2 طرق مختلفة لإنتاج حمض الهيالورونيك واستخداماته

مقدمة

حمض الهيالورونيك ( HA)، ويسمى أيضًا الهيالورونان، هو عديد السكاريد الخطي الذي تم اكتشافه بشكل عام في عام 1918 على يد كارل ماير وجون بالمر [1]. وحتى الآن، لا يزال حمض الهيالورونيك HA يجلب للعلماء الكثير من النتائج غير المتصورة. ستعطيك هذه المقالة مقدمة موجزة عن ماهية حمض الهيالورونيك وكيفية إنتاجه ومكان استخدامه.

ما هو حمض الهيالورونيك؟

حمض الهيالورونيك (HA) هو جليكوزامينوجليكان خطي (GAG) يتكون من ثنائي السكاريد المتكرر لحمض الغلوكورونيك-إن-أسيتيل غلوكوزامينوزين. انظر الشكل 1. يمكن أن يكرر HA العام بنية الشكل 1 أكثر من 10000 مرة [2].

الشكل 1: هيكل مونومر حمض الهيالورونيك: يوجد حمض الجلوكورونيك على الجانب الأيسر وحمض الأسيتيل جلوكوزامين على الجانب الأيمن.

غالبًا ما يوجد حمض الهيالورونيك في المصفوفة خارج الخلية للأنسجة الظهارية والعصبية والضامة للفقاريات. كما يوجد أيضًا في بعض الكائنات الحية الدقيقة، مثل المكورات العقدية، كجزء من الكبسولة خارج الخلية. وهنا، لا يعمل HA ليس فقط كحامٍ ومادة لاصقة ولكن أيضًا كعامل تمويه "يخدع" الجهاز المناعي للمضيف أثناء عملية العدوى [2].

وبسبب احتفاظه بالرطوبة العالية وتوافقه الحيوي الجيد، يُستخدم حمض الهيالورونيك على نطاق واسع في العديد من مجالات المستحضرات الصيدلانية الطبية الحيوية ومستحضرات التجميل والدراسات السريرية. على سبيل المثال، يمكن للهيالورونان أن يمتص كميات كبيرة من الماء ويعمل كمواد تشحيم وامتصاص للصدمات في المفاصل والأنسجة الضامة. ونظرًا لأن حمض الهيالورونيك هو مركب ذو بنية متكررة، فإن أوقات التكرار المختلفة تعطي حمض الهيالورونيك خصائص مختلفة، مما يعني أن حمض الهيالورونيك يمكن أن يكون له تطبيقات واستخدامات أكثر اختلافًا. ونظرًا لتزايد استخداماته، يتزايد الطلب على حمض الهيالورونيك HA باستمرار منذ اكتشافه حتى الآن. يجد الناس طريقتين للحصول على حمض الهيالورونيك HA بشكل أكثر كفاءة واقتصاديًا.

كيف يتم إنتاج حمض الهيالورونيك؟

في الوقت الحاضر، هناك مصدران رئيسيان لإنتاج حمض الهيالورونيك: الحيوانات والبكتيريا. لنتحدث أولاً عن حمض الهيالورونيك المنتج من مصادر حيوانية.

حمض الهيالورونيك المنتج من مصادر حيوانية

تم عزل حمض الهيالورونيك لأول مرة من الخلط الزجاجي البقري بواسطة ماير وبالمر في عام 1934. بعد ذلك، تم استخدام العديد من الأنسجة الحيوانية الأخرى مثل مشط الديك والحبل السري البشري والسائل الزليلي البقري لاستخراج حمض الهيالورونيك. تتضمن العملية الكلية تجانس الأنسجة الحيوانية واستخلاصها وتنقيتها وتحضير المنتج النهائي [1]. هناك طرق استخلاص وتنقية مختلفة للمواد الأولية المختلفة ودرجات مختلفة من المنتج النهائي لحمض الهيالورونيك. هنا، لنأخذ حمض الهيالورونيك عالي النقاء للاستخدام الطبي كمثال.

الغسل: قبل الاستخلاص، نحتاج إلى "تنظيف" الأنسجة الحيوانية بمزيج من الإيثانول والكلوروفورم أو بالماء والأسيتون والإيثانول. يتم جمع الأنسجة الحيوانية مثل مشط الديك ومعالجتها بالإيثانول بنسبة 95% من الإيثانول المُحَلَّى بالكلوروفورم لمدة يوم واحد. تتكرر خطوة الغسيل عدة مرات حتى يصبح محلول الغسيل شفافاً وعديم اللون. وذلك للتأكد من أن جميع المكونات "الضارة"، مثل أيونات الحديد والنحاس والفوسفات، يتم غسلها بعيدًا لأن أيونات HA يمكن أن تتأكسد أو تتحلل بسببها.

