Гиалуроновая кислота (ГК), природный линейный макромолекулярный полисахарид, состоит из повторяющихся дисахаридных звеньев (D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина). Она широко распространена в тканях человека, особенно в дерме кожи, синовиальной жидкости и стекловидном теле глаза. Ее уникальная молекулярная структура придает ей отличную гидрофильность, и каждый грамм ГК может связывать до 1000 раз больше своего веса молекул воды. Это свойство делает ее ценной в медицине (например, вискоэластичные агенты для офтальмологической хирургии, инъекции при остеоартрите), уходе за кожей (высокоэффективные увлажнители) и тканевой инженерии.Исторически коммерческое получение гиалуроновой кислоты в основном зависело от экстракции из тканей животных, особенно гребней петухов. Однако этот метод имеет очевидные ограничения: ограниченные источники сырья, низкий выход, сложные этапы разделения и очистки, а также остаточные примеси белков животного происхождения могут оставаться в конечном продукте, создавая потенциальные риски иммуногенности. Эти факторы совместно ограничивали широкое применение и контроль затрат на гиалуроновую кислоту.

Основной технологией современного промышленного крупномасштабного производства гиалуроновой кислоты является

микробная ферментация. Этот процесс основан на специально отобранных, непатогенных микробных штаммах - в основном специфических подвидах Streptococcus equi subsp. zooepidemicus или некоторых безопасно модифицированных Bacillus subtilis. В строго контролируемой среде биореактора эти микроорганизмы используют стерилизованные питательные среды, содержащие источники углерода (например, глюкозу), источники азота (например, дрожжевой экстракт) и неорганические соли для аэробного роста.Ключевым моментом является то, что эти высокопродуктивные штаммы были генетически модифицированы или тщательно отобраны, а их клеточные метаболические пути были оптимизированы, что позволяет эффективно преобразовывать потребляемые вещества, содержащие углерод, в молекулы гиалуроновой кислоты и выделять их в ферментационную среду. Весь процесс микробной ферментации требует точного контроля таких параметров, как температура, значение pH, концентрация растворенного кислорода и скорость перемешивания, в течение нескольких часов или дней, чтобы максимизировать производство гиалуроновой кислоты. После завершения ферментации смешанный раствор подвергается многократным физическим (например, центрифугирование, фильтрация) и химическим (например, осаждение, хроматография) этапам очистки для удаления бактерий, остаточных компонентов питательной среды и других примесей, и, наконец, получают порошок или раствор гиалуроновой кислоты высокой чистоты.

По сравнению с традиционными методами экстракции из животных, микробная ферментация имеет значительные преимущества: стабильное снабжение сырьем и низкая стоимость (на основе возобновляемых сахаров); высококонтролируемый производственный процесс, позволяющий достичь автоматизированного крупномасштабного производства; высокая чистота продукта и отличная согласованность от партии к партии, избегая риска передачи болезней от животных или иммуногенности; в то же время, путем регулирования штамма ферментации и параметров процесса можно точно контролировать диапазон молекулярной массы конечного продукта, чтобы соответствовать конкретным требованиям к характеристикам гиалуроновой кислоты в различных областях применения (например, трансдермальное всасывание малых молекул и длительная смазка больших молекул).

Поэтому технология микробной ферментации полностью доминирует в глобальной модели производства гиалуроновой кислоты. Это не только более эффективная альтернатива традиционным методам, но и ключевой краеугольный камень для стимулирования непрерывных инноваций и популяризации гиалуроновой кислоты в области медицинского обслуживания, личной гигиены и даже продуктов питания. Точная и мощная производственная мощность современной ферментационной инженерии гарантирует, что эта драгоценная биологическая молекула сможет эффективно и безопасно обслуживать обширный рынок.