Fortschritte bei der Erforschung von Trennungs- und Analysemethoden für Oligosaccharide in der traditionellen chinesischen Medizin
Mit der Erstellung des Fahrplans 2012 für das Gebiet der Zuckerwissenschaften ist dieses Gebiet in den Vordergrund der Biowissenschaften gerückt. Immer mehr Wissenschaftler erkennen, dass Polysaccharide als wesentliche Informations- und Funktionsmoleküle in Lebensprozessen eine entscheidende Rolle für das Wachstum, die Differenzierung und die Entwicklung von Zellen spielen. Die International Federation of Functional Glycomics (CFG) meldete ihre Forschungsergebnisse an die National Institutes of Health in den Vereinigten Staaten und wies darauf hin, dass die Untersuchung der Struktur und Funktion von Zuckerketten in Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen eine wichtige Richtung für die künftige glykobiologische Forschung darstellt, die neue Hoffnung für die Erforschung und Behandlung menschlicher Krankheiten bringen wird. Im Jahr 2018 eröffnete das neue Medikament gegen die Alzheimer-Krankheit "Manno-Oligosaccharid-Diacid (GV-971)", das gemeinsam von der Ocean University of China, dem Shanghai Institute of Materia Medica der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Shanghai Green Valley Pharmaceutical entwickelt wurde, einen neuen Weg für die Erforschung und Entwicklung von Alzheimer-Medikamenten und wird voraussichtlich eine neue Welle der Forschung und Entwicklung von Zucker-Medikamenten anführen. Die erfolgreiche Entwicklung von GV-971 hat das Bewusstsein dafür geschärft, dass Kohlenhydrate das menschliche Verständnis von Lebensphänomenen und Krankheiten verändern. Die komplexe Struktur und die vielfältigen Funktionen von Zuckerketten erfüllen die Standardanforderungen für die Behandlung komplexer Krankheiten, und es wird erwartet, dass Zuckerarzneimittel die Innovationsfront bei der Behandlung komplexer Krankheiten anführen werden. Oligosaccharide sind auch ein wichtiger Bestandteil der Kohlenhydratforschung. Oligosaccharide sind eine Klasse von Kohlenhydraten, die aus 2-10 identischen oder unterschiedlichen Monosacchariden bestehen, die durch glykosidische Bindungen verbunden sind und gerade oder verzweigte Ketten bilden. Die wichtigsten Bausteine sind Zucker mit fünf oder sechs Kohlenstoffatomen, wobei Glukose, Fruktose, Galaktose, Xylose, Arabinose und Mannose die häufigsten sind. Die moderne Forschung hat gezeigt, dass Oligosaccharide verschiedene pharmakologische und physiologische Wirkungen haben, wie z. B. Senkung des Blutzuckerspiegels, Bekämpfung von traumatischen Belastungsstörungen, Tumorbekämpfung, antibakterielle Wirkung, Stärkung des Immunsystems, Regulierung der Darmmikrobiota, Antidepressiva, Verbesserung der hämatopoetischen Funktion, antivirale Wirkung usw. Angesichts der Vielfalt der Ressourcen der traditionellen chinesischen Medizin und ihrer potenziellen pharmakologischen Wirkungen ist die Erforschung der Oligosaccharide der traditionellen chinesischen Medizin von großer Bedeutung und bietet gute Entwicklungsmöglichkeiten. Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Fortschritte in der Erforschung der Oligosaccharide der traditionellen chinesischen Medizin unter drei Aspekten: Extraktion und Reinigung, Trennung und Analyse sowie strukturelle Identifizierung, um wissenschaftliche Referenzen für die moderne Arzneimittelforschung, die klinische Anwendung und die Herstellung wirksamer Produkte aus Oligosacchariden zu liefern.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Forschungsfortschritte bei der Extraktion, Trennung, Reinigung und strukturellen Charakterisierung von Oligosacchariden der traditionellen chinesischen Medizin.

