Το υαλουρονικό οξύ είναι προϊόν ζωικής προέλευσης, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως στην ιατρική και την κοσμετολογία. Οι ιδιότητες αυτής της ουσίας δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητές και η επίδρασή της στον ανθρώπινο οργανισμό είναι πολλά υποσχόμενη για τη δημιουργία φαρμάκων νέας γενιάς. Αυτή η ένωση συμμετέχει ενεργά στις διαδικασίες της εμβρυογένεσης, της κυτταρικής διαίρεσης, της διαφοροποίησης και της κίνησής τους κατά τη διάρκεια της ανοσολογικής απόκρισης.
Ιστορικό και ορολογία ανακάλυψης
Το Το υαλουρονικό οξύ σύμφωνα με τον τύπο αναφέρεται σε γλυκοζαμινογλυκάνες, τα μόρια των οποίων αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες μονάδες που δεν περιέχουν θειικές ομάδες. Για πρώτη φορά αυτή η ένωση υψηλού μοριακού βάρους απομονώθηκε από το υαλώδες σώμα των βοοειδών. Αρχικά, οι επιστήμονες υπέθεσαν ότι η ουσία ήταν χαρακτηριστικό μόνο των θηλαστικών. Ωστόσο, το 1937 αυτό διαψεύστηκε - ελήφθη από ένα υγρό μέσο στο οποίο καλλιεργήθηκε αιμολυτικός στρεπτόκοκκος. Το 1954, στο βρετανικό γενικό επιστημονικό περιοδικό Nature, δημοσιεύτηκε για πρώτη φοράδομική φόρμουλα υαλουρονικού οξέος.
Η κοινή ονομασία της ουσίας συνδέεται με το ιστορικό της ανακάλυψής της (αγγλ. "hyaloid" - υαλοειδές, "uronic acid" - uronic acid). Στη διεθνή χημική ορολογία υπάρχει και το όνομα «hyaluronan», που συνδυάζει το οξύ και τα άλατά του. Ο χημικός τύπος του υαλουρονικού οξέος είναι: C28H44N2O23.
Επί του παρόντος, το φάσμα της εφαρμογής του είναι πολύ ευρύ: ιατρική, κοσμετολογία, φαρμακείο. Ως κύρια και βοηθητική ουσία χρησιμοποιείται το υαλουρονικό οξύ. Οι ιδιότητες της ένωσης, που ανακαλύφθηκαν τα τελευταία χρόνια, έχουν μεγάλες προοπτικές χρήσης στο μέλλον, επομένως η ζήτηση για αυτό το βιοπολυμερές αυξάνεται συνεχώς.
Κτίριο
Η φόρμουλα υαλουρονικού οξέος είναι ένας τυπικός ανιονικός πολυσακχαρίτης. Τα μόρια συνδέονται σε μακριές γραμμικές αλυσίδες. Οι σχετικές ουσίες - οι αμινογλυκάνες γλυκόζης - έχουν μεγάλο αριθμό θειικών ομάδων. Αυτό εξηγεί τον σχηματισμό διαφόρων ισομερών - ενώσεων που διαφέρουν στη χωρική διάταξη των ατόμων. Οι χημικές τους ιδιότητες διαφέρουν επίσης. Το υαλουρονικό οξύ, σε αντίθεση με τις γλυκοζαμινογλυκάνες, είναι πάντα χημικά πανομοιότυπο. Οι ιδιότητές του δεν εξαρτώνται από τις μεθόδους απόκτησης και τον τύπο των πηγών υλικών.
Η σύνθεση του υαλουρονικού οξέος περιλαμβάνει D-γλυκουρονικό οξύ και N-ακετυλο-D-γλυκοζαμίνη, τα οποία συνδέονται μεταξύ τους με έναν βήτα-γλυκοσιδικό δεσμό και σχηματίζουν τις δισακχαριτικές μονάδες του (δακτύλιοι γλυκοπυρανόζης με μοριακό βάρος περίπου 450 Da). Ο αριθμός τους στα μόρια αυτής της ένωσης μπορεί να φτάσει τις 25.000. Λόγω αυτού, το οξύ έχει υψηλό μοριακό βάρος (5.000-20.000.000 Da).
