高取代度硫酸葡聚糖
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高取代度硫酸葡聚糖

来源:作者:人气:-发表时间:2020-07-29 12:47:00【
TdB葡聚糖衍生物
高取代度硫酸葡聚糖
化学名称:Dextran, hydrogen sulfate sodium salt; Dextran sulphate; Sodium dextran sulfate; Dextran polysulfate
CAS 编号:9011-18-1
硫酸葡聚糖是由特定分子量的葡聚糖硫酸化反应制得的。TdB生产的高硫酸取代葡聚糖分子量从5 kDa到2000 kDa。
硫酸葡聚糖是以钠盐形式呈现,并加入少量磷酸盐作为稳定剂。 每个批次的产品都提供质检报告COA。严格仔细控制分子量程,含硫量,湿度等指标。
结构
葡聚糖是一种多糖,来源于肠系膜明串珠菌B512F,由α-D-(1-6)线性葡聚糖组成,侧链含量较低(约5%),与葡萄糖的碳-3位相连。硫酸葡聚糖是特定分子量的葡聚糖硫酸化得到的衍生物。高硫酸取代葡聚糖的硫酸组分在16-20%之间。
高取代度硫酸葡聚糖片段的结构表征
图1。高取代度硫酸葡聚糖片段的结构表征。高取代度硫酸葡聚糖,每单位葡萄糖大约含有两个硫酸基团,取代度为2.0。
硫酸葡聚糖(DS)可按不同平均重均分子量,不同分子量分布,不同程度的取代度,不同阳离子(例如钾替代钠)和不同硫酸化过程来生产。例如, 仅凭硫酸葡聚糖70的名称无法完整识别该化合物,在评估这些化合物性能时应考虑到这一点。
硫酸葡聚糖是由选定的葡聚糖片段和硫酸化试剂(例如氯磺酸)合成而来,反应混合物经过纯化后,可以获得白色粉末状产品。 硫酸化程度可以根据反应条件来进行控制,但对于大多数应用,硫含量在16-20% 范围是可接受的。
理化性质
图1中高取代度硫酸葡聚糖的结构显示了葡聚糖链中每个葡萄糖单元大约含两个硫酸取代基。取代度,该术语被广泛用于表示每个葡萄糖链单元的取代基数目。因此,上述结构的取代度为2.0。在研究了硫酸基团的分布,一些研究员指出在低取代度下,2位取代和3位取代占主导地位。随着取代度的增加,2,3和2,4取代基的比例增加。然而,发现这些结果还取决于硫酸化所用的方法1。基于13C和1H NMR的进一步研究提供了明确的证据,在高取代度的硫酸葡聚糖样品中,几乎都是C2和C3的取代。2,3
为了确定样品中所有葡聚糖链是否被均匀取代,需要采用基于电荷密度的分离技术。在未发表的研究中,取代度为0.37的硫酸葡聚糖可分离形成含硫量为0.3-14%的组分。不过,这也可能是由于制备方法的原因。在较高的取代度下,这些组分显示出硫酸基团分布更均匀(未发表的研究)。
分子量
硫酸葡聚糖的尺寸用Mw、Mn和Mw/Mn比值来描述。这些值通常是通过凝胶渗透色谱法确定的,它提供了有关分子量分布的有价值信息。典型分布如图2所示。值得注意的是,由于没有硫酸葡聚糖标准可用,因此通过尺寸排阻色谱法获得的分子量值是一个相对值,因为色谱柱是用葡聚糖标准校准的。
典型的硫酸葡聚糖10分子量分布
图2。典型的硫酸葡聚糖10分子量分布。硫酸葡聚糖馏分的尺寸用Mw、Mn和Mw/Mn来描述。通常由凝胶渗透色谱法确定,凝胶渗透色谱提供分子量分布的信息。
批号
取代度
Mw GPC
Mw LS
14D07B
0.82
124 000
115 000
14G32A
1.2
23 100
21 500
14G24B
1.92
12 800
10 400
14G12A
2.1
4 800
3 000
表1。 测定值可能因所使用的柱子和其它参数差异而变化。重均分子量Mw是用光散射法测量(LS),得到的值略低于GPC的结果(见表1)。测量结果与溶剂使用的盐浓度没有很大关系,但会受到称重误差、散射光强度、dn/dc和外推误差(未发表的研究)的影响。
粘度
葡聚糖是作为具有弹性的静态线圈状分子存在于溶液中。在链上引入带电荷的硫酸基团,由于静电斥力使线圈膨胀。这也取决于聚阴离子和阳离子的解离程度。在高盐浓度(0.5M NaCl)下,静电力被中和,线圈表现得像未带电。特性粘度的测量,提供了分子大小和弹性的有用信息。在高取代度下,当盐浓度降低时,[η]降低,而在较低取代度(0.01–0.37)下,[η]值趋于轻微增加。0.5M NaCl中[η]的测量结果表明,硫酸葡聚糖在 0.5–2.0范围内变化不大(见表2)。
取代度
0.5M NaCl
0.15M NaCl
0.005M NaCl
Unsub.
