Прогресс в исследовании методов разделения и анализа олигосахаридов в традиционной китайской медицине
С созданием в 2012 году дорожной карты для области науки о сахаре она стала передовой в науках о жизни. Все больше ученых признают, что полисахариды, являясь важнейшими информационными и функциональными молекулами в жизненных процессах, играют решающую роль в росте, дифференциации и развитии клеток. Международная федерация функциональной гликомики (CFG) сообщила о результатах своих исследований Национальному институту здоровья США, отметив, что изучение структуры и функции сахарных цепей у животных, растений и микроорганизмов - важное направление будущих исследований в области гликобиологии, которое принесет новые надежды для изучения и лечения заболеваний человека. В 2018 году новое лекарство от болезни Альцгеймера "манно-олигосахарид диацид (GV-971)", разработанное совместно Океаническим университетом Китая, Шанхайским институтом медицинской медицины Китайской академии наук и компанией Shanghai Green Valley Pharmaceutical, открыло новый путь для исследования и разработки лекарств от болезни Альцгеймера и, как ожидается, возглавит новую волну исследований и разработок сахарных лекарств. Успешная разработка препарата GV-971 позволила людям лучше понять, что углеводы меняют представления человека о жизненных явлениях и болезнях. Сложная структура и разнообразные функции сахарных цепей отвечают стандартным требованиям для лечения сложных заболеваний, и ожидается, что сахарные препараты возглавят инновационный фронт в лечении сложных заболеваний. Олигосахариды также являются важным компонентом исследований углеводов. Олигосахариды - это класс углеводов, состоящих из 2-10 одинаковых или разных моносахаридов, соединенных гликозидными связями и образующих прямые или разветвленные цепи. Основными строительными блоками являются пять или шесть углеродных сахаров, среди которых наиболее распространены глюкоза, фруктоза, галактоза, ксилоза, арабиноза и манноза. Современные исследования показали, что олигосахариды обладают различными фармакологическими и физиологическими свойствами, такими как снижение уровня сахара в крови, противотравматическое стрессовое расстройство, противоопухолевое, антибактериальное, иммуноукрепляющее, регулирующее микробиоту кишечника, антидепрессивное, усиливающее кроветворную функцию, противовирусное и др. С точки зрения разнообразия ресурсов традиционной китайской медицины и их потенциальной фармакологической активности, исследования олигосахаридов традиционной китайской медицины имеют большое значение и перспективы развития. В данной статье рассматривается ход исследований олигосахаридов традиционной китайской медицины в трех аспектах: экстракция и очистка, разделение и анализ, структурная идентификация, чтобы предоставить научные рекомендации для современных исследований лекарств, клинического применения и создания эффективных продуктов на основе олигосахаридов.

В этой статье рассматриваются результаты исследований в области выделения, разделения, очистки и структурной характеристики олигосахаридов традиционной китайской медицины.

При экстракции олигосахаридов необходимо учитывать такие факторы, как растворимость целевого олигосахаридного компонента в растворителе, стабильность олигосахаридов в экстракционном растворителе, выход олигосахаридов, чистота олигосахаридов, время экстракции, дозировка растворителя, экологичность и безопасность растворителя, а также удобство эксплуатации используемого оборудования. В настоящее время в качестве растворителей для экстракции олигосахаридов обычно используют воду и водные растворы этанола. При использовании воды в качестве экстракционного растворителя некоторые полисахариды и белки экстрагируются вместе, что создает определенные трудности для разделения и очистки. Кроме того, некоторые олигосахариды нестабильны в водных растворах. Поэтому другим растворителем для экстракции олигосахаридов является водный раствор этанола, но недостатком этого метода является то, что он потребляет большое количество этанола и не является идеальным растворителем для экстракции лекарств. Из этого видно, что типы растворителей для экстракции олигосахаридов все еще ограничены, и необходимо открывать новые системы растворителей для удовлетворения требований экстракции различных типов олигосахаридов. При изучении новых методов экстракции необходимо объединить преимущества традиционных методов с новыми методами и оборудованием, чтобы разработать экологичный, экономичный и эффективный метод экстракции с целью получения высококачественных целевых олигосахаридов.

