2 maneiras diferentes de produzir ácido hialurônico e suas aplicações

Introdução

O ácido hialurônico (AH), também chamado de hialuronano, é um polissacarídeo linear que foi descoberto em 1918 por Karl Meyer e John Palmer [1]. Até hoje, o AH ainda traz aos cientistas muitos resultados não concebidos. Este artigo apresentará uma breve introdução sobre o que é o ácido hialurônico, como ele é produzido e onde é usado.

O que é o ácido hialurônico?

O ácido hialurônico (HA) é um glicosaminoglicano linear (GAG) que consiste em dissacarídeos repetidos de ácido glucurônico-N-acetilglucosamina. Veja a Figura 1. Um HA geral pode repetir a estrutura da Figura 1 mais de 10.000 vezes [2].

Figura 1: Estrutura de um monômero de ácido hialurônico: O ácido glucurônico está no lado esquerdo e a N-acetilglucosamina está no lado direito.

O HA é frequentemente encontrado na matriz extracelular de tecidos epiteliais, neurais e conjuntivos de vertebrados. Também é encontrado em alguns microrganismos, como o estreptococo, como uma parte da cápsula extracelular. Aqui, o HA serve não apenas como protetor e adesivo, mas também como disfarce, "enganando" o sistema imunológico do hospedeiro durante o processo de infecção [2].

Devido à sua alta retenção de umidade e boa biocompatibilidade, o ácido hialurônico é amplamente utilizado em muitas áreas de produtos farmacêuticos biomédicos, cosméticos e estudos clínicos. Por exemplo, o hialuronano pode absorver grandes quantidades de água e atuar como lubrificante e absorvedor de choques nas articulações e nos tecidos conjuntivos. Como o ácido hialurônico é um composto com estrutura de repetição, diferentes tempos de repetição conferem ao ácido hialurônico propriedades diferentes, o que significa que o HA pode ter mais aplicações e usos diferentes. Devido ao aumento de suas aplicações, a demanda por HA cresce continuamente desde sua descoberta até hoje. As pessoas encontram duas maneiras de obter o AH de forma mais eficiente e econômica.

Como o ácido hialurônico é produzido?

Atualmente, há duas fontes principais para a produção de ácido hialurônico: animais e bactérias. Vamos falar primeiro sobre o ácido hialurônico produzido a partir de fontes animais.

Ácido hialurônico produzido a partir de fontes animais

O ácido hialurônico foi isolado pela primeira vez do humor vítreo bovino por Meyer e Palmer em 1934. Depois disso, muitos outros tecidos animais, como crista de galo, cordão umbilical humano e líquido sinovial bovino, foram usados para extrair o ácido hialurônico. Um processo total envolve a homogeneização do tecido animal, a extração, a purificação e a preparação do produto final [1]. Existem diferentes métodos de extração e purificação para diferentes matérias-primas e diferentes graus do produto final de ácido hialurônico. Aqui, vamos tomar como exemplo o HA de alta pureza para uso médico.

Lavagem: antes da extração, precisamos "limpar" nosso tecido animal com uma mistura de etanol e clorofórmio ou com água, acetona e etanol. O tecido animal, como a crista de galo, é coletado e tratado com etanol 95% dessaturado com clorofórmio por um dia. A etapa de lavagem é repetida várias vezes até que a solução de lavagem fique transparente e incolor. Isso serve para garantir que todos os componentes "ruins", como íons de ferro, cobre e fosfato, sejam lavados, pois o HA pode ser oxidado ou decomposto por eles.

Extração: Em seguida, use uma mistura de água e clorofórmio (20:1) para extrair os tecidos animais já pré-tratados e mexa pelo menos duas vezes para extrair o máximo possível de componentes de HA dos tecidos. Deixe a solução de extração repousar por pelo menos 24 horas a uma temperatura de 4 a 25°C. Filtre a solução da mistura, adicione cloreto e clorofórmio (1:1) e agite por 3 a 5 horas a 4 a 25°C.

Purificação: Como o AH é extraído de tecidos animais, existem muitas impurezas no extrato, como proteínas, lipídios, peptídeos ou precursores de baixo peso molecular. Alguns HA podem até ter ligações covalentes com proteínas ou peptídeos. A simples lavagem com solvente orgânico não é suficiente. Nesse caso, adicione as enzimas proteolíticas à solução de extrato em pH natural e mexa por 5 dias em temperatura ambiente. Obtenha a camada aquosa e use filtros de Teflon para esterilizar a solução. Use etanol 3 volumes para precipitar o polissacarídeo. Por último, mas não menos importante, use etanol e acetona para precipitar o polissacarídeo novamente, esterilize-o usando acetona e seque-o sob condição de vácuo [1].

O produto final de HA tem uma massa molecular maior que 750000 Da. A eficiência da produção é de cerca de 0,8 g de ácido hialurônico a partir de 1 kg de crista de galo.

