Hialuronska kislina je proizvod živalskega izvora, ki se široko uporablja v medicini in kozmetologiji. Lastnosti te snovi še niso popolnoma razumljene, njen učinek na človeško telo pa je obetaven za ustvarjanje zdravil nove generacije. Ta spojina je aktivno vključena v procese embriogeneze, delitve celic, njihove diferenciacije in premikanja med imunskim odzivom.
Zgodovina odkritij in terminologija
Hialuronska kislina po formuli se nanaša na glikozaminoglikane, katerih molekule so sestavljene iz ponavljajočih se enot, ki ne vsebujejo sulfatnih skupin. Ta spojina z visoko molekulsko maso je bila prvič izolirana iz steklastega telesa goveda. Sprva so znanstveniki domnevali, da je snov značilna samo za sesalce. Vendar je bilo leta 1937 to ovrženo - pridobljeno je bilo iz tekočega medija, v katerem so gojili hemolitični streptokok. Leta 1954 je bila v britanski splošni znanstveni reviji Nature prvič objavljenastrukturna formula hialuronske kisline.
Splošno ime snovi je povezano z zgodovino njenega odkritja (eng. "hyaloid" - steklovina, "uronska kislina" - uronska kislina). V mednarodni kemijski terminologiji obstaja tudi ime "hialuronan", ki združuje kislino in njene soli. Kemična formula hialuronske kisline je: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Trenutno je obseg njegove uporabe zelo širok: medicina, kozmetologija, farmacija. Hialuronska kislina se uporablja kot glavna in pomožna snov. Lastnosti spojine, odkrite v zadnjih letih, imajo velike možnosti za uporabo v prihodnosti, zato povpraševanje po tem biopolimeru nenehno raste.
zgradba
Formula hialuronske kisline je tipičen anionski polisaharid. Molekule so povezane v dolge linearne verige. Sorodne snovi - glukozni aminoglikani - imajo veliko število sulfatiranih skupin. To pojasnjuje nastanek različnih izomerov - spojin, ki se razlikujejo po prostorski razporeditvi atomov. Razlikujejo se tudi njihove kemične lastnosti. Hialuronska kislina je za razliko od glikozaminoglikanov vedno kemično identična. Njegove lastnosti niso odvisne od načinov pridobivanja in vrste izhodnih materialov.
Sestava hialuronske kisline vključuje D-glukuronsko kislino in N-acetil-D-glikozamin, ki sta med seboj povezana z beta-glikozidno vezjo in tvorita njene disaharidne enote (glukopiranozni obroči z molekulsko maso približno 450 Da). Njihovo število v molekulah te spojine lahko doseže 25.000. Zaradi tega ima kislina visoko molekulsko maso (5.000-20.000.000 Da).
Strukturna formula disaharidnega fragmenta hialuronske kisline je prikazana na spodnji sliki.
Sestava kisline vsebuje hidrofobna in hidrofilna področja, zaradi katerih je ta visokomolekularna spojina v vesolju videti kot zvit trak. Kombinacija več verig tvori kroglo ohlapne strukture. Sposobnost vezave in zadrževanja do 1000 molekul vode je še ena značilnost formule hialuronske kisline. Biokemija te snovi je predvsem posledica njene visoke higroskopnosti, ki zagotavlja nasičenost tkiv z vodo in vzdrževanje notranjega volumna.
Kemijske lastnosti
Hialuronska kislina ima naslednje značilne kemične lastnosti:
- tvorba velikega števila vodikovih vezi;
- ustvarjanje kisle reakcije medija v vodnih raztopinah zaradi prisotnosti deprotonirane karboksilne skupine;
- tvorba topnih soli z alkalijskimi kovinami;
- tvorba v vodni raztopini močne gelne strukture (psevdogel), ki vsebuje znatno količino vlage (beljakovinski kompleksi se pogosto oborijo);
- ustvarjanje netopnih kompleksov s težkimi kovinami in barvili.
Navzven so vodne raztopine snovi po konsistenci podobne jajčnemu beljaku. Strukturna formula hialuronske kisline vam omogoča jemanjeima več oblik, odvisno od ionskega okolja medija:
- leva enojna vijačnica;
- multifilamentne ploščate strukture;
- dvojna vijačnica;
- superzvite strukture z gosto molekularno mrežo.
Zadnja oblika je terciarna in lahko absorbira veliko količino vode, elektrolitov, beljakovin z visoko molekulsko maso.
Razlike v hialuronski kislini različnega izvora
Kot že omenjeno, je struktura te snovi zelo podobna, ne glede na vir njene proizvodnje. Razlika med kislinami bakterijskega in živalskega izvora je v stopnji njihove polimerizacije. Formula hialuronske kisline živalskega izvora je daljša od bakterijske oblike (4.000-6.000 oziroma 10.000-15.000 monomerov).
