L’acide hyaluronique, une biomolécule puissante

L’acide hyaluronique est une biomolécule présente dans le corps humain jouant un rôle essentiel non seulement dans le maintien de l’hydratation des tissus, mais aussi dans les processus cellulaires tels que la prolifération, la différenciation et la réponse inflammatoire. 

Cet article discute de la structure, des propriétés, de la production et des applications de l’acide hyaluronique dans le domaine de la médecine.

Introduction

L’acide hyaluronique est un polymère linéaire de glycosaminoglycane présent dans la matrice extracellulaire des tissus conjonctifs, épithéliaux et nerveux. L’acide hyaluronique est impliqué dans des processus biologiques tels que la cicatrisation des plaies, l’inflammation et la régénération osseuse. 

Il est utilisé dans plusieurs domaines, allant des formulations cosmétiques aux applications médicales en ophtalmologie, chirurgie orthopédique, rhumatologie ou en régénération tissulaire. 

Le vieillissement de la population, l’augmentation consécutive de la demande de produits anti-âge, la préférence croissante des patients pour des techniques peu invasives sont autant de facteurs qui contribuent à la croissance du marché de l’acide hyaluronique qui connaît une croissance significative, avec une valeur projetée de 16,8 milliards de dollars américains d’ici 2030.

Structure et propriétés de l’acide hyaluronique

L’acide hyaluronique fait partie de la famille des glycosaminoglycanes caractérisé par une forte polymérisation et une structure macromoléculaire. Il est constitué d’unités répétitives d’acide glucuronique et d’acétylglucosamine qui sont liées. Il est synthétisé par l’organisme sur la surface cytoplasmique de la membrane plasmique par des enzymes synthétases de l’hyaluronane. 

L’acide hyaluronique a la capacité de lier une grande quantité de molécules d’eau et de devenir visqueux par l’établissement de liaisons hydrogène intramoléculaires et intermoléculaires. Les propriétés physico-chimiques de l’acide hyaluronique jouent un rôle crucial dans le maintien de l’hydratation de la matrice extracellulaire, où il agit comme un composant liant l’eau. En accomplissant cette fonction, il contribue à la résistance des tissus contre les contraintes physiques et assure le bon niveau d’humidité.

L’acide hyaluronique présente par ailleurs une structure en réseau particulière qui agit comme une barrière contre par exemple les bactéries et agents infectieux en ralentissant leur capacité de pénétration. 

En fonction du nombre d’unités répétitives, l’acide hyaluronique peut être de faible poids moléculaire, de poids moléculaire moyen ou de haut poids moléculaire. Il existe alors une corrélation entre la bioactivité de l’acide hyaluronique et son poids moléculaire :

• L’acide hyaluronique de faible poids moléculaire trouve des applications dans les traitements cosmétiques topiques et la chirurgie plastique grâce à sa capacité à pénétrer le stratum épidermique et à améliorer l’hydratation et la cicatrisation des tissus.

• Les acides hyaluroniques de poids moléculaire moyen ou de faible poids moléculaire ont montré qu’ils stimulent la synthèse de protéines de choc thermique, exhibant ainsi des propriétés pro-angiogéniques, anti-apoptotiques et immunostimulantes. 

• L’acide hyaluronique de haut poids moléculaire est préféré pour les applications nécessitant des propriétés viscoélastiques fortes et une résistance mécanique, telles que les suppléments articulaires et les pansements pour plaies. 

Méthodes de production de l’acide hyaluronique

L’acide hyaluronique peut être obtenu à partir de différentes sources, y compris les tissus animaux et les micro-organismes. 

L’acide hyaluronique provenant de sources animales a suscité des préoccupations en raison des coûts élevés du processus d’extraction, des faibles rendements et des effets secondaires. L’une des principales préoccupations est la possibilité de réactions immunitaires et d’allergies déclenchées par la présence d’autres substances, 

Des méthodes alternatives pour la production industrielle d’acide hyaluronique ont été développées. Après avoir identifié les gènes impliqués dans la voie biosynthétique de l’acide hyaluronique, plusieurs espèces bactériennes ont été utilisées pour produire de l’acide hyaluronique, y compris des souches génétiquement modifiées et des micro-organismes généralement reconnus comme sûrs. 

En utilisant les techniques employées au fil des ans pour l’expression de protéines actives, l’acide hyaluronique a également été produit avec succès dans une large gamme d’hôtes hétérologues, y compris Lactococcus lactis, Escherichia coli, Bacillus subtilis, et Bacillus megaterium. 

La production bactérienne d’acide hyaluronique par génie métabolique représente une stratégie prometteuse. Différentes méthodes de fermentation et milieux de culture ont été testés. Non seulement les producteurs microbiaux naturels d’acide hyaluronique ont été génétiquement modifiés pour optimiser les caractéristiques du produit final, mais des producteurs non naturels tels que des micro-organismes (par exemple, E. coli, B. subtilis, et B. megaterium) ont également été utilisés.

L’acide hyaluronique comme une molécule bioactive puissante

L’acide hyaluronique est utilisé du fait de sa biocompatibilité, sa biodégradabilité et sa non-immunogénicité. Il est souvent utilisé comme biomatériau.

De même, dans les applications esthétiques, l’acide hyaluronique est largement utilisé pour sa capacité à hydrater et à repulper la peau, réduisant ainsi l’apparence des rides et des ridules. Cependant, les effets des traitements à base d’acide hyaluronique sont généralement temporaires, car il est progressivement dégradé et éliminé du corps. Cela nécessite des réinjections fréquentes pour maintenir les résultats esthétiques souhaités.

Pour remédier à ces limitations, les chercheurs ont exploré différentes stratégies pour prolonger la durée des effets de l’acide hyaluronique, rendre le produit plus résistant à la dégradation enzymatique et améliorer son intégrité mécanique. 

Parmi ces stratégies, on trouve des modifications chimiques des molécules d’acide hyaluronique et des réticulations entre les molécules d’acide hyaluronique ou avec d’autres polymères, tels que la méthylcellulose, le collagène, l’acide polyacrylique. Ces approches visent à prolonger la stabilité et la persistance de l’acide hyaluronique dans le corps ou à améliorer ses propriétés mécaniques pour mieux convenir à des applications spécifiques.

Le processus de réticulation est aussi crucial pour déterminer les caractéristiques rhéologiques des produits injectables, permettant leur application sur mesure dans des domaines spécifiques et pour des objectifs particuliers. Ce processus confère stabilité, durabilité et effets prolongés au produit injecté. 

En conclusion

En tant que composé biocompatible et biodégradable aux propriétés exceptionnelles, l’acide hyaluronique détient un grand potentiel en tant que molécule bioactive pour diverses conditions physiologiques et pathologiques. Un intérêt croissant se manifeste pour les efforts commerciaux visant à développer de nouveaux processus de production et des produits thérapeutiques plus efficaces.