Forskningsfremskridt inden for separations- og analysemetoder af oligosakkarider i traditionel kinesisk medicin
Med oprettelsen af 2012-køreplanen for sukkervidenskaben er den blevet førende inden for biovidenskab. Flere og flere forskere anerkender, at polysaccharider som vigtig information og funktionelle molekyler i livsprocesser spiller en afgørende rolle i cellernes vækst, differentiering og udvikling. International Federation of Functional Glycomics (CFG) rapporterede sine forskningsresultater til National Institutes of Health i USA og påpegede, at studiet af sukkerkæders struktur og funktion i dyr, planter og mikroorganismer er en vigtig retning for fremtidig glykobiologisk forskning, som vil give nyt håb for forskning i og behandling af menneskelige sygdomme. I 2018 åbnede det nye lægemiddel mod Alzheimers sygdom "manno oligosaccharide diacid (GV-971)", der blev udviklet i fællesskab af Ocean University of China, Chinese Academy of Sciences Shanghai Institute of Materia Medica og Shanghai Green Valley Pharmaceutical, en ny vej for forskning og udvikling af lægemidler mod Alzheimers sygdom og forventes at føre an i en ny bølge af forskning og udvikling af sukkerlægemidler. Den vellykkede udvikling af GV-971 har gjort folk mere opmærksomme på, at kulhydrater ændrer menneskets forståelse af livsfænomener og sygdomme. Sukkerkædernes komplekse struktur og forskelligartede funktioner opfylder standardkravene til behandling af komplekse sygdomme, og sukkerlægemidler forventes at lede innovationsgrænsen inden for behandling af komplekse sygdomme. Oligosakkarider er også en vigtig del af kulhydratforskningen. Oligosakkarider er en klasse af kulhydrater, der består af 2-10 identiske eller forskellige monosakkarider, der er forbundet med glykosidiske bindinger for at danne lige eller forgrenede kæder. De vigtigste byggesten er sukkerarter med fem eller seks kulstoffer, hvor glukose, fruktose, galaktose, xylose, arabinose og mannose er de mest almindelige. Moderne forskning har vist, at oligosaccharider har forskellige farmakologiske og fysiologiske aktiviteter, såsom sænkning af blodsukkeret, antitraumatisk stresslidelse, antitumor, antibakteriel, immunforstærkning, regulering af tarmmikrobiota, antidepressivt middel, forbedring af hæmatopoietisk funktion, antiviral osv. Med hensyn til mangfoldigheden af ressourcer inden for traditionel kinesisk medicin og deres potentielle farmakologiske aktiviteter har forskningen i oligosakkarider inden for traditionel kinesisk medicin stor betydning og udviklingsmuligheder. Denne artikel gennemgår forskningen i oligosakkarider fra traditionel kinesisk medicin i tre aspekter: ekstraktion og oprensning, separation og analyse samt strukturel identifikation for at give videnskabelige referencer til moderne lægemiddelforskning, klinisk anvendelse og skabelse af effektive produkter af oligosakkarider.

Denne artikel gennemgår de forskningsmæssige fremskridt inden for udvinding, adskillelse, rensning og strukturel karakterisering af oligosakkarider fra traditionel kinesisk medicin.

Ved ekstraktion af oligosaccharider skal faktorer som opløseligheden af måloligosaccharidkomponenten i opløsningsmidlet, oligosaccharidernes stabilitet i ekstraktionsopløsningsmidlet, oligosaccharidudbytte, oligosaccharidrenhed, ekstraktionstid, opløsningsmiddeldosering, opløsningsmidlets miljøvenlighed og sikkerhed samt det anvendte udstyrs brugervenlighed tages i betragtning. På nuværende tidspunkt bruges vand- og ethanolvandopløsninger ofte som ekstraktionsmidler til oligosaccharider. Når vand bruges som ekstraktionsmiddel, bliver nogle polysaccharider og proteiner også ekstraheret sammen, hvilket giver visse vanskeligheder med adskillelse og oprensning. Desuden er nogle oligosaccharider også ustabile i vandige opløsninger. Derfor er et andet opløsningsmiddel til oligosaccharidekstraktion ethanolvandopløsning, men ulempen ved denne metode er, at den bruger en stor mængde ethanol og ikke er et ideelt opløsningsmiddel til lægemiddelekstraktion. Ud fra dette kan man se, at der stadig er begrænsninger i typerne af ekstraktionsmidler til oligosaccharider, og det haster med at opdage nye opløsningsmiddelsystemer, der kan opfylde kravene til ekstraktion af forskellige typer oligosaccharider. Mens vi udforsker nye ekstraktionsmetoder, er målet at kombinere fordelene ved traditionelle metoder med nye metoder og udstyr for at udforske en grøn, økonomisk og effektiv ekstraktionsmetode med det formål at opnå oligosaccharider af høj kvalitet.