Topnost teh snovi v vodi je enaka in je odvisna predvsem od prisotnosti hidroksilnih in solnih skupin v disaharidnih ostankih. Ker je kemična struktura kisline sama po sebi podobna pri vseh živih posameznikih, to zmanjšuje tveganje neželenih imunoloških reakcij in zavrnitve pri dajanju ljudem in živalim.
vloga v naravi
Glavna lokacija hialuronske kisline je sestava medceličnega (ali zunajceličnega) matriksa tkiv sesalcev. Kot kažejo znanstvene študije, je prisoten tudi v kapsulah nekaterih bakterij - streptokokov, stafilokokov in drugih parazitskih mikroorganizmov. Sinteza spojine poteka tudi v telesu nevretenčarjev (protozoji,členonožci, iglokožci, črvi).
Znanstveniki domnevajo, da se je sposobnost proizvodnje hialuronske kisline v bakterijah razvila, da bi povečala njihove virulentne lastnosti v gostiteljskem organizmu. Zaradi njegove prisotnosti lahko mikroorganizmi zlahka prodrejo v kožo in jo kolonizirajo. Takšne parazitske bakterije lahko nevtralizirajo imunski odziv gostitelja in izzovejo razvoj bolj aktivnega vnetnega procesa kot drugi sevi mikrobov.
Hialuronsko kislino proizvajajo beljakovine, ki so vgrajene v celično steno ali membrane znotrajceličnih organelov. Najvišjo koncentracijo snovi v človeškem telesu opazimo v tekočini, ki polni sklepne votline, v popkovini, steklastem telesu očesa in koži.
presnova
Sinteza hialuronske kisline poteka v obliki encimskih reakcij v 3 stopnjah:
- Glukoza-6-fosfat – glukoza-1-fosfat (fosforilirana glukoza) – UDP-glukoza – glukuronska kislina.
- Amino sladkor – glukozamin-6-fosfat – N-acetilglukozamin-1-fosfat – UDP-N-acetilglukozamin-1-fosfat.
- Reakcija glikozidne transferaze, ki vključuje encim hialuronat sintetazo.
V človeškem telesu na dan nastane in razgradi približno 5 g te snovi. Skupna količina kisline je približno sedem tisočink masnega odstotka. Pri vretenčarjih pride do sinteze kisline pod vplivom 3 vrst encimskih beljakovin (hialuronatne sintetaze). So metaloproteini, sestavljeni iz kovinskih kationov in glukozidnih fosfatov. Hialuronatne sintetaze so edini encimikatalizira proizvodnjo kisline.
Proces uničenja molekul C₂₈H₄₄N₂O₂₃ poteka pod delovanjem hialuronalitičnih encimov. V človeškem telesu jih je vsaj sedem, nekateri pa zavirajo procese nastanka tumorjev. Produkti razgradnje hialuronske kisline so oligo- in polisaharidi, ki spodbujajo nastanek novih krvnih žil.
Funkcije v človeškem telesu
Kolagen in hialuronska kislina v sestavi človeške kože sta najbolj dragoceni snovi, od katerih sta odvisna elastičnost in gladkost dermisa. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ opravlja naslednje funkcije:
- ohranjanje vode, ki zagotavlja elastičnost kože in njen turgor;
- ustvarjanje zahtevane stopnje viskoznosti intersticijske tekočine;
- sodelovanje pri reprodukciji glavnih in imunokompetentnih celic povrhnjice;
- podpira rast in popravilo poškodovane kože;
- krepitev kolagenskih vlaken;
- krepitev lokalne imunosti;
- zaščita pred prostimi radikali, kemičnimi in biološkimi sredstvi.
Najvišjo koncentracijo te snovi opazimo v koži zarodka. S staranjem se večina kisline veže na beljakovine, kar zmanjša stopnjo hidracije kože. Sposobnost samoregulacije metabolizma je še posebej močno zmanjšana pri ljudeh, starejših od 50 let.
Določene so bile tudi naslednje lastnosti hialuronske kisline v sinovialni tekočini:
- formacijahomogena struktura, ki drži specifično komponento hrustanca - hondroitin sulfat;
- krepitev kolagenskega okvira hrustanca;
- zagotavlja mazanje gibljivih delov sklepov, zmanjšuje njihovo obrabo.
Biološka vloga kislinskih molekul se razlikuje glede na njihovo molekulsko maso. Tako imajo spojine, ki vsebujejo do 1500 monomerov, protivnetni učinek in aktivno sodelujejo pri izgradnji kolagenske mreže. Polimeri z verigo do 2000 monomerov igrajo vlogo pri ohranjanju vodnega ravnovesja, visokomolekularne spojine pa imajo najbolj izrazite antioksidativne lastnosti.