0.27
0.264
0.258
0.02
0.25
0.263
0.281
0.23
0.236
0.262
-
0.37
0.224
0.252
-
1.58
0.353
0.224
-
1.9
0.36
0.22
-
表2. 特性粘度与取代度和盐浓度的关系。糖链上带电荷的硫酸基团会因经典斥力引起线圈膨胀,从而改变特性粘度。这也取决于聚阴离子和阳离子的解离程度。在高盐浓度下(例如 0.5M NaCl),静电被中和,线圈表现得像未带电。
旋光性
随着溶剂离子强度的改变,葡聚糖的旋光度却很少受到影响,与之相对的,带电多糖(如卡拉胶)可观察到显著的变化。不过测量并不依赖于浓度,而温度对某些硫酸化多糖可能有适度的影响。硫含量在17-19%范围内的一系列硫酸葡聚糖的比旋光度如下表3所示。值得注意的是,除500000分子量衍生物外,旋光度呈逐渐增加的趋势。
Mol. Wt. Mw
[α]D, degrees
5000
+72
10000
+89
20000
+93
100000
+99
500000
+86
表3. 硫含量在17-19%的硫酸葡聚糖的旋光度。旋光度测定与浓度无关。温度可能有适度的影响。
储存和稳定性
干燥的硫酸葡聚糖和溶液的稳定性研究都已进行。在干燥状态下,研究表明,在室温下干燥储存在密封良好、避光的容器中葡聚糖可稳定5年以上。开封后容器应保持密闭,以防止水分进入。 为了研究硫酸葡聚糖钠水溶液的稳定性,制备了2.5%的硫酸葡聚糖钠溶液,检测条件和结果如下:
  • 2.5% 灭菌, 冷藏7天。
  • 2.5% 室温储存11天。
  • 2.5% 室温储存21天。
结果如表4汇总如下:
样品
时间(天)
pH
游离硫酸酯 (mg/ml)
平均分子量
Mw/Mn
1 (质控品)
7
6.54
0.03
42 000
1.4
2
11
6.25
0.03
41 400
1.4
3
21
5.5
0.03
41 900
1.4
表4. 硫酸葡聚糖钠(DSS)稳定性数据汇总。DSS和水混合配成2.5 %浓度的溶液。 所以报告值都在预期范围内。在21天的研究中,未发现DSS的降解
所有报告值都在预期范围内,在实验研究的间隔期(最多21天)未发现任何DSS溶液降解的证据。
在DSS溶液在室温下长时间储存(3个月)的研究表明,pH值下降,硫酸基团轻微释放(占总量的1%)。灭菌推荐优先采用无菌过滤。
应用
抗细胞增殖剂对细胞增殖的影响
硫酸葡聚糖是细胞培养基中常用的添加剂4,用作抗凝剂。
多种因素导致的细胞凝结问题:
  • 妨碍精确的细胞计数、细胞监测和细胞周围环境的控制。5
  • 输送到细胞的营养物质和来自细胞的产物的输送都会受到阻碍。5
  • 细胞凝结显著影响生长行为5
  • 凝结降低增殖率5
  • 与施加在单个细胞的力相比,施加在凝结细胞的垂直方向力导致更高的细胞死亡率。5
硫酸葡聚糖5kDa在中国仓鼠卵巢(CHO)细胞培养过程中显示出减少细胞凝结的作用。1.3 g/L DS和8.0 mg/L r-胰蛋白酶结合使用可完全消除细胞凝结。4
在另一项研究中,与对照组相比,硫酸葡聚糖可抑制CHO细胞凋亡并提高蛋白质产量1.9倍。6硫酸葡聚糖是大多数市售细胞培养基的主要成分。
在干细胞培养和细胞外基质沉积中,多糖和阴离子衍生物的价值受到了广泛的关注。7-11
脂蛋白淀析
硫酸葡聚糖可以选择性地淀析脂蛋白。0.05M硫酸葡聚糖(Mw 10 kDa)和0.05M MnCl2的混合物可用于VLDL(极低密度脂蛋白)和LDL(低密度脂蛋白)12。浓度为0.65%硫酸葡聚糖和0.2M MnCl2可用于HDL(高密度脂蛋白)的淀析12。用类似方法,硫酸右旋糖酐(Mw 500 kDa)已被用于HDL(高密度脂蛋白)的研究13
