2 Différents modes de production de l'acide hyaluronique et ses applications
Présentation de l'acide hyaluronique (AH)
L'acide hyaluronique (AH), également appelé hyaluronane, est un polysaccharide linéaire qui a été découvert en 1918 par Karl Meyer et John Palmer [1]. Aujourd'hui encore, l'AH apporte aux scientifiques de nombreux résultats inattendus. Cet article vous présentera brièvement ce qu'est l'acide hyaluronique, comment il est produit et où il est utilisé.
Qu'est-ce que l'acide hyaluronique ?
L'acide hyaluronique (AH) est un glycosaminoglycane (GAG) linéaire constitué de disaccharides répétitifs d'acide glucuronique-N-acétylglucosamine. Voir la figure 1. Un AH général peut répéter la structure de la figure 1 plus de 10000 fois [2].
Figure 1: Structure d'un monomère d'acide hyaluronique : L'acide glucuronique se trouve à gauche et la N-acétylglucosamine à droite.
L'AH est souvent présent dans la matrice extracellulaire des tissus épithéliaux, neuraux et conjonctifs des vertébrés. Il est également présent dans certains micro-organismes, tels que les streptocoques, en tant qu'élément de la capsule extracellulaire. Dans ce cas, l'AH sert non seulement de protecteur et d'adhésif, mais aussi de déguisement pour "tromper" le système immunitaire de l'hôte pendant le processus d'infection [2].
En raison de sa forte rétention d'humidité et de sa bonne biocompatibilité, l'acide hyaluronique est largement utilisé dans de nombreux domaines de la biomédecine pharmaceutique, des cosmétiques et des études cliniques. Par exemple, l'acide hyaluronique peut absorber de grandes quantités d'eau et jouer le rôle de lubrifiant et d'amortisseur dans les articulations et les tissus conjonctifs. L'acide hyaluronique étant un composé à structure répétitive, différents temps de répétition lui confèrent des propriétés différentes, ce qui signifie que l'AH peut avoir des applications et des utilisations plus variées. En raison de ses applications de plus en plus nombreuses, la demande d'AH n'a cessé de croître depuis sa découverte jusqu'à aujourd'hui. Les gens trouvent deux façons d'obtenir l'AH de manière plus efficace et plus économique.
Comment l'acide hyaluronique est-il produit ?
De nos jours, il existe deux sources principales de production d'acide hyaluronique : les animaux et les bactéries. Parlons d'abord de l'acide hyaluronique produit à partir de sources animales.
Acide hyaluronique produit à partir de sources animales
L'acide hyaluronique a été isolé pour la première fois dans l'humeur vitrée de bovins par Meyer et Palmer en 1934. Par la suite, de nombreux autres tissus animaux tels que le peigne de coq, le cordon ombilical humain et le liquide synovial bovin ont été utilisés pour extraire l'acide hyaluronique. L'ensemble du processus comprend l'homogénéisation du tissu animal, l'extraction, la purification et la préparation du produit final [1]. Il existe différentes méthodes d'extraction et de purification pour différentes matières premières et différentes qualités de produit final d'acide hyaluronique. Prenons l'exemple de l'acide hyaluronique de haute pureté à usage médical.
Lavage : avant l'extraction, nous devons "nettoyer" nos tissus animaux avec un mélange d'éthanol et de chloroforme ou avec de l'eau, de l'acétone et de l'éthanol. Les tissus animaux tels que les peignes de coq sont collectés et traités avec de l'éthanol à 95 % désaturé avec du chloroforme pendant une journée. L'étape de lavage est répétée plusieurs fois jusqu'à ce que la solution de lavage soit transparente et incolore. Il s'agit de s'assurer que tous les "mauvais" composants, tels que les ions de fer, de cuivre et de phosphate, sont éliminés, car l'AH peut être oxydé ou décomposé par eux.
Extraction : Utiliser ensuite un mélange d'eau et de chloroforme (20:1) pour extraire les tissus animaux déjà prétraités et remuer au moins deux fois pour extraire le plus grand nombre possible de composants de l'AH des tissus. Laisser reposer la solution d'extraction pendant au moins 24 heures entre 4 et 25℃. Filtrer la solution du mélange, ajouter du chlorure et du chloroforme (1:1), et agiter pendant 3 à 5h à 4 à 25℃.
Purification : L'AH étant extrait de tissus animaux, de nombreuses impuretés telles que des protéines, des lipides, des peptides ou des précurseurs de faible poids moléculaire existent dans l'extrait. Certains AH peuvent même avoir des liaisons covalentes avec des protéines ou des peptides. Un simple lavage au solvant organique ne suffit pas. Il faut ajouter les enzymes protéolytiques à la solution d'extrait au pH naturel et agiter pendant 5 jours à température ambiante. Récupérer la couche aqueuse et utiliser des filtres en téflon pour stériliser la solution. Utiliser 3 volumes d'éthanol pour précipiter le polysaccharide. Enfin, utilisez de l'éthanol et de l'acétone pour précipiter à nouveau le polysaccharide, stérilisez-le à l'aide d'acétone et séchez-le sous vide [1].
Le produit final HA a une masse moléculaire supérieure à 750000 Da. L'efficacité de la production est d'environ 0,8 g d'acide hyaluronique pour 1 kg de peignes de coq.