الاستخلاص: بعد ذلك، استخدم خليط الماء والكلوروفورم (20:1) لاستخلاص الأنسجة الحيوانية المعالجة مسبقًا بالفعل، وقلب مرتين على الأقل لاستخلاص أكبر عدد ممكن من مكونات HA من الأنسجة. دع محلول الاستخلاص يقف لمدة 24 ساعة على الأقل عند درجة حرارة من 4 إلى 25 درجة مئوية. قم بتصفية محلول الخليط، وأضف الكلوريد والكلوروفورم (1:1)، وحرك لمدة 3 إلى 5 ساعات عند درجة حرارة تتراوح بين 4 إلى 25 ℃.

التنقية: نظرًا لأنه يتم استخلاص HA من الأنسجة الحيوانية، توجد العديد من الشوائب مثل البروتينات أو الدهون أو الببتيدات أو السلائف منخفضة الوزن الجزيئي في المستخلص. قد يكون لبعض HA روابط تساهمية مع البروتينات أو الببتيدات. لا يكفي غسل المذيبات العضوية البسيطة بالمذيبات. هنا، أضف الإنزيمات المحللة للبروتين إلى محلول المستخلص عند درجة الحموضة الطبيعية، وحركه لمدة 5 أيام في درجة حرارة الغرفة. احصل على الطبقة المائية واستخدم مرشحات التفلون لتعقيم المحلول. استخدم 3 مجلدات من الإيثانول لترسيب عديد السكاريد. أخيرًا وليس آخرًا، استخدم الإيثانول والأسيتون لترسيب عديد السكاريد مرة أخرى، وعقمه باستخدام الأسيتون وجففه تحت حالة تفريغ الهواء [1].

يحتوي منتج HA النهائي على كتلة جزيئية أكبر من 750000 دا. تبلغ كفاءة الإنتاج حوالي 0.8 جم من حمض الهيالورونيك من 1 كجم من أمشاط الديك.

حمض الهيالورونيك المنتج من مصادر البكتيريا

تطور حمض الهيالورونيك المنتج من مصادر البكتيريا بسرعة على مدى العقدين الماضيين. هناك عدد قليل من البكتيريا موجبة الجرام مثل المكورات العقدية أو الباستوريلا التي يمكن استخدامها في صنع حمض الهيالورونيك، وعادة ما تحتاج إلى تلبية المتطلبات التالية

• يجب أن تكون هذه البكتيريا غير سامة أو ضارة بالناس ويجب ألا تكون مسببة للدم.
• لا يمكن أن تظهر هذه البكتيريا أي نشاط للهيالورونيداز لحمض الهيالورونيك [1]. HA هو مركب طويل السلسلة ذو ازدواجية بسيطة للغاية. من السهل "تكسير" HA وتأثره بأي اضطرابات ميكانيكية وحرارية وكيميائية وإنزيمية.
• الكفاءة العالية هي أيضًا جانب مهم يجب مراعاته.

تعد المكورات العقدية من المجموعة A و C أكثر السلالات شيوعًا وملائمة لإنتاج HA بسبب إنتاجيتها العالية. ومع ذلك، فإن مجموعة المكورات العقدية العامة تنتج السموم. والخبر السار هو أنه من خلال اكتشاف الشفرة الجينية المستخدمة في مسار التخليق الحيوي لـ HA، يمكننا تعديل الكثير من البكتيريا (العصيات، البكتيريا الزراعية، الإشريكية القولونية، المكورات اللبنية) التي يمكنها التعبير عن الشفرة الجينية وإنتاج HA. وبعبارة أخرى، يمكننا أولاً اختيار البكتيريا غير المحللة للهيالورونيداز والسالبة للهيالورونيداز، ثم تغيير بعض شفراتها لإنتاج HA [2].

العملية برمتها للحصول على حمض الهيالورونيك من مصدر بكتيري معقدة حقًا. يوضح الشكل 5 كيفية إنتاج حمض الهيالورونيك من بكتيريا الإشريكية القولونية [2].