DNA杂交加速和组蛋白DNA释放
硫酸葡聚糖能促进DNA杂交。 10%硫酸葡聚糖可使溶液中的DNA杂交增速10倍14。 Studies研究显示硫酸葡聚糖可以和组蛋白形成络合物,从该络合物中可释放DNA15
tRNA与核糖核酸酶效应
硫酸葡聚糖用于抑制tRNA与核糖体的结合16。它还能抑制核糖核酸酶17
微生物和大分子的分离
在含水两相聚合物分离中,硫酸葡聚糖与聚乙二醇结合可用于分离病毒、细菌、核酸和蛋白质18
抗病毒性
硫酸葡聚糖具有抗病毒性。研究表明,硫酸葡聚糖(10kDa)为人T淋巴细胞提供完全的保护免于体外HIV病毒的侵袭。硫酸葡聚糖的有效浓度为5μg/ml。硫酸葡聚糖通过阻断病毒与细胞膜的结合来保护细胞19。然而,另一项研究显示,硫酸葡聚糖10对HIV的抑制效力随细胞类型和病毒株的不同存在很大差异20。在同一项研究中,硫酸葡聚糖可以抑制包膜病毒的复制,如逆转录病毒、疱疹病毒、披膜病毒、沙粒病毒、弹状病毒、正粘病毒和副粘病毒,但对非包膜病毒如脊髓灰质炎、柯萨奇病毒和呼肠孤病毒无效。另一项研究表明,硫酸葡聚糖5、硫酸葡聚糖8和硫酸葡聚糖500可使A型流感病毒中的融合蛋白失活21
硫酸葡聚糖用于化妆品
文献报道,硫酸葡聚糖具有以下美容特性:
  • 抗老化
  • 抗皱
  • 消炎
  • 抗过敏
  • 保湿
  • 光滑、清新和“不油腻”
  • 对抗皮肤粗糙和皲裂
  • 增加脂肪酶活性,减肥,活肤
许多研究都揭示了硫酸葡聚糖的抗炎作用22,23。虽然目前还没有关于硫酸葡聚糖保湿效果的详细报道。然而,组织中的硫酸葡聚糖的锁水特性有助于维持组织的力学性能24
膜渗透选择性研究
许多研究小组已经使用不同分子量和取代度的硫酸葡聚糖研究了肾小球处理大鼠和小鼠体内带电和不带电分子的过程。通常,人们观察到带负电的硫酸葡聚糖清除率较低。推测是由于内皮细胞多糖-蛋白复合物和壁吸收血浆蛋白的负电荷引起血液循环中大的多聚阴离子的排斥11,25-28
硫酸葡聚糖作为疫苗佐剂
葡聚糖硫酸钠已成为诱发小鼠结肠炎的金标准。硫酸葡聚糖强烈的炎症效应引发了硫酸葡聚糖作为疫苗佐剂的研究29
其中一个案例是高分子量葡聚糖对小鼠和豚鼠细胞介导免疫反应的影响30
足垫肿胀、真皮内皮肤试验和巨噬细胞移动抑制因子(MIF)的产生是作为评估细胞介导的迟发性超过敏反应的标准。研究表明,用卵蛋白致敏,随后用硫酸葡聚糖治疗的豚鼠表现出延迟皮肤试验强阳性30。在这项研究中,同样被卵蛋白致敏并经硫酸葡聚糖处理的小鼠淋巴细胞显示MIF生成增加。对羊红细胞致敏的小鼠足垫肿胀,硫酸葡聚糖也有作用30。本研究的结果表明,硫酸葡聚糖是一种有效的佐剂,用于豚鼠和小鼠的细胞介导的迟发型过敏反应。
另一项关于高分子量硫酸葡聚糖对细胞介导免疫反应影响的研究中,发现佐剂硫酸葡聚糖能够抑制小鼠和豚鼠的细胞介导免疫反应31。评估细胞免疫反应的标准是皮肤移植排斥反应和真皮内皮肤试验。与对照组相比,接受同种异体移植和硫酸葡聚糖的小鼠移植存活率显著增加31。用结核分枝杆菌致敏并用硫酸葡聚糖治疗的豚鼠显示延迟皮肤试验响应时间减少31
产品列表
产品编号
品名
分子量(kDa)
包装
Dextran sulfate 5 HS
5
10 g
100 g
Dextran sulfate 10 HS
10
10 g
100 g
Dextran sulfate 20 HS
20
10 g
100 g
Dextran sulfate 100 HS
100
10 g
100 g
Dextran sulfate 500 HS
500
10 g
100 g
参考文献
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