Основными методами разделения олигосахаридов являются мембранное разделение, жидкостная хроматография и капиллярный электрофорез. Традиционные технологии мембранного разделения включают микрофильтрацию, ультрафильтрацию, нанофильтрацию, обратный осмос, а также электродиализ и непрерывный электродиализ в сочетании с электрохимической технологией. Мембранный метод разделения обладает высокой эффективностью разделения, низким энергопотреблением и отсутствием загрязнения окружающей среды. Он позволяет достичь простого и легко контролируемого процесса фильтрации на молекулярном уровне, а также выполняет функции разделения, концентрации, очистки и рафинирования. Она имеет свои уникальные преимущества в разделении соединений, очистке и удалении примесей. Недостатком этой технологии является высокая потребность в оборудовании и мембранах, сложность эксплуатации, а также влияние различных факторов, таких как давление, температура и время. Новые технологии мембранного разделения выдвигают более высокие требования к производительности мембран, их потоку, снижению засорения мембран, уменьшению потребления энергии под давлением и даже снижению стоимости, упрощению технологии производства мембран и увеличению срока службы отдельных мембран. В настоящее время также появились новые технологии мембранного разделения, включая первапорационные мембраны, жидкостные мембраны и динамические мембраны. Колоночная хроматография широко используется для разделения и очистки олигосахаридов. В соответствии с различными материалами для разделения, подвижными фазами и принципами разделения, ее можно разделить на гель-эксклюзионную хроматографию, хроматографию гидрофильного взаимодействия, анионообменную хроматографию, колоночную хроматографию на графитированном угле, обращенно-фазовую высокоэффективную жидкостную хроматографию и т.д. Основное внимание в этом методе уделяется разделительным материалам, и подходящие разделительные материалы могут быть выбраны на основе свойств олигосахаридов для достижения наилучшего эффекта разделения и очистки. Более того, материалы для разделения сахарных соединений всегда были горячей точкой исследований и уже сравнительно давно применяются в натуральных продуктах. Поэтому разделение и очистка олигосахаридов будет происходить быстрее, эффективнее и с большей селективностью. Разделение олигосахаридов с помощью электрофореза может быть достигнуто с помощью четырех методов: дериватизации перед колонкой, прямого и косвенного УФ-детектирования без дериватизации, лазерно-индуцированного флуоресцентного детектирования и электродной импульсной амперометрии. Кроме того, непрямое УФ-обнаружение позволяет выявлять невосстанавливающие олигосахариды и альдоновые кислоты, которые не могут быть дериватизированы. В настоящее время КЭ по-прежнему имеет свои особенности и преимущества в анализе лекарств и демонстрирует большой потенциал для развития. Однако до сих пор существует множество важных узких мест, таких как чувствительность, воспроизводимость, качественные характеристики и т. д., которые срочно нуждаются в улучшении и прорыве.
Для структурной идентификации олигосахаридов обычно используют УФ-спектроскопию и тонкослойную хроматографию для качественной идентификации сахаров с помощью флуоресценции или окраски. Инфракрасная абсорбционная спектроскопия в основном используется для идентификации скелета сахарного кольца и функциональных групп в олигосахаридах, и обычно применяется для предварительной характеристики олигосахаридных структур; масс-спектрометрия обычно используется для определения олигосахаридных цепей и молекулярной массы, и является одним из важных методов идентификации олигосахаридных структур; спектроскопия ядерного магнитного резонанса использует определенные атомные ядра для поглощения только определенного радиочастотного излучения в заданном магнитном поле для формирования сигналов ядерного магнитного резонанса для структурной идентификации. Структурная информация олигосахаридов может быть получена по сигналам, генерируемым химическими сдвигами различных элементов в остатках сахара, а относительное содержание остатков может быть получено путем интегрирования площади пика сигнала. Чистота, молекулярная масса, положение соединения и способ соединения олигосахаридов могут быть определены с помощью ГХ, МС, ЯМР и различных методов. Олигосахариды отличаются сложностью и разнообразием, и вышеперечисленные методы определения предъявляют определенные требования к свойствам, чистоте или дозировке полисахаридов. Именно из-за ограничений различных методов структурной характеристики будущая тенденция развития неизбежно будет заключаться в сочетании нескольких методов, включая разделение и анализ олигосахаридов. Поэтому постоянное развитие методов экстракции, разделения и структурной характеристики олигосахаридов имеет огромное значение для их развития и применения. Разумное и осуществимое решение, безусловно, может обеспечить эффективное приготовление, быстрое разделение и точную характеристику олигосахаридов, благодаря чему олигосахариды в традиционной китайской медицине будут играть более важную роль в таких областях, как продукты питания и медицина.