Ο δομικός τύπος του θραύσματος δισακχαρίτη του υαλουρονικού οξέος φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Η σύνθεση του οξέος περιέχει υδρόφοβες και υδρόφιλες περιοχές, λόγω των οποίων αυτή η υψηλής μοριακής ένωσης στο διάστημα μοιάζει με μια στριμμένη κορδέλα. Ο συνδυασμός πολλών αλυσίδων σχηματίζει μια σφαίρα χαλαρής δομής. Η ικανότητα δέσμευσης και συγκράτησης έως και 1000 μορίων νερού είναι ένα άλλο χαρακτηριστικό της φόρμουλας του υαλουρονικού οξέος. Η βιοχημεία αυτής της ουσίας οφείλεται κατά κύριο λόγο στην υψηλή υγροσκοπικότητά της, η οποία διασφαλίζει τον κορεσμό των ιστών με νερό και τη διατήρηση του εσωτερικού όγκου.
Χημικές ιδιότητες
Το υαλουρονικό οξύ έχει τις ακόλουθες χαρακτηριστικές χημικές ιδιότητες:
- σχηματισμός μεγάλου αριθμού δεσμών υδρογόνου;
- δημιουργία όξινης αντίδρασης του μέσου σε υδατικά διαλύματα λόγω της παρουσίας αποπρωτονιωμένης καρβοξυλικής ομάδας.
- σχηματισμός διαλυτών αλάτων με αλκαλικά μέταλλα;
- σχηματισμός σε υδατικό διάλυμα ισχυρής δομής γέλης (ψευδογέλη) που περιέχει σημαντική ποσότητα υγρασίας (συμπλέγματα πρωτεϊνών συχνά καθιζάνουν)·
- δημιουργία αδιάλυτων συμπλοκών με βαρέα μέταλλα και βαφές.
Εξωτερικά, τα υδατικά διαλύματα μιας ουσίας μοιάζουν με ασπράδι αυγού σε συνοχή. Η δομική φόρμουλα του υαλουρονικού οξέος σας επιτρέπει να πάρετεέχει διάφορες μορφές, ανάλογα με το ιοντικό περιβάλλον του μέσου:
- αριστερή μονή έλικα;
- επίπεδες δομές πολλαπλών νημάτων;
- double helix;
- υπερτυλιγμένες δομές με πυκνό μοριακό δίκτυο.
Η τελευταία μορφή είναι τριτογενής και μπορεί να απορροφήσει μεγάλη ποσότητα νερού, ηλεκτρολυτών, πρωτεϊνών υψηλού μοριακού βάρους.
Διαφορές στο υαλουρονικό οξύ διαφόρων προελεύσεων
Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η δομή αυτής της ουσίας είναι πολύ παρόμοια, ανεξάρτητα από την πηγή παραγωγής της. Η διαφορά μεταξύ οξέων βακτηριακής και ζωικής προέλευσης είναι ο βαθμός πολυμερισμού τους. Η φόρμουλα υαλουρονικού οξέος ζωικής προέλευσης είναι μεγαλύτερη από τη βακτηριακή μορφή (4.000-6.000 και 10.000-15.000 μονομερή αντίστοιχα).
Η διαλυτότητα στο νερό για αυτές τις ουσίες είναι η ίδια και εξαρτάται κυρίως από την παρουσία ομάδων υδροξυλίου και αλάτων στα υπολείμματα δισακχαριτών. Δεδομένου ότι η χημική δομή του οξέος είναι εγγενώς παρόμοια σε όλα τα ζωντανά άτομα, αυτό ελαχιστοποιεί τον κίνδυνο ανεπιθύμητων ανοσολογικών αντιδράσεων και απόρριψης όταν χορηγείται σε ανθρώπους και ζώα.
Ρόλος στη φύση
Η κύρια θέση του υαλουρονικού οξέος είναι η σύνθεση της μεσοκυτταρικής (ή εξωκυτταρικής) μήτρας των ιστών των θηλαστικών. Όπως δείχνουν επιστημονικές μελέτες, υπάρχει επίσης στις κάψουλες ορισμένων βακτηρίων - στρεπτόκοκκων, σταφυλόκοκκων και άλλων παρασιτικών μικροοργανισμών. Η σύνθεση της ένωσης συμβαίνει επίσης στο σώμα των ασπόνδυλων ζώων (πρωτόζωα,αρθρόποδα, εχινόδερμα, σκουλήκια).
Οι επιστήμονες προτείνουν ότι η ικανότητα παραγωγής υαλουρονικού οξέος στα βακτήρια έχει εξελιχθεί για να αυξήσει τις λοιμογόνες ιδιότητές τους στον οργανισμό ξενιστή. Λόγω της παρουσίας του, οι μικροοργανισμοί μπορούν εύκολα να διεισδύσουν στο δέρμα και να το αποικίσουν. Τέτοια παρασιτικά βακτήρια είναι σε θέση να εξουδετερώσουν την ανοσολογική απόκριση του ξενιστή και να προκαλέσουν την ανάπτυξη μιας πιο ενεργής φλεγμονώδους διαδικασίας από άλλα στελέχη μικροβίων.
