2 formas de producir ácido hialurónico y sus aplicaciones
Introducción
El ácido hialurónico (AH), también llamado hialuronano, es un polisacárido lineal que fue descubierto generalmente en 1918 por Karl Meyer y John Palmer [1]. Incluso ahora, el AH sigue aportando a los científicos muchos resultados inconcebibles. Este artículo le ofrecerá una breve introducción sobre qué es el ácido hialurónico, cómo se produce y dónde se utiliza.
¿Qué es el ácido hialurónico?
El ácido hialurónico (AH) es un glicosaminoglicano (GAG) lineal formado por disacáridos repetidos de ácido glucurónico-N-acetilglucosamina. Véase la figura 1. Un AH general puede repetir la estructura de la Figura 1 más de 10000 veces [2].
Figura 1: Estructura de un monómero de ácido hialurónico: El ácido glucurónico está a la izquierda y la N-acetilglucosamina a la derecha.
El AH se encuentra a menudo en la matriz extracelular de los tejidos epitelial, neural y conectivo de los vertebrados. También se encuentra en algunos microorganismos, como los estreptococos, como parte de la cápsula extracelular. En este caso, el AH no sólo sirve como protector y adhesivo, sino también como disfraz "engañando" al sistema inmunitario del huésped durante el proceso de infección [2].
Debido a su alta retención de humedad y a su buena biocompatibilidad, el ácido hialurónico se utiliza ampliamente en muchas áreas de la biomedicina, la cosmética y los estudios clínicos. Por ejemplo, el ácido hialurónico puede absorber grandes cantidades de agua y actuar como lubricante y amortiguador en articulaciones y tejidos conectivos. Dado que el ácido hialurónico es un compuesto de estructura repetitiva, los distintos tiempos de repetición le confieren propiedades diferentes, lo que significa que puede tener más aplicaciones y usos distintos. Debido al aumento de sus aplicaciones, la demanda de AH no ha dejado de crecer desde su descubrimiento hasta la actualidad. La gente encuentra dos maneras de obtener AH de forma más eficiente y económica.
¿Cómo se produce el ácido hialurónico?
Hoy en día, existen dos fuentes principales para producir ácido hialurónico: los animales y las bacterias. Hablemos primero del ácido hialurónico producido a partir de fuentes animales.
Ácido hialurónico de origen animal
El ácido hialurónico fue aislado por primera vez del humor vítreo bovino por Meyer y Palmer en 1934. Después de eso, muchos otros tejidos animales como la cresta del gallo, el cordón umbilical humano y el líquido sinovial bovino se utilizan para extraer ácido hialurónico. Un proceso total implica la homogeneización del tejido animal, la extracción, la purificación y la preparación del producto final [1]. Existen diferentes métodos de extracción y purificación para diferentes materias primas y diferentes grados del producto final de ácido hialurónico. Tomemos como ejemplo el AH de alta pureza para uso médico.
Lavado: Antes de la extracción, necesitamos "limpiar" nuestro tejido animal con una mezcla de etanol y cloroformo o con agua, acetona y etanol. El tejido animal, como la cresta del gallo, se recoge y se trata con etanol al 95% desaturado con cloroformo durante un día. El paso de lavado se repite varias veces hasta que la solución de lavado es transparente e incolora. Esto se hace para asegurarse de que todos los componentes "malos", como los iones de hierro, cobre y fosfato, son lavados porque el AH puede ser oxidado o descompuesto por ellos.
Extracción: A continuación, utilice una mezcla de agua y cloroformo (20:1) para extraer los tejidos animales ya pretratados, y agite al menos 2 veces para extraer tantos componentes de AH como sea posible de los tejidos. Dejar reposar la solución de extracción durante al menos 24h a 4 a 25℃. Filtrar la solución de mezcla, añadir cloruro y cloroformo (1:1), y agitar de 3 a 5h a 4 a 25℃.
Purificación: Dado que la HA se extrae de tejidos animales, en el extracto existen muchas impurezas como proteínas, lípidos, péptidos o precursores de bajo peso molecular. Algunos AH pueden incluso tener enlaces covalentes con proteínas o péptidos. El simple lavado con disolventes orgánicos no es suficiente. En este caso, se añaden las enzimas proteolíticas a la solución de extracto a pH natural y se agita durante 5 días a temperatura ambiente. Obtenga la capa acuosa y utilice filtros de teflón para esterilizar la solución. Utilizar 3 volúmenes de etanol para precipitar el polisacárido. Por último, utilizar etanol y acetona para precipitar de nuevo el polisacárido, esterilizarlo con acetona y secarlo al vacío [1].
El producto final de HA tiene una masa molecular superior a 750000 Da. La eficiencia de producción es de unos 0,8 g de ácido hialurónico a partir de 1 kg de crestas de gallo.
