Hyaluronsyre er et produkt af animalsk oprindelse, som er meget udbredt inden for medicin og kosmetologi. Egenskaberne af dette stof er endnu ikke fuldt ud forstået, og dets virkning på den menneskelige krop er lovende for skabelsen af ny generation af lægemidler. Denne forbindelse er aktivt involveret i processerne for embryogenese, celledeling, deres differentiering og bevægelse under immunresponset.
Opdagelseshistorik og terminologi
Hyaluronsyre ifølge formlen henviser til glycosaminoglycaner, hvis molekyler består af gentagne enheder, der ikke indeholder sulfatgrupper. For første gang blev denne højmolekylære forbindelse isoleret fra kvægets glaslegeme. Først antog forskerne, at stoffet kun var karakteristisk for pattedyr. Men i 1937 blev dette tilbagevist - det blev opnået fra et flydende medium, hvori hæmolytiske streptokokker blev dyrket. I 1954 blev den første gang offentliggjort i det britiske almene videnskabelige tidsskrift Naturestrukturel formel for hyaluronsyre.
Det almindelige navn på stoffet er forbundet med historien om dets opdagelse (eng. "hyaloid" - glaslegeme, "uronsyre" - uronsyre). I international kemisk terminologi er der også navnet "hyaluronan", som kombinerer syren og dens s alte. Den kemiske formel for hyaluronsyre er: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
I øjeblikket er anvendelsesområdet meget bredt: medicin, kosmetologi, apotek. Hyaluronsyre bruges som hoved- og hjælpestof. Forbindelsens egenskaber, som er opdaget i de senere år, har store udsigter til brug i fremtiden, så efterspørgslen efter denne biopolymer vokser konstant.
Bygning
Hyaluronsyreformel er et typisk anionisk polysaccharid. Molekyler er forbundet i lange lineære kæder. Beslægtede stoffer - glucoseaminoglycaner - har et stort antal sulfaterede grupper. Dette forklarer dannelsen af forskellige isomerer - forbindelser, der adskiller sig i det rumlige arrangement af atomer. Deres kemiske egenskaber er også forskellige. Hyaluronsyre er i modsætning til glycosaminoglycaner altid kemisk identisk. Dets egenskaber afhænger ikke af metoderne til opnåelse og typen af kildemateriale.
Sammensætningen af hyaluronsyre inkluderer D-glucuronsyre og N-acetyl-D-glycosamin, som er forbundet med en beta-glykosidbinding og danner dens disaccharidenheder (glucopyranoseringe med en molekylvægt på ca. 450 Da). Deres antal i molekylerne af denne forbindelse kan nå op på 25.000. På grund af dette har syren en høj molekylvægt (5.000-20.000.000 Da).
Strukturformlen for disaccharidfragmentet af hyaluronsyre er vist i figuren nedenfor.
Syrens sammensætning indeholder hydrofobe og hydrofile områder, på grund af hvilke denne højmolekylære forbindelse i rummet ligner et snoet bånd. Kombinationen af flere kæder danner en kugle af løs struktur. Evnen til at binde og holde op til 1000 vandmolekyler er et andet træk ved hyaluronsyreformlen. Biokemien af dette stof skyldes primært dets høje hygroskopicitet, som sikrer mætning af væv med vand og opretholdelse af indre volumen.
Kemiske egenskaber
Hyaluronsyre har følgende karakteristiske kemiske egenskaber:
- dannelse af et stort antal hydrogenbindinger;
- dannelse af en sur reaktion af mediet i vandige opløsninger på grund af tilstedeværelsen af en deprotoneret carboxylgruppe;
- dannelse af opløselige s alte med alkalimetaller;
- dannelse i en vandig opløsning med en stærk gelstruktur (pseudogel) indeholdende en betydelig mængde fugt (proteinkomplekser udfældes ofte);
- skabelse af uopløselige komplekser med tungmetaller og farvestoffer.
Udvendigt ligner vandige opløsninger af et stof æggehvide i konsistensen. Den strukturelle formel af hyaluronsyre giver dig mulighed for at tageden har flere former, afhængigt af mediets ioniske miljø:
- venstre enkelt helix;
- flade strukturer med flere filialer;
- dobbelt helix;
- superspolede strukturer med et tæt molekylært netværk.
Den sidste form er tertiær og er i stand til at absorbere en stor mængde vand, elektrolytter, højmolekylære proteiner.
Forskelle i hyaluronsyre af forskellig oprindelse
Som nævnt ovenfor er strukturen af dette stof meget ens, uanset kilden til dets produktion. Forskellen mellem syrer af bakteriel og animalsk oprindelse er graden af deres polymerisering. Hyaluronsyreformlen fra dyr er længere end bakterieformen (henholdsvis 4.000-6.000 og 10.000-15.000 monomerer).
