Источник:
Биотехнологическое производство гиалуроновой кислоты: мини-обзор Джун Хуэй Се, Джереми К. Броунли и Кристофера А. Лава
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4754297/
Гиалуроновая кислота (ГК) - это полисахарид, обнаруженный во внеклеточном матриксе эпителиальных, нервных и соединительных тканей позвоночных. Благодаря высокой способности к удержанию влаги, биосовместимости и вязкоупругости этого полимера, HA стал важным компонентом основных фармацевтических, биомедицинских и косметических продуктов с высокой коммерческой ценностью во всем мире. Например, HA с высокой молекулярной массой (более 10 кДа) желателен для продуктов, используемых в офтальмологии, ортопедии, косметике и тканевой инженерии (Allison and Grande-Allen 2006 ; Fagien and Cassuto 2012 ; Kogan et al. 2007 ), тогда как HA с Низкомолекулярный (около 5 кДа и ниже) полезен для получения веществ, которые способствуют ангиогенезу, ингибируют прогрессирование опухоли или индуцируют экспрессию провоспалительных медиаторов (Jagannath and Ramachandran 2010 ; Tammi et al. 2008 ).
В настоящее время для получения полимера ГК в коммерческих количествах используются два производственных процесса: экстракция из тканей животных или, более недавно, применение бактериальных систем экспрессии при стрептококке.
Извлечение из тканей животных
С начала 1930-х годов, когда ГА была впервые выделена из бычьего стекловидного тела (Meyer and Palmer 1934 ), экстракция ГА широко осуществлялась с использованием других тканей животных, включая пуповину человека, гребень петуха и бычью синовиальную жидкость. ГА, полученные из тканей животных, имеют естественно высокую молекулярную массу
Недостатки животного ГА
Во-первых, процессы экстракции всегда испытывают технические ограничения из-за жестких условий экстракции, связанных с измельчением, кислотной обработкой и повторной экстракцией органическими растворителями. Этот метод неконтролируемой деградации сильно влияет не только на выход, но и на полидисперсность (диапазон размеров) ГА (Boeriu et al. 2013 ). Вторая проблема заключается в том, что животный HA все еще может быть связан с клеточными белками, включая гиалуронидазу, HA-специфический связывающий белок (Fraser et al. 1997 ). Эти загрязняющие белки нежелательны, так как может существовать вероятность того, что они вызовут иммунный ответ. Кроме того, существует потенциальный риск загрязнения нуклеиновыми кислотами, прионами (бычий) и вирусами (птичий), что может привести к передаче инфекционного заболевания (Shiedlin et al. 2004 ). Наконец, извлечение HA из тканей животных является дорогостоящим, поскольку для его завершения требуется значительное время, оно является трудоемким и требует больших средств, которые могут вместить процессы, включающие сбор тканей у животного до извлечения и очистки HA. Как следствие этих технических проблем и проблем безопасности, биотехнологическое производство HA рассматривается как предпочтительный способ получения HA.
Бактериальные экспрессионные системы при стрептококках
Оперон has (HA-синтаза) был впервые обнаружен в начале 1990-х годов, когда ген, кодирующий фермент, ответственный за синтез HA, обозначенный как HA-синтаза или HAS, был идентифицирован из группы A Streptococcus (S. pyogenes) (DeAngelis et al. 1993 ). Этот ген является частью оперона, содержащего ген hasA, кодирующий синтазу HA, ген hasB, кодирующий UDP-глюкозодегидрогеназу, и ген hasC, кодирующий UDP-глюкозо-пирофосфорилазу (Crater et al. 1995 ; Dougherty and van de Rijn 1993 ). Имеет оперон в других стрептококках, таких как S. zooepidemicus, содержит два дополнительных гена, hasD и hasE, которые кодируют бифункциональный фермент (ацетилтрансферазу и пирофосфорилазу) и фосфоглюкоизомеразу соответственно, позволяя синтезировать HA дополнительным метаболическим путем. Считается, что добавление этих двух генов к хасоперону было облегчено внутригенным дублированием генов вместе с частой гомологичной рекомбинацией (Blank et al. 2008 ).
И теперь это основной метод производства ГА, обладающий преимуществами низкой стоимости, высокой урожайности и животного происхождения.
Медицинский гель гиалуроната натрия, производимый компанией Singclean, представляет собой не содержащие животных медицинские полимерные материалы животного происхождения, извлеченные и очищенные с помощью высокотехнологичной биоинженерии из метаболитов стрептококковой ферментации с высокой вязкоупругостью, смазывающей способностью, физической изменчивостью и хорошей биосовместимостью.
HA рынок в сфере здравоохранения
Основные функции HA в человеческом глазу, синовиальной жидкости суставов и в эпидермальных слоях привели к значительному интересу к разработке новых методов для успешного синтеза и доставки HA. В недавнем отчете по анализу рынка прогнозируется, что в результате старения населения и роста остеоартрита к 2017 году мировой рынок добавок ГК для виско-добавок только у людей оценивается более чем в 2,5 млрд. Долл. США к 2017 году (MRG.Net 2013 ).