Ácido hialurônico produzido a partir de fontes bacterianas

O ácido hialurônico produzido a partir de fontes bacterianas desenvolveu-se rapidamente nas últimas duas décadas. Há alguns números de bactérias gram-positivas, como Streptococcus ou Pasteurella, que podem ser usadas na produção de ácido hialurônico, e elas geralmente precisam atender aos seguintes requisitos.

• Essas bactérias não devem ser tóxicas ou prejudiciais às pessoas e não devem ser hemolíticas.
• Essas bactérias não podem apresentar nenhuma atividade de hialuronidase para o HA [1]. O AH é um composto de cadeia longa com duplicação muito simples. O HA é facilmente "quebrado" e afetado por qualquer perturbação mecânica, térmica, química e enzimática.
• A alta eficiência também é um aspecto importante a ser considerado.

Os estreptococos dos grupos A e C são as cepas mais populares e apropriadas para produzir HA devido ao seu alto rendimento. Entretanto, o grupo geral de estreptococos produz toxinas. A boa notícia é que, ao descobrir o código do gene usado na via biossintética da HA, podemos modificar muitas bactérias (Bacillus, Agrobacterium, E. coli, Lactococcus) que podem expressar o código do gene e produzir HA. Em outras palavras, podemos primeiro selecionar bactérias não hemolíticas e negativas para a hialuronidase e, em seguida, alterar alguns de seus códigos para produzir HA [2].

Todo o processo de obtenção de ácido hialurônico a partir de uma fonte bacteriana é realmente complicado. A Figura 5 mostra como o AH é produzido pela bactéria E. coli [2].

Figura 5: visão geral da via de biossíntese da E. coli para produzir ácido hialurônico [2]

Aplicações do ácido hialurônico

As aplicações do ácido hialurônico variam de acordo com seu tamanho: molécula grande (cerca de 1000 a 1500 kDa), molécula média (cerca de 200 a 800 kDa) e molécula pequena (cerca de 5 a 200 kDa).

O ácido hialurônico de molécula grande (HMW-HA) é frequentemente usado em produtos de cuidados com a pele para ajudar a proporcionar hidratação superficial à pele. Devido ao seu grande tamanho molecular, ele não é capaz de penetrar profundamente na pele, mas forma uma película na superfície da pele para ajudar a evitar a perda de água e manter a pele hidratada. Esse tipo de HA é comumente encontrado em hidratantes, máscaras e outros produtos hidratantes para a pele.

O ácido hialurônico de molécula pequena (LMW-HA), por outro lado, é capaz de penetrar mais profundamente na pele. Isso o torna útil em produtos de cuidados com a pele antienvelhecimento, onde pode ajudar a estimular a produção de colágeno e melhorar a textura e a aparência geral da pele. Também é comumente usado em soros e outras formulações leves que são projetadas para serem absorvidas rapidamente pela pele.

Leia mais: Alto VS. Ácido hialurônico de baixo peso molecular

O ácido hialurônico de peso molecular médio (MMW-HA), como o próprio nome sugere, fica no meio termo quando se trata do tamanho da molécula. Esse tipo de AH é menos usado em produtos para a pele, mas acredita-se que traga benefícios tanto para a hidratação no nível da superfície quanto para a penetração mais profunda na pele. Ele pode ser útil em formulações que visam a proporcionar hidratação imediata e de longo prazo à pele.

Além do uso em produtos para a pele, o ácido hialurônico também é usado em tratamentos injetáveis, como preenchimentos dérmicos. Esses filtros normalmente usam uma combinação de ácido hialurônico de moléculas grandes e pequenas para proporcionar preenchimento e hidratação imediatos à pele, bem como efeitos volumizadores mais duradouros.

Em geral, as diferentes aplicações do ácido hialurônico dependem do seu tamanho molecular e das preocupações específicas com a pele para as quais ele está sendo usado. O HA de molécula grande é útil para a hidratação no nível da superfície, o HA de molécula pequena é útil para a produção de colágeno e antienvelhecimento e o HA de molécula média é menos usado, mas pode trazer benefícios tanto para a hidratação no nível da superfície quanto para a hidratação mais profunda.

Conclusão

Em conclusão, o ácido hialurônico pode ser extraído de fontes animais e bacterianas. E produtos de HA de diferentes tamanhos são usados para diferentes finalidades na área de cuidados com a pele.

A Stanford Advanced Materials Company tem vasta experiência na fabricação e venda de ácido hialurônico de alto peso molecular, médio peso molecular e baixo peso molecular. É importante escolher um produto que seja bem formulado e adequado às suas necessidades específicas de cuidados com a pele para garantir os melhores resultados. Consulte nossa página inicial para obter mais informações.

Referência

1. Polyak, F., Khabarov, V. N., Boykov, P. Y., & Selyanin, M. A. (2015). Hyaluronic acid: Production, properties, application in biology and medicine (Produção, propriedades, aplicação em biologia e medicina). John Wiley & Sons, Incorporated.
2. Sze, J. H., Brownlie, J. C., & Love, C. A. (2016). Produção biotecnológica de ácido hialurônico: uma mini revisão. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0379-9