Produzione biotecnologica di Acido ialuronico e Collagene e applicazioni a confronto in ambito cosmetico e medico.

This thesis focuses on the biotechnological production of hyaluronic acid and collagen, also analyzing how these two products can be used in the cosmetic and medical fields. The biotechnological production of hyaluronic acid occurs through the use of the bacterium Streptococcus thermophilus, which is cultivated in various media and incubated under different conditions. Hyaluronic acid is then separated and purified at the end of the fermentation period. This thesis illustrates which production parameters have proven effective in ensuring a higher yield. Regarding the benefits of using hyaluronic acid in medicine, it can be concluded that there has been a significant improvement in the healing of ulcers in vivo, thanks to the use of a patch made from hyaluronic acid, which, due to its resistance, plasticity, and slow degradation, allows for optimal action of exosomes from human mesenchymal stem cells (MSC-sEV). Additionally, in the treatment of acne-prone skin, it was concluded that the use of the bio-conjugated nanoparticle, named HA-P5, effectively reduces the effects of acne, restoring a smoother epidermis, a thinner stratum corneum, and more compact hair follicles. For the biotechnological production of collagen, we focused on the formation of collagen nanoparticles obtained from various bacterial strains, with Streptomyces xinghaiensis being the most efficient. These strains are incubated in the presence of exogenous collagen, leading to the production of collagen nanoparticles (NP). Concerning the applications of collagen nanoparticles, we observed positive results regarding cytotoxicity on cancer cells. In vitro, a greater cytotoxic effect was observed on human liver cell lines and breast cancer cells, while in vivo, the use of collagen-NPs and DOX led to a considerable reduction in the volume of Ehrlich ascitic carcinoma. In conclusion, this study highlights the importance of developing efficient biotechnological production by identifying optimal parameters and bacterial strains that enable high yields and reduced production costs. Furthermore, the relevance of producing and utilizing hyaluronic acid and collagen is emphasized, not only for daily skincare but also for their use in significant sectors such as cosmetics and medicine.

La presente tesi si concentra sulla produzione biotecnologica di acido ialuronico e collagene, analizzando inoltre come questi due prodotti possono essere usati in campo cosmetico e medico. La produzione biotecnologica dell’acido ialuronico avviene attraverso l’utilizzo del batterio Streptococcus thermophilus, che viene coltivato in diversi terreni di coltura ed incubato in differenti condizioni. L’acido ialuronico viene poi separato e purificato al termine del periodo di fermentazione. In questa tesi si illustrano quali parametri della produzione biotecnologica si sono dimostrati in grado di garantire una maggiore resa. Per quanto riguarda il beneficio dell’uso dell’acido ialuronico nell’ambito medico, si può concludere che c’è stato un evidente miglioramento nella guarigione delle ulcere in vivo grazie all’uso della patch formata dall’acido ialuronico che, per via della sua resistenza, plasticità e per la sua lenta degradazione, permette di far agire al meglio gli esosomi da cellule mesenchimali umane (MSC-sEV). Anche per quanto riguarda l’uso di acido ialuronico per il trattamento di pelle acneica, si è concluso che l’uso della nanoparticella bio-coniugata, denominata HA-P5, riesca a diminuire gli effetti dell’acne ristabilendo un'epidermide più liscia, uno strato corneo più sottile e follicoli piliferi più compatti. Per quanto riguarda la produzione biotecnologica di collagene, ci siamo concentrati sulla formazione di nanoparticelle di collagene ottenute da vari ceppi batterici, tra i quali il più efficiente è lo Streptomyces xinghaiensis. Questi ceppi vengono incubati in presenza di collagene esogeno, portando alla produzione di nanoparticelle (NP) di collagene. Per quanto riguarda le applicazioni della nano particelle di collagene abbiamo osservato risultati positivi per quanto riguarda la citotossicità su cellule tumorali. In vitro si può osservare un maggiore potere citotossico sulle linee cellulari del fegato umano e sul carcinoma mammario della ghiandola mammaria, mentre in vivo si è osservato che l’utilizzo del collagene-NPs e di DOX ha permesso una diminuzione considerevole di volume del carcinoma ascitico di Ehrlich. In conclusione, questo studio ha contribuito a evidenziare l'importanza dello sviluppo di una efficiente produzione biotecnologica, individuando i parametri ottimali e i ceppi batterici in grado di consentire una resa elevata e una diminuzione dei costi di produzione. Inoltre, è stata sottolineata la rilevanza della produzione e dell'utilizzo dell'acido ialuronico e del collagene, non solo per la cura quotidiana della pelle, ma anche per il loro utilizzo in settori di grande importanza, quali la cosmetica e la medicina.