Ácido hialurónico producido a partir de bacterias
El ácido hialurónico producido a partir de bacterias se ha desarrollado rápidamente en las últimas dos décadas. Hay un número reducido de bacterias grampositivas, como estreptococos o Pasteurella, que pueden utilizarse para producir ácido hialurónico, y normalmente deben cumplir los siguientes requisitos.
- Estas bacterias no deben ser tóxicas ni nocivas para las personas y no deben ser hemolíticas.
- Estas bacterias no pueden mostrar ninguna actividad hialuronidasa frente al AH [1]. El AH es un compuesto de cadena larga con una duplicación muy simple. La HA se "rompe" fácilmente y se ve afectada por cualquier perturbación mecánica, térmica, química y enzimática.
- La alta eficacia también es un aspecto importante a tener en cuenta.
Los estreptococos de los grupos A y C son las cepas más populares y apropiadas para producir HA debido a su alto rendimiento. Sin embargo, el grupo general de estreptococos produce toxinas. La buena noticia es que al descubrir el código genético utilizado en la vía biosintética de la HA, podemos modificar muchas bacterias (Bacillus, Agrobacterium, E. coli, Lactococcus) que pueden expresar el código genético y producir HA. En otras palabras, primero podemos seleccionar bacterias no hemolíticas y negativas a la hialuronidasa, y después cambiar algunos de sus códigos para que produzcan HA [2].
Todo el proceso para obtener ácido hialurónico a partir de una fuente bacteriana es realmente complicado. La figura 5 muestra cómo se produce el AH a partir de la bacteria E. coli [2].
Figura 5: visión general de la vía de biosíntesis de E. coli para producir ácido hialurónico [2]
Aplicaciones del ácido hialurónico
Las aplicaciones del ácido hialurónico varían en función de su tamaño: molécula grande (aproximadamente 1000~ 1500kDa), molécula media (aproximadamente 200~ 800kDa) y molécula pequeña (aproximadamente 5~ 200kDa).
El ácido hialurónico de molécula grande (HMW-HA) se utiliza a menudo en productos de cuidado de la piel para ayudar a hidratarla a nivel superficial. Debido a su gran tamaño molecular, no puede penetrar profundamente en la piel, sino que forma una película en su superficie que ayuda a evitar la pérdida de agua y a mantener la piel hidratada. Este tipo de AH suele encontrarse en cremas hidratantes, mascarillas y otros productos hidratantes para la piel.
En cambio,el ácido hialurónico de moléculas pequeñas (AH-MTL) puede penetrar más profundamente en la piel. Esto lo hace útil en productos antienvejecimiento para el cuidado de la piel, donde puede ayudar a estimular la producción de colágeno y mejorar la textura y el aspecto general de la piel. También se suele utilizar en sueros y otras fórmulas ligeras diseñadas para que la piel las absorba rápidamente.
Más información: Alto VS. Ácido hialurónico de bajo peso molecular
Elácido hialurónico de peso molecular medio (AHMPM), como su nombre indica, se sitúa en el término medio en cuanto al tamaño de las moléculas. Este tipo de AH se utiliza con menos frecuencia en productos para el cuidado de la piel, pero se cree que tiene beneficios tanto para la hidratación superficial como para una penetración más profunda en la piel. Puede ser útil en fórmulas destinadas a proporcionar a la piel una hidratación inmediata y a largo plazo.
Además de su uso en productos para el cuidado de la piel, el ácido hialurónico también se utiliza en tratamientos inyectables como los rellenos dérmicos. Estos filtros suelen utilizar una combinación de ácido hialurónico de moléculas grandes y pequeñas para proporcionar a la piel un efecto de relleno e hidratación inmediatos, así como efectos voluminizadores más duraderos.
En general, las distintas aplicaciones del ácido hialurónico dependen de su tamaño molecular y de los problemas específicos de la piel para los que se utilice. El AH de molécula grande es útil para la hidratación superficial, el AH de molécula pequeña es útil para el antienvejecimiento y la producción de colágeno, y el AH de molécula media se utiliza con menos frecuencia, pero puede ser beneficioso tanto para la hidratación superficial como para la más profunda.
Conclusión
En conclusión, el ácido hialurónico puede extraerse de fuentes animales y bacterianas. Y en el ámbito del cuidado de la piel se utilizan productos de AH de diferentes tamaños para distintos fines.
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Referencia
- Polyak, F., Khabarov, V. N., Boykov, P. Y., & Selyanin, M. A. (2015). Hyaluronic acid: Producción, propiedades, aplicación en biología y medicina. John Wiley & Sons, Incorporated.
- Sze, J. H., Brownlie, J. C., & Love, C. A. (2016). Producción biotecnológica de ácido hialurónico: una mini revisión. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0379-9