Opløseligheden i vand for disse stoffer er den samme og afhænger hovedsageligt af tilstedeværelsen af hydroxyl- og s altgrupper i disacchariderester. Da syrens kemiske struktur i sagens natur er ens i alle levende individer, minimerer dette risikoen for uønskede immunologiske reaktioner og afstødning, når den administreres til mennesker og dyr.
Rolle i naturen
Hyaluronsyres hovedplacering er sammensætningen af den intercellulære (eller ekstracellulære) matrix af pattedyrsvæv. Som videnskabelige undersøgelser viser, er det også til stede i kapslerne af nogle bakterier - streptokokker, stafylokokker og andre parasitære mikroorganismer. Syntesen af forbindelsen forekommer også i kroppen af hvirvelløse dyr (protozoer,leddyr, pighuder, orme).
Forskere foreslår, at evnen til at producere hyaluronsyre i bakterier har udviklet sig til at øge deres virulente egenskaber i værtsorganismen. På grund af dets tilstedeværelse kan mikroorganismer nemt trænge ind i huden og kolonisere den. Sådanne parasitære bakterier er i stand til at neutralisere værtens immunrespons og fremkalde udviklingen af en mere aktiv inflammatorisk proces end andre stammer af mikrober.
Hyaluronsyre produceres af proteiner, der er indlejret i cellevæggen eller membranerne af intracellulære organeller. Den højeste koncentration af et stof i menneskekroppen ses i væsken, der fylder hulrummet i leddene, i navlestrengen, øjets glaslegeme og huden.
Stofskifte
Syntesen af hyaluronsyre foregår i form af enzymatiske reaktioner i 3 trin:
- Glucose-6-phosphat – glucose-1-phosphat (phosphoryleret glucose) – UDP-glucose – glucuronsyre.
- Aminosukker – glucosamin-6-phosphat – N-acetylglucosamin-1-phosphat – UDP-N-acetylglucosamin-1-phosphat.
- Glycosidtransferasereaktion, der involverer enzymet hyaluronatsyntetase.
Omkring 5 g af dette stof produceres og nedbrydes i den menneskelige krop om dagen. Den samlede mængde syre er omkring syv tusindedele af en vægtprocent. Hos hvirveldyr sker syresyntesen under påvirkning af 3 typer enzymproteiner (hyaluronatsyntetaser). De er metalloproteiner sammensat af metalkationer og glucosidphosphater. Hyaluronatsynthetaser er de eneste enzymerkatalyserer produktionen af syre.
Destruktionsprocessen af C₂₈H₄₄N₂O₂3-molekyler sker under påvirkning af hyaluronan-lytiske enzymer. I den menneskelige krop er der mindst syv af dem, og nogle af dem undertrykker processerne for tumordannelse. Hyaluronsyres nedbrydningsprodukter er oligo- og polysaccharider, som stimulerer dannelsen af nye blodkar.
Funktioner i den menneskelige krop
Collagen og hyaluronsyre i sammensætningen af menneskelig hud er de mest værdifulde stoffer, som dermis' elasticitet og glathed afhænger af. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ udfører følgende funktioner:
- bevarelse af vand, som sikrer hudens elasticitet og dens turgor;
- oprettelse af den påkrævede viskositetsgrad af den interstitielle væske;
- deltagelse i reproduktionen af de vigtigste og immunkompetente celler i epidermis;
- støtte vækst og reparation af beskadiget hud;
- styrker kollagenfibre;
- styrkelse af lokal immunitet;
- beskyttelse mod frie radikaler, kemiske og biologiske midler.
Den højeste koncentration af dette stof ses i embryonets hud. Med aldring binder det meste af syren til proteiner, hvilket reducerer niveauet af hydrering af huden. Evnen til at selvregulere stofskiftet er særligt stærkt nedsat hos personer over 50.
Følgende egenskaber for hyaluronsyre i ledvæske er også blevet bestemt:
- formationhomogen struktur til at holde på en specifik komponent af brusk - chondroitinsulfat;
- styrkelse af bruskens kollagenramme;
- giver smøring af bevægelige dele af leddene, hvilket reducerer deres slid.
Syremolekylers biologiske rolle er forskellig afhængigt af deres molekylvægt. Forbindelser indeholdende op til 1500 monomerer har således en antiinflammatorisk virkning og deltager aktivt i opbygningen af kollagennetværket. Polymerer med en kæde på op til 2000 monomerer spiller en rolle i at opretholde hydrobalancen, og højmolekylære forbindelser har de mest udt alte antioxidantegenskaber.