Bei der Extraktion von Oligosacchariden sollten Faktoren wie die Löslichkeit der Ziel-Oligosaccharidkomponente im Lösungsmittel, die Stabilität der Oligosaccharide im Extraktionslösungsmittel, die Oligosaccharidausbeute, die Oligosaccharidreinheit, die Extraktionszeit, die Lösungsmitteldosierung, die Umweltfreundlichkeit und Sicherheit des Lösungsmittels sowie die einfache Bedienung der verwendeten Geräte berücksichtigt werden. Gegenwärtig werden in der Regel Wasser und Ethanol-Wasser-Lösungen als Extraktionslösungsmittel für Oligosaccharide verwendet. Bei der Verwendung von Wasser als Extraktionslösungsmittel werden einige Polysaccharide und Proteine zusammen extrahiert, was gewisse Schwierigkeiten bei der Trennung und Reinigung mit sich bringt. Darüber hinaus sind einige Oligosaccharide in wässrigen Lösungen instabil. Ein weiteres Lösungsmittel für die Oligosaccharidextraktion ist daher die Ethanol-Wasser-Lösung, doch hat diese Methode den Nachteil, dass sie eine große Menge Ethanol verbraucht und kein ideales Lösungsmittel für die Arzneimittelextraktion ist. Daraus wird ersichtlich, dass es immer noch Einschränkungen bei den Arten von Extraktionslösungsmitteln für Oligosaccharide gibt und dass es dringend notwendig ist, neue Lösungsmittelsysteme zu entwickeln, die den Extraktionsanforderungen der verschiedenen Oligosaccharidarten gerecht werden. Das Ziel bei der Erforschung neuer Extraktionsmethoden ist es, die Vorteile traditioneller Methoden mit neuen Methoden und Geräten zu kombinieren, um eine umweltfreundliche, wirtschaftliche und effiziente Extraktionsmethode zu erforschen, mit dem Ziel, qualitativ hochwertige Ziel-Oligosaccharide zu erhalten.

Zu den wichtigsten Methoden zur Trennung von Oligosacchariden gehören die Membrantrennung, die Flüssigkeitschromatographie und die Kapillarelektrophorese. Zu den herkömmlichen Membrantrennverfahren gehören Mikrofiltration, Ultrafiltration, Nanofiltration, Umkehrosmose sowie Elektrodialyse und kontinuierliche Elektrodialyse in Kombination mit elektrochemischer Technologie. Die Membrantrennmethode hat eine hohe Trennleistung, einen geringen Energieverbrauch und verursacht keine Umweltverschmutzung. Sie ermöglicht einen einfachen und leicht zu kontrollierenden Filtrationsprozess auf molekularer Ebene und hat die Funktionen der Trennung, Konzentration, Reinigung und Veredelung. Es hat seine eigenen einzigartigen Vorteile bei der Trennung von Verbindungen, der Reinigung und der Entfernung von Verunreinigungen. Der Nachteil ist, dass diese Technologie hohe Anforderungen an die Ausrüstung und die Membranen stellt, kompliziert zu bedienen ist und von verschiedenen Faktoren wie Druck, Temperatur und Zeit beeinflusst wird. Die neue Membrantrenntechnologie stellt höhere Anforderungen an die Membranleistung, den Membranfluss, die Verringerung des Membranfoulings, die Verringerung des druckbedingten Verbrauchs und sogar an die Kostensenkung, die Vereinfachung der Membranherstellungstechnologie und die Verlängerung der Lebensdauer der einzelnen Membranen. Gegenwärtig sind auch neue Membrantrenntechnologien aufgetaucht, darunter Pervaporationsmembranen, Flüssigmembranen und dynamische Membranen. Die Säulenchromatographie ist bei der Trennung und Reinigung von Oligosacchariden weit verbreitet. Je nach den verschiedenen Trennmaterialien, mobilen Phasen und Trennprinzipien kann sie in Gel-Ausschluss-Chromatographie, hydrophile Interaktionschromatographie, Anionenaustausch-Chromatographie, Graphitkohlenstoffsäulen-Chromatographie, Umkehrphasen-Hochleistungsflüssigkeitschromatographie