolpante e idratante immediato e un effetto volumizzante più duraturo.
In generale, le diverse applicazioni dell'acido ialuronico dipendono dalla sua dimensione molecolare e dagli specifici problemi di cura della pelle a cui è destinato. L'HA a grande molecola è utile per l'idratazione superficiale, l'HA a piccola molecola è utile per l'antiaging e la produzione di collagene, mentre l'HA a media molecola è meno usato ma può avere benefici sia per l'idratazione superficiale che per quella più profonda.
Conclusioni
In conclusione, l'acido ialuronico può essere estratto da fonti animali e batteriche. I prodotti a base di HA di diverse dimensioni sono utilizzati per scopi diversi nel settore della cura della pelle.
LaStanfordAdvanced Materials Company ha una ricca esperienza nella produzione e nella vendita di acido ialuronico ad alto peso molecolare, a medio peso molecolare e a basso peso molecolare. È importante scegliere un prodotto ben formulato e adatto alle specifiche esigenze di cura della pelle per garantire i migliori risultati. Per ulteriori informazioni, consultare la nostra homepage.
Riferimento
- Polyak, F., Khabarov, V. N., Boykov, P. Y., & Selyanin, M. A. (2015). Acido ialuronico: Produzione, proprietà, applicazione in biologia e medicina. John Wiley & Sons, Incorporated.
- Sze, J. H., Brownlie, J. C., & Love, C. A. (2016). Produzione biotecnologica di acido ialuronico: una mini rassegna. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0379-9