Hyaluronsyre er også involveret i dannelsen og udviklingen af embryonet, i kontrollen af cellemobilitet - cellemigration fra et sted til et andet, i nogle interaktioner med overfladecellereceptorer.
Modtag
Der er 2 hovedgrupper af måder at opnå et stof på:
- Fysisk-kemisk (ekstraktion fra væv fra pattedyr, hvirveldyr og fugle). Da animalske råvarer ofte indeholder syre i kombination med proteiner og andre polysaccharider, kræves en grundig oprensning af det resulterende produkt, hvilket påvirker prisen på det endelige lægemiddel. For at opnå syre i industriel skala bruges navlestrengen fra nyfødte og kammene fra tamkyllinger. Der er andre metoder til udvinding - fra kvægets øjne, væsken, der fylder hulrummene i leddene og artikulære poser; blodplasma,brusk, svineskind.
- Mikrobielle metoder baseret på dyrkede bakterier. De vigtigste producenter er bakterierne Pasteurellamultocida og Streptococcus. Disse metoder blev første gang testet i 1953. De er mere økonomiske og er heller ikke afhængige af sæsonbestemte forsyninger af råvarer.
I det første tilfælde ødelægges biologiske materialer ved formaling og homogeniseringsmetoder, og derefter ekstraheres syre i en blanding med peptider ved udsættelse for organiske opløsningsmidler. Den resulterende masse behandles med enzymer eller proteiner fjernes ved denaturering med chloroform eller en blanding af ethanol og amylalkohol. Derefter koncentreres stoffet om aktivt kul. Den endelige oprensning udføres ved ionbytterkromatografi eller udfældning med cetylpyridiniumchlorid.
Medicinsk brug
Hyaluronsyre bruges til følgende patologier:
- oftalmologi – grå stær; brug som et kirurgisk miljø under operationer;
- ortopædi - slidgigt, beskyttelse af ledbrusk mod ødelæggelse, samt for at stimulere dets restitution (synovialvæske-endoproteser);
- kirurgi - forstørrelse af blødt væv, operationer med omfattende bruskudskæring;
- pharmaceuticals - produktion af lægemidler baseret på stoffets polymerstruktur (tabletter, kapsler, cremer, geler, salver);
- fødevareindustrien - sportsernæring;
- gynækologi - antiadhæsionmidler;
- dermatologi - behandling af forbrændinger, posttrombotiske trofiske hudlidelser.
Ifølge videnskabsmænds prognoser kan dette stof blive grundlaget for en ny gruppe lægemidler til behandling af kræft.
Andre egenskaber ved syren er også lovende:
- antimikrobiel, antiviral virkning (forbindelsen er aktiv mod herpesvirus og andre);
- forbedring af blodmikrocirkulationen;
- anti-inflammatorisk effekt;
- langvarig virkning (gradvis opløsning i humant væv).
Vitaminer
Hyaluronsyre i sammensætningen af vitaminer bruges i form af renset natriumhyaluronat, som er dets analog. Hovedformålet med stoffet er at bevare hudens ungdommelighed, fugte den og hele sår. For at forbedre absorptionen indføres ascorbinsyre i sammensætningen af vitaminkomplekser.
Forskning er også i gang for at udvikle lægemidler og kosttilskud med antiinflammatoriske og immunmodulerende virkninger, som kan bruges på mange områder af menneskelig aktivitet.
Kosmetologi
I kosmetologi bruges denne forbindelse til at korrigere aldersrelaterede ændringer. På grund af det faktum, at strukturen af syren er ens i alle levende organismer, er den velegnet til brug som et derm alt fyldstof (injektion), især omkring øjnene. For at stoffet skal forblive længere i epidermis, modificeres det ved hjælp af tværbundne molekyler.(tværbindere). Tværbundne fyldstoffer adskiller sig fra hinanden med hensyn til gelviskositet, syrekoncentration og varighed af resorption i huden.
Injektioner administreres intra- eller subkutant i form af en 1-3 % vandig opløsning. Dette hjælper med at øge elasticiteten og fastheden af væv, en mærkbar udglatning af rynker.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ er også tilføjet til sammensætningen af eksterne kosmetik - geler, skum, cremer og andre basisprodukter. Hyaluronsyre i sammensætningen omtales som hyaluronsyre (og natriumhyaluronat er natriumhyaluronat). Denne type kosmetiske produkter har de samme egenskaber som fillers - det forhindrer dannelsen af rynker, akne og hjælper med at mætte huden med fugt.