Hialuronska kislina sodeluje tudi pri nastajanju in razvoju zarodka, pri nadzoru mobilnosti celic - migracije celic z enega mesta na drugega, v nekaterih interakcijah s površinskimi celičnimi receptorji.
Prejmi
Obstajata 2 glavni skupini načinov za pridobitev snovi:
- fizikalno-kemijska (ekstrakcija iz tkiv sesalcev, vretenčarjev in ptic). Ker živalske surovine pogosto vsebujejo kislino v kombinaciji z beljakovinami in drugimi polisaharidi, je potrebno temeljito čiščenje nastalega proizvoda, kar vpliva na ceno končnega zdravila. Za pridobivanje kisline v industrijskem obsegu se uporabljajo popkovina novorojenčkov in glavniki domačih piščancev. Obstajajo tudi druge metode ekstrakcije - iz oči goveda, tekočina, ki zapolnjuje votline sklepov in sklepnih vrečk; krvna plazma,hrustanec, prašičja koža.
- Mikrobne metode, ki temeljijo na gojenih bakterijah. Glavni proizvajalci so bakterije Pasteurellamultocida in Streptococcus. Te metode so bile prvič preizkušene leta 1953. So bolj ekonomične in tudi niso odvisne od sezonskih zalog surovin.
V prvem primeru se biološke materiale uničijo z mletjem in homogenizacijo, nato pa se kislina ekstrahira v mešanici s peptidi z izpostavljenostjo organskim topilom. Nastalo maso obdelamo z encimi ali pa beljakovine odstranimo z denaturacijo s kloroformom ali mešanico etanola in amil alkohola. Po tem se snov koncentrira na aktivno oglje. Končno čiščenje se izvede z ionsko izmenjevalno kromatografijo ali obarjanjem s cetilpiridinijevim kloridom.
Medicinska uporaba
Hialuronska kislina se uporablja za naslednje patologije:
- oftalmologija – katarakta; uporaba kot kirurško okolje med operacijami;
- ortopedija - osteoartritis, zaščita sklepnega hrustanca pred uničenjem, pa tudi za spodbujanje njegovega okrevanja (endoproteze sinovialne tekočine);
- kirurgija - povečanje mehkih tkiv, operacije z obsežno ekscizijo hrustanca;
- farmacevtski izdelki - proizvodnja zdravil na osnovi polimerne strukture spojine (tablete, kapsule, kreme, geli, mazila);
- živilska industrija - športna prehrana;
- ginekologija - antiadhezijasredstva;
- dermatologija - zdravljenje opeklin, posttrombotičnih trofičnih kožnih motenj.
Po napovedih znanstvenikov lahko ta snov postane osnova za novo skupino zdravil za zdravljenje raka.
Druge lastnosti kisline so obetavne:
- protimikrobni, protivirusni učinek (spojina je aktivna proti virusu herpesa in drugim);
- izboljšanje mikrocirkulacije krvi;
- protivnetni učinek;
- podaljšano delovanje (postopno raztapljanje v človeških tkivih).
vitamini
Hialuronska kislina v sestavi vitaminov se uporablja v obliki prečiščenega natrijevega hialuronata, ki je njen analog. Glavni namen snovi je ohranjanje mladostnosti kože, njeno vlaženje in celjenje ran. Za izboljšanje absorpcije se askorbinska kislina vnese v sestavo vitaminskih kompleksov.
Potekajo tudi raziskave za razvoj zdravil in prehranskih dopolnil s protivnetnimi in imunomodulatornimi učinki, ki se lahko uporabljajo na številnih področjih človeške dejavnosti.
Kozmetologija
V kozmetologiji se ta spojina uporablja za korekcijo starostnih sprememb. Ker je struktura kisline podobna v vseh živih organizmih, je primerna za uporabo kot dermalno polnilo (injekcija), predvsem okoli oči. Da bi snov dlje ostala v povrhnjici, jo modificiramo s pomočjo navzkrižno povezanih molekul.(zamreževalci). Zamrežena polnila se med seboj razlikujejo po viskoznosti gela, koncentraciji kisline in trajanju resorpcije v koži.
Injekcije se dajejo intra- ali subkutano v obliki 1-3% vodne raztopine. To pomaga povečati elastičnost in čvrstost tkiv, opazno glajenje gub.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ se dodaja tudi sestavi zunanje kozmetike - gelov, pen, krem in drugih osnovnih izdelkov. Hialuronska kislina v sestavi se imenuje hialuronska kislina (in natrijev hialuronat je natrijev hialuronat). Ta vrsta kozmetičnega izdelka ima enake lastnosti kot polnila - preprečuje nastanek gub, aken in pomaga nasičiti kožo z vlago.
