Dermatan sulfato

Introduccion

Los glicosaminoglicanos (GAGs) son polisacáridos lineales altamente sulfatados compuestos por unidades repetitivas de disacáridos que incluyen ácidos hexurónicos (ácido glucurónico o idurónico) y hexosaminas (N-acetilgalactosamina o N-acetilglucosamina), o galactosa. La modificación por sulfatación en diferentes posiciones genera una gran diversidad estructural.

Los GAGs se dividen en cuatro grupos principales: sulfato de condroitina (CS)/sulfato de dermatán (DS), sulfato de heparán (HS)/heparina (HP), ácido hialurónico (HA) y sulfato de queratán (KS). El CS y el DS son componentes esenciales de la matriz extracelular y participan en procesos biológicos como la reparación de heridas, la morfogénesis, la división celular y la regeneración neuronal.

En los organismos marinos, incluidos peces y crustáceos, se han encontrado GAGs con estructuras más diversas que las de los organismos terrestres. Estos compuestos han mostrado diversas propiedades farmacológicas, como actividad anticoagulante, antitumoral, antioxidante y neuritogénica. Se han descubierto nuevas variantes estructurales, como el CS con cadenas laterales de glucosa y el CS fucosilado (FCS), con potente actividad anticoagulante.

El CS derivado de tiburones se ha aplicado en medicamentos, cosméticos, biomateriales y suplementos funcionales para tratar la osteoartritis y mejorar la movilidad articular. Sin embargo, debido a preocupaciones sobre la sostenibilidad de los tiburones, se buscan fuentes alternativas de CS, DS y sus cadenas híbridas en otros organismos marinos.

Este artículo revisa los avances recientes en la extracción, purificación, estructura, actividad biológica y mecanismos de acción de estos compuestos marinos, proporcionando información valiosa para futuras investigaciones y aplicaciones.

Extraccion

Las cadenas de CS, DS y CS/DS existen en forma de proteoglicanos en la matriz extracelular y en la superficie celular de los tejidos animales, lo que hace necesario un proceso de extracción complejo. Antes de la extracción, las muestras animales deben pretratarse mediante corte, molienda, desgrasado y secado.

El método más utilizado es la extracción enzimática, con proteasas como alcalasa, papaína y actinasa E, en un tampón de acetato de sodio con EDTA y cisteína, a 45-60 °C durante más de 18 horas. Tras la digestión enzimática, los GAGs se separan de las proteínas centrales usando NaOH y borohidruro de sodio, y luego se precipitan con etanol anhidro, cloruro de cetilpiridinio (CPC) o bromuro de hexadeciltrimetilamonio (CTAB). Posteriormente, se disuelven, dializan y liofilizan para obtener GAGs crudos.

Para mejorar el rendimiento, se han optimizado condiciones de hidrólisis enzimática y tratamiento alcalino en residuos de animales marinos como Prionace glauca y Scyliorhinus canicula. Sin embargo, la extracción con proteasas es costosa y lenta, y los tratamientos alcalinos pueden degradar los GAGs.

Se han investigado métodos alternativos, como la extracción asistida por ultrasonidos, utilizada en cartílago de calamar gigante, optimizando tiempo (46 min), temperatura (52 °C), potencia ultrasónica (37 kHz) y concentración de NaOH (4.15 %).

Otro método innovador es la extracción por campos eléctricos pulsados de alta intensidad (PEF) en huesos de pescado, que presenta ventajas como alta eficiencia, rapidez y menor impacto ambiental. En condiciones óptimas (16.88 kV/cm, 3.24 % de NaOH, 9 pulsos), PEF permite obtener más CS en menos tiempo en comparación con otros métodos.

Purificacion

Para investigar las características estructurales y actividades de las cadenas de CS, DS y CS/DS, es necesario un proceso de purificación tras la extracción. La purificación se basa principalmente en el peso molecular (Mw_w) y la fuerza iónica de los polisacáridos.

Uno de los métodos más utilizados es la separación por membranas ultrafiltrantes, que permite eliminar el ácido hialurónico (HA) de alto peso molecular y el sulfato de queratán (KS) de bajo peso molecular, obteniendo CS de alta pureza y bajo índice de polidispersidad (PDI). Además, la precipitación fraccionada con etanol es un método efectivo para separar polisacáridos con distintos rangos de Mw_w. Se ha demostrado que una concentración final de 75 % de etanol permite precipitar DS con un Mw_w de aproximadamente 30 kDa, mientras que una concentración del 50 % logra un CS con 82.3 % de pureza.

Otro método ampliamente usado es la cromatografía de intercambio iónico, que separa polisacáridos neutros y ácidos según su fuerza iónica. Se emplean materiales como QAE Sephadex A-25, DEAE-celulosa, Q-Sepharose Fast Flow y HiPrep DEAE FF. Las muestras se eluyen con soluciones salinas de concentración creciente, obteniendo las fracciones purificadas con aproximadamente 1.0 M de sal.

Estos procesos de extracción y purificación permiten diseñar métodos óptimos para obtener la mayor cantidad posible de muestras puras de CS, DS y CS/DS híbridos a partir de fuentes marinas.

Peso molecular y PDI

Resumen y Traducción

Peso Molecular (Mw_w) y Polidispersidad (PDI) en Polisacáridos

El peso molecular (Mw_w) y la polidispersidad (PDI) de los polisacáridos pueden determinarse mediante varias técnicas, como:

• Cromatografía de Permeación en Gel (GPC)
• GPC de Alto Rendimiento (HPGPC) con diferentes detectores
• Electroforesis en Gel de Poliacrilamida (PAGE)

Técnicas y Limitaciones

• HPGPC y PAGE son los métodos más utilizados para el análisis de CS, DS y CS/DS híbridos.
• En HPGPC, la cromatografía líquida de alta eficiencia (HPLC) con un detector de índice de refracción (RID) es comúnmente utilizada.
• La calibración del Mw_w se realiza con estándares como dextranos D-series y polímeros de óxido de polietileno.

Problemas de Calibración

• Los polisacáridos sulfatados (CS, DS, CS/DS) tienen grupos sulfato, mientras que los estándares como dextranos son neutros, lo que puede sobrestimar el Mw_w.
• Para obtener resultados precisos, la curva de calibración debe incluir polisacáridos sulfatados de Mw_w conocido (ej. CS o DS estándar).

Limitaciones de PAGE

• Aunque en algunos estudios se calibró con CS estándar, las bandas de electroforesis suelen ser anchas y difusas, lo que dificulta la identificación del centro de la muestra y la cálculo preciso de Mw_w y PDI.

Soluciones Futuras

• HPGPC con detector de dispersión de luz láser multiángulo es una herramienta más precisa, ya que:

• Evita las limitaciones del GPC tradicional (baja resolución, dependencia de estándares).
• Permite determinar el Mw_w absoluto de polisacáridos.

• Se espera que esta técnica se utilice más ampliamente en la caracterización de CS, DS y CS/DS híbridos en el futuro.

Composición de disacáridos

Las unidades de disacáridos en las cadenas de CS, DS y CS/DS de animales marinos se clasifican en no sulfatadas (O), monosulfatadas (A, C y U), disulfatadas (B, D, E y K) y trisulfatadas (T).

El análisis de composición de disacáridos es clave para determinar la estructura de estos compuestos. Se lleva a cabo mediante hidrólisis enzimática con diferentes condroitinasas (CSasas), seguida de separación y cuantificación por HPLC (cromatografía líquida de alta resolución) con intercambio aniónico fuerte (SAX) o HPLC acoplado a espectrometría de masas (MS).

...