Το υαλουρονικό οξύ παράγεται από πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στο κυτταρικό τοίχωμα ή στις μεμβράνες των ενδοκυτταρικών οργανιδίων. Η υψηλότερη συγκέντρωση ουσίας στο ανθρώπινο σώμα σημειώνεται στο υγρό που γεμίζει την κοιλότητα των αρθρώσεων, στον ομφάλιο λώρο, στο υαλοειδές σώμα του ματιού και στο δέρμα.
Μεταβολισμός
Η σύνθεση του υαλουρονικού οξέος γίνεται με τη μορφή ενζυματικών αντιδράσεων σε 3 στάδια:
- 6-φωσφορική γλυκόζη – 1-φωσφορική γλυκόζη (φωσφορυλιωμένη γλυκόζη) – UDP-γλυκόζη – γλυκουρονικό οξύ.
- Αμινοσάκχαρο – 6-φωσφορική γλυκοζαμίνη – Ν-ακετυλογλυκοζαμινο-1-φωσφορικό – UDP-N-ακετυλογλυκοζαμίνη-1-φωσφορικό.
- Αντίδραση γλυκοσιδικής τρανσφεράσης που περιλαμβάνει το ένζυμο υαλουρονική συνθετάση.
Περίπου 5 g αυτής της ουσίας παράγονται και διασπώνται στο ανθρώπινο σώμα την ημέρα. Η συνολική ποσότητα οξέος είναι περίπου επτά χιλιοστά του τοις εκατό κατά βάρος. Στα σπονδυλωτά, η σύνθεση οξέος λαμβάνει χώρα υπό την επίδραση 3 τύπων ενζυμικών πρωτεϊνών (υαλουρονικές συνθετάσες). Είναι μεταλλοπρωτεΐνες που αποτελούνται από κατιόντα μετάλλων και φωσφορικούς γλυκοζίτες. Οι υαλουρονικές συνθετάσες είναι τα μόνα ένζυμακαταλύοντας την παραγωγή οξέος.
Η διαδικασία καταστροφής των μορίων C28H44N2O23 λαμβάνει χώρα υπό τη δράση υαλουρονολυτικών ενζύμων. Στο ανθρώπινο σώμα, υπάρχουν τουλάχιστον επτά από αυτά και μερικά από αυτά καταστέλλουν τις διαδικασίες σχηματισμού όγκων. Τα προϊόντα διάσπασης του υαλουρονικού οξέος είναι ολιγο- και πολυσακχαρίτες, οι οποίοι διεγείρουν το σχηματισμό νέων αιμοφόρων αγγείων.
Λειτουργίες στο ανθρώπινο σώμα
Το κολλαγόνο και το υαλουρονικό οξύ στη σύνθεση του ανθρώπινου δέρματος είναι οι πιο πολύτιμες ουσίες από τις οποίες εξαρτάται η ελαστικότητα και η απαλότητα του δέρματος. Το C28H44N2O23 εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:
- διατήρηση του νερού, που εξασφαλίζει την ελαστικότητα του δέρματος και τη σφριγηλότητά του;
- δημιουργία του απαιτούμενου βαθμού ιξώδους του ενδιάμεσου υγρού;
- συμμετοχή στην αναπαραγωγή των κύριων και ανοσοικανών κυττάρων της επιδερμίδας;
- υποστήριξη ανάπτυξης και αποκατάστασης του κατεστραμμένου δέρματος;
- ενίσχυση ινών κολλαγόνου;
- ενίσχυση της τοπικής ανοσίας;
- προστασία από ελεύθερες ρίζες, χημικούς και βιολογικούς παράγοντες.
Η υψηλότερη συγκέντρωση αυτής της ουσίας παρατηρείται στο δέρμα του εμβρύου. Με τη γήρανση, το μεγαλύτερο μέρος του οξέος συνδέεται με πρωτεΐνες, γεγονός που μειώνει το επίπεδο ενυδάτωσης του δέρματος. Η ικανότητα αυτορρύθμισης του μεταβολισμού είναι ιδιαίτερα μειωμένη σε άτομα άνω των 50 ετών.
Οι ακόλουθες ιδιότητες του υαλουρονικού οξέος στο αρθρικό υγρό έχουν επίσης προσδιοριστεί:
- σχηματισμόςομοιογενής δομή για να συγκρατεί ένα συγκεκριμένο συστατικό του χόνδρου - θειική χονδροϊτίνη;
- ενίσχυση του πλαισίου κολλαγόνου του χόνδρου;
- παρέχει λίπανση των κινούμενων μερών των αρθρώσεων, μειώνοντας τη φθορά τους.