الشكل 5: نظرة عامة على مسار التخليق الحيوي للإشريكية القولونية لإنتاج حمض الهيالورونيك [2]

تطبيقات حمض الهيالورونيك

تختلف استخدامات حمض الهيالورونيك من حيث الحجم: الجزيء الكبير (حوالي 1000 ~ 1500 كيلو دالتون)، والجزيء المتوسط (حوالي 200 ~ 800 كيلو دالتون)، والجزيء الصغير (حوالي 5 ~ 200 كيلو دالتون).

غالبًا ما يُستخدم حمض الهيالورونيك الجزيئي الكبير (HMW-HA) في منتجات العناية بالبشرة للمساعدة في توفير الترطيب على مستوى سطح البشرة. نظرًا لحجمه الجزيئي الكبير، فهو غير قادر على التغلغل بعمق في الجلد، ولكنه بدلاً من ذلك يشكل طبقة على سطح الجلد للمساعدة في منع فقدان الماء والحفاظ على ترطيب البشرة. ويوجد هذا النوع من حمض الهيالورونيك عادةً في المرطبات والأقنعة الورقية وغيرها من منتجات العناية بالبشرة المرطبة.

من ناحية أخرى، فإن حمض الهيالورونيك الجزيئي الصغير (LMW-HA) قادر على التغلغل بعمق أكبر في البشرة. وهذا ما يجعله مفيداً في منتجات العناية بالبشرة المضادة للشيخوخة، حيث يمكن أن يساعد على تحفيز إنتاج الكولاجين وتحسين الملمس والمظهر العام للبشرة. كما أنه يستخدم عادةً في الأمصال والتركيبات الأخرى خفيفة الوزن المصممة لتمتصها البشرة بسرعة.

اقرئي المزيد: عالية مقابل. Hyaluronic Acid ذو الوزن الجزيئي المنخفض

يقفحمض الهيالورونيك متوسط الوزن الجزيئي (MMW-HA)، كما يوحياسمه، في الوسط عندما يتعلق الأمر بحجم الجزيئات. يُستخدم هذا النوع من حمض الهيالورونيك HA بشكل أقل شيوعًا في منتجات العناية بالبشرة ولكن يُعتقد أن له فوائد في كل من الترطيب على مستوى السطح والتغلغل العميق في البشرة. قد يكون مفيدًا في التركيبات التي تهدف إلى توفير ترطيب فوري وطويل الأمد للبشرة.

بالإضافة إلى استخدامه في منتجات العناية بالبشرة، يُستخدم حمض الهيالورونيك أيضًا في العلاجات القابلة للحقن مثل الفيلرز الجلدي. وعادةً ما تستخدم هذه المرشحات مزيجاً من حمض الهيالورونيك الجزيئي الكبير والصغير لتوفير ترطيب فوري للبشرة وترطيبها، بالإضافة إلى تأثيرات تكبير حجم البشرة على المدى الطويل.

بشكل عام، تعتمد الاستخدامات المختلفة لحمض الهيالورونيك على حجم جزيئاته ومشاكل العناية بالبشرة المحددة التي يستخدمها لمعالجتها. فالجزيء الكبير من حمض الهيالورونيك مفيد للترطيب على مستوى السطح، والجزيء الصغير من حمض الهيالورونيك مفيد في مكافحة الشيخوخة وإنتاج الكولاجين، والجزيء المتوسط من حمض الهيالورونيك أقل استخدامًا ولكن قد يكون له فوائد في كل من الترطيب على مستوى السطح والترطيب العميق.

الخلاصة

في الختام، يمكن استخلاص حمض الهيالورونيك من مصادر حيوانية ومصادر بكتيرية. وتستخدم منتجات HA بأحجام مختلفة لأغراض مختلفة في مجال العناية بالبشرة.

تتمتع شركة Stanford Advanced Materials بخبرة غنية في تصنيع وبيع حمض الهيالورونيك عالي الوزن الجزيئي ومتوسط الوزن الجزيئي ومنخفض الوزن الجزيئي. من المهم اختيار منتج جيد التركيب ومناسب لاحتياجاتك الخاصة للعناية بالبشرة لضمان الحصول على أفضل النتائج. يرجى مراجعة صفحتنا الرئيسية لمزيد من المعلومات.

المراجع

1. Polyak, F., Khabarov, V. N., Boykov, P. Y., & Selyanin, M. A. (2015). حمض الهيالورونيك: الإنتاج والخصائص والتطبيق في علم الأحياء والطب. John Wiley & Sons, Incorporated.
2. Sze, J. H., Brownlie, J. C., & Love, C. A. (2016). إنتاج التكنولوجيا الحيوية لحمض الهيالورونيك: مراجعة مصغرة. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10. 1007/s13205-016-0379-9