Acide hyaluronique produit à partir de sources bactériennes
L'acide hyaluronique produit à partir de sources bactériennes s'est développé rapidement au cours des deux dernières décennies. Il existe un petit nombre de bactéries gram-positives telles que les streptocoques ou les Pasteurella qui peuvent être utilisées pour produire de l'acide hyaluronique, et elles doivent généralement répondre aux exigences suivantes.
- Ces bactéries ne doivent pas être toxiques ou nocives pour l'homme et ne doivent pas être hémolytiques.
- Ces bactéries ne doivent pas présenter d'activité hyaluronidase pour l'AH [1]. L'AH est un composé à longue chaîne dont la duplication est très simple. L'AH est facilement "cassé" et affecté par toute perturbation mécanique, thermique, chimique et enzymatique.
- Une grande efficacité est également un aspect important à prendre en compte.
Les streptocoques des groupes A et C sont les souches les plus populaires et les plus appropriées pour produire de l'AH en raison de leur rendement élevé. Cependant, le groupe général des streptocoques produit des toxines. La bonne nouvelle est qu'en découvrant le code génétique utilisé dans la voie de biosynthèse de l'AH, nous pouvons modifier de nombreuses bactéries (Bacillus, Agrobacterium, E. coli, Lactococcus) qui peuvent exprimer le code génétique et produire de l'AH. En d'autres termes, nous pouvons d'abord sélectionner des bactéries non hémolytiques et hyaluronidase-négatives, puis modifier certains de leurs codes pour produire de l'AH [2].
L'ensemble du processus d'obtention de l'acide hyaluronique à partir d'une source bactérienne est vraiment compliqué. La figure 5 montre comment l'AH est produit par la bactérie E. coli [2].
Figure 5 : Vue d'ensemble de la voie de biosynthèse d'E. coli pour produire de l'acide hyaluronique [2].
Applications de l'acide hyaluronique
Les applications de l'acide hyaluronique varient en fonction de sa taille : grosse molécule (environ 1000~ 1500kDa), molécule moyenne (environ 200~ 800kDa) et petite molécule (environ 5~ 200kDa).
L'acide hyaluronique à grande molécule (HMW-HA) est souvent utilisé dans les produits de soins pour aider à hydrater la peau en surface. En raison de sa grande taille moléculaire, il ne peut pas pénétrer profondément dans la peau, mais forme un film à la surface de la peau pour empêcher la perte d'eau et maintenir l'hydratation de la peau. Ce type d'acide hyaluronique est couramment utilisé dans les crèmes hydratantes, les masques en feuilles et d'autres produits de soins hydratants.
L'acide hyaluronique à petites molécules (LMW-HA), quant à lui, est capable de pénétrer plus profondément dans la peau. Il est donc utile dans les produits de soins anti-âge, où il peut aider à stimuler la production de collagène et à améliorer la texture et l'apparence générales de la peau. Il est également couramment utilisé dans les sérums et autres formules légères conçues pour être absorbées rapidement par la peau.
Pour en savoir plus : Poids moléculaire élevé VS. Acide hyaluronique de faible poids moléculaire
L'acide hyaluronique de poids moléculaire moyen (AH-MMW), comme son nom l'indique, se situe dans la moyenne en ce qui concerne la taille des molécules. Ce type d'acide hyaluronique est moins couramment utilisé dans les produits de soins de la peau, mais on pense qu'il présente des avantages à la fois pour l'hydratation en surface et pour la pénétration en profondeur dans la peau. Il peut être utile dans les formulations qui visent à fournir une hydratation immédiate et à long terme à la peau.
Outre son utilisation dans les produits de soins de la peau, l'acide hyaluronique est également utilisé dans les traitements injectables tels que les produits de comblement dermique. Ces filtres utilisent généralement une combinaison d'acide hyaluronique à petites et grandes molécules pour apporter un effet repulpant et hydratant immédiat à la peau, ainsi que des effets volumateurs à plus long terme.
Globalement, les différentes applications de l'acide hyaluronique dépendent de sa taille moléculaire et des problèmes spécifiques de soins de la peau auxquels il est destiné. L'AH à grosses molécules est utile pour l'hydratation en surface, l'AH à petites molécules est utile pour les soins anti-âge et la production de collagène, et l'AH à moyennes molécules est moins couramment utilisé mais peut avoir des avantages pour l'hydratation en surface et en profondeur.
Conclusion
En conclusion, l'acide hyaluronique peut être extrait de sources animales et bactériennes. Des produits à base d'AH de différentes tailles sont utilisés à différentes fins dans le domaine des soins de la peau.
Stanford Advanced Materials Company possède une riche expérience dans la fabrication et la vente d'acide hyaluronique de haut poids moléculaire, de poids moléculaire moyen et de faible poids moléculaire. Il est important de choisir un produit bien formulé et adapté à vos besoins spécifiques en matière de soins de la peau afin d'obtenir les meilleurs résultats. Consultez notre page d'accueil pour plus d'informations.
Référence
- Polyak, F., Khabarov, V. N., Boykov, P. Y., & Selyanin, M. A. (2015). Acide hyaluronique : Production, propriétés, application en biologie et en médecine. John Wiley & Sons, Incorporated.
- Sze, J. H., Brownlie, J. C. et Love, C. A. (2016). Production biotechnologique d'acide hyaluronique : une mini revue. 3 Biotech, 6(1), 67. https://doi.org/10.1007/s13205-016-0379-9