De vigtigste metoder til adskillelse af oligosakkarider omfatter membranseparation, væskekromatografi og kapillarelektroforese. Konventionelle membranseparationsteknologier omfatter mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, omvendt osmose samt elektrodialyse og kontinuerlig elektrodialyse kombineret med elektrokemisk teknologi. Membranseparationsmetoden har høj separationseffektivitet, lavt energiforbrug og ingen forurening. Den kan opnå en enkel og let kontrollerbar filtreringsproces på molekylært niveau og har funktionerne adskillelse, koncentration, rensning og raffinering. Den har sine egne unikke fordele inden for adskillelse af forbindelser, rensning og fjernelse af urenheder. Ulempen er, at denne teknologi har høje krav til udstyr og membraner, kompleks drift og også påvirkes af forskellige faktorer som tryk, temperatur og tid. Den nye membranseparationsteknologi har stillet højere krav til membranydelse, membranflux, reduktion af membranbegroning, reduktion af trykdrevet forbrug og endda omkostningsreduktion, forenkling af membranproduktionsteknologi og forlængelse af de enkelte membraners levetid. På nuværende tidspunkt er der også opstået nye membranseparationsteknologier, herunder pervaporationsmembraner, væskemembraner og dynamiske membraner. Kolonnekromatografi anvendes i vid udstrækning til adskillelse og oprensning af oligosaccharider. I henhold til forskellige separationsmaterialer, mobile faser og separationsprincipper kan den opdeles i geleksklusionskromatografi, hydrofil interaktionskromatografi, anionbytningskromatografi, grafitiseret kulstofsøjlekromatografi, omvendt fase højtydende væskekromatografi osv. Fokus for denne metode er på separationsmaterialer, og egnede separationsmaterialer kan vælges ud fra oligosacchariders egenskaber for at opnå den bedste separations- og oprensningseffekt. Desuden har adskillelsesmaterialerne for sukkerforbindelser altid været et forsknings-hotspot og har været relativt modne i naturlige produktapplikationer. Derfor vil adskillelsen og oprensningen af oligosaccharider blive hurtigere, mere effektiv og have større selektivitet. Adskillelsen af oligosaccharider ved elektroforese kan opnås ved hjælp af fire metoder: derivatisering før kolonnen, direkte og indirekte UV-detektion uden derivatisering, laserinduceret fluorescensdetektion og elektrodepuls amperometri-detektion. Desuden kan indirekte UV-detektion også identificere ikke-reducerende oligosaccharider og aldonsyrer, der ikke kan derivatiseres. På nuværende tidspunkt har CE stadig sine egne egenskaber og fordele inden for lægemiddelanalyse og viser et stort udviklingspotentiale. Der er dog stadig flere vigtige flaskehalsproblemer såsom følsomhed, repeterbarhed, kvalitativ evne osv., som har et presserende behov for forbedringer og gennembrud.
Den strukturelle identifikation af oligosaccharider bruger generelt UV og tyndlagskromatografi til kvalitativt at identificere sukkerarter med fluorescens eller farveudvikling. Infrarød absorptionsspektroskopi bruges hovedsageligt til at identificere sukkerringskelettet og funktionelle grupper i oligosaccharider og bruges generelt til foreløbig karakterisering af oligosaccharidstrukturer; Massespektrometri bruges generelt til at bestemme oligosaccharidkæder og molekylvægt og er en af de vigtige metoder til identifikation af oligosaccharidstrukturer; Nuklearmagnetisk resonansspektroskopi bruger specifikke atomkerner til kun at absorbere specifik radiofrekvensstråling i et givet magnetfelt for at danne nukleare magnetiske resonanssignaler til strukturel identifikation. Den strukturelle information om oligosaccharider kan opnås ved hjælp af de signaler, der genereres af de kemiske skift af forskellige elementer i sukkerrester, og det relative indhold af rester kan opnås ved at integrere signaltopområdet. Renheden, molekylvægten, forbindelsespositionen og forbindelsesmåden for oligosakkarider kan bestemmes ved hjælp af GC, MS, NMR og forskellige metoder. Oligosaccharider er komplekse og forskelligartede, og de ovennævnte bestemmelsesmetoder har visse krav til polysacchariders egenskaber, renhed eller dosering. Det er netop på grund af begrænsningerne i forskellige strukturelle karakteriseringsmetoder, at den fremtidige udviklingstendens uundgåeligt vil være kombinationen af flere metoder, herunder adskillelse og analyse af oligosaccharider. Derfor har den fortsatte udvikling af ekstraktionsmetoder, separationsteknikker og strukturelle karakteriseringsmetoder for oligosakkarider stor betydning for deres udvikling og anvendelse. En rimelig og gennemførlig løsning kan helt sikkert opnå effektiv forberedelse, hurtig adskillelse og præcis karakterisering af oligosakkarider, hvilket får oligosakkarider i traditionel kinesisk medicin til at spille en vigtigere rolle inden for områder som fødevarer og medicin.