usw. unterteilt werden. Der Schwerpunkt dieser Methode liegt auf den Trennmaterialien, und geeignete Trennmaterialien können auf der Grundlage der Eigenschaften von Oligosacchariden ausgewählt werden, um die beste Trenn- und Reinigungswirkung zu erzielen. Darüber hinaus waren die Trennmaterialien von Zuckerverbindungen schon immer ein Forschungsschwerpunkt und sind in der Anwendung von Naturprodukten relativ ausgereift. Daher wird die Trennung und Reinigung von Oligosacchariden schneller, effizienter und selektiver werden. Die Trennung von Oligosacchariden durch Elektrophorese kann durch vier Methoden erreicht werden: Derivatisierung vor der Säule, direkte und indirekte UV-Detektion ohne Derivatisierung, laserinduzierte Fluoreszenzdetektion und Elektrodenimpuls-Amperometrie-Detektion. Darüber hinaus können mit der indirekten UV-Detektion auch nicht reduzierende Oligosaccharide und Aldonsäuren identifiziert werden, die nicht derivatisiert werden können. Gegenwärtig hat die CE immer noch ihre eigenen Merkmale und Vorteile in der Arzneimittelanalyse und weist ein großes Entwicklungspotenzial auf. Es gibt jedoch noch mehrere wichtige Engpässe wie Empfindlichkeit, Wiederholbarkeit, qualitative Fähigkeit usw., die dringend verbessert werden müssen.
Bei der strukturellen Identifizierung von Oligosacchariden werden in der Regel UV- und Dünnschichtchromatographie zur qualitativen Identifizierung von Zuckern mit Fluoreszenz oder Farbentwicklung eingesetzt. Die Infrarot-Absorptionsspektroskopie wird hauptsächlich zur Identifizierung des Zuckerringskeletts und der funktionellen Gruppen in Oligosacchariden verwendet und dient im Allgemeinen zur vorläufigen Charakterisierung der Oligosaccharidstrukturen; die Massenspektrometrie wird im Allgemeinen zur Bestimmung der Oligosaccharidketten und des Molekulargewichts verwendet und ist eine der wichtigsten Methoden zur Identifizierung der Oligosaccharidstrukturen; die kernmagnetische Resonanzspektroskopie verwendet spezifische Atomkerne, die nur bestimmte Hochfrequenzstrahlung in einem bestimmten Magnetfeld absorbieren, um kernmagnetische Resonanzsignale zur Strukturidentifizierung zu erzeugen. Die Strukturinformationen von Oligosacchariden lassen sich aus den Signalen gewinnen, die durch die chemischen Verschiebungen verschiedener Elemente in den Zuckerresten erzeugt werden, und der relative Gehalt der Reste kann durch Integration der Signalpeakfläche ermittelt werden. Die Reinheit, das Molekulargewicht, die Verbindungsposition und der Verbindungsmodus von Oligosacchariden können durch GC, MS, NMR und verschiedene Methoden bestimmt werden. Oligosaccharide sind komplex und vielfältig, und die oben genannten Bestimmungsmethoden stellen bestimmte Anforderungen an die Eigenschaften, Reinheit oder Dosierung von Polysacchariden. Gerade wegen der Grenzen der verschiedenen Methoden zur strukturellen Charakterisierung wird der künftige Entwicklungstrend unweigerlich in der Kombination mehrerer Methoden bestehen, einschließlich der Trennung und Analyse von Oligosacchariden. Daher ist die kontinuierliche Entwicklung von Extraktionsmethoden, Trennverfahren und Methoden zur strukturellen Charakterisierung von Oligosacchariden von großer Bedeutung für deren Entwicklung und Anwendung. Eine vernünftige und praktikable Lösung kann definitiv zu einer effizienten Vorbereitung, schnellen Trennung und präzisen Charakterisierung von Oligosacchariden führen, wodurch Oligosaccharide in der traditionellen chinesischen Medizin eine wichtigere Rolle in Bereichen wie Lebensmittel und Medizin spielen.