Ο βιολογικός ρόλος των μορίων οξέος διαφέρει ανάλογα με το μοριακό τους βάρος. Έτσι, ενώσεις που περιέχουν έως και 1500 μονομερή έχουν αντιφλεγμονώδη δράση και παίρνουν ενεργό μέρος στην κατασκευή του δικτύου κολλαγόνου. Τα πολυμερή με αλυσίδα έως και 2000 μονομερών παίζουν ρόλο στη διατήρηση της υδραυλικής ισορροπίας και οι ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης έχουν τις πιο έντονες αντιοξειδωτικές ιδιότητες.
Το υαλουρονικό οξύ εμπλέκεται επίσης στο σχηματισμό και την ανάπτυξη του εμβρύου, στον έλεγχο της κινητικότητας των κυττάρων - μετανάστευση κυττάρων από το ένα μέρος στο άλλο, σε ορισμένες αλληλεπιδράσεις με υποδοχείς επιφανειακών κυττάρων.
Λήψη
Υπάρχουν 2 κύριες ομάδες τρόπων για να αποκτήσετε μια ουσία:
- Φυσικοχημική (εξαγωγή από ιστούς θηλαστικών, σπονδυλωτών και πτηνών). Δεδομένου ότι οι ζωικές πρώτες ύλες συχνά περιέχουν οξύ σε συνδυασμό με πρωτεΐνες και άλλους πολυσακχαρίτες, απαιτείται ενδελεχής καθαρισμός του προκύπτοντος προϊόντος, ο οποίος επηρεάζει το κόστος του τελικού φαρμάκου. Για τη λήψη οξέος σε βιομηχανική κλίμακα, χρησιμοποιείται ο ομφάλιος λώρος των νεογνών και οι χτένες των οικόσιτων κοτόπουλων. Υπάρχουν και άλλες μέθοδοι εξαγωγής - από τα μάτια των βοοειδών, το υγρό που γεμίζει τις κοιλότητες των αρθρώσεων και τις αρθρικές σακούλες. πλάσμα αίματος,χόνδρος, δέρμα χοίρου.
- Μικροβιακές μέθοδοι βασισμένες σε καλλιεργημένα βακτήρια. Οι κύριοι παραγωγοί είναι τα βακτήρια Pasteurellamultocida και Streptococcus. Αυτές οι μέθοδοι δοκιμάστηκαν για πρώτη φορά το 1953. Είναι πιο οικονομικές και επίσης δεν εξαρτώνται από τις εποχιακές προμήθειες πρώτων υλών.
Στην πρώτη περίπτωση, τα βιολογικά υλικά καταστρέφονται με μεθόδους λείανσης και ομογενοποίησης και στη συνέχεια το οξύ εκχυλίζεται σε μείγμα με πεπτίδια με έκθεση σε οργανικούς διαλύτες. Η προκύπτουσα μάζα επεξεργάζεται με ένζυμα ή οι πρωτεΐνες απομακρύνονται με μετουσίωση με χλωροφόρμιο ή μίγμα αιθανόλης και αμυλικής αλκοόλης. Μετά από αυτό, η ουσία συγκεντρώνεται σε ενεργό άνθρακα. Ο τελικός καθαρισμός γίνεται με ιοντοανταλλακτική χρωματογραφία ή καταβύθιση με χλωριούχο κετυλοπυριδίνιο.
Ιατρική χρήση
Υαλουρονικό οξύ χρησιμοποιείται για τις ακόλουθες παθολογίες:
- οφθαλμολογία – καταρράκτης; χρήση ως χειρουργικό περιβάλλον κατά τη διάρκεια των επεμβάσεων,
- ορθοπεδική - οστεοαρθρίτιδα, προστασία του αρθρικού χόνδρου από καταστροφή, καθώς και τόνωση της ανάκτησής του (ενδοπροσθέσεις αρθρικού υγρού);
- χειρουργική επέμβαση - αύξηση μαλακών ιστών, επεμβάσεις με εκτεταμένη εκτομή χόνδρου;
- φαρμακευτικά - παραγωγή φαρμάκων με βάση την πολυμερή δομή της ένωσης (δισκία, κάψουλες, κρέμες, τζελ, αλοιφές);
- βιομηχανία τροφίμων - αθλητική διατροφή;
- γυναικολογία - κατά της πρόσφυσηςκεφάλαια;
- δερματολογία - θεραπεία εγκαυμάτων, μεταθρομβωτικών τροφικών δερματικών διαταραχών.
Σύμφωνα με τις προβλέψεις των επιστημόνων, αυτή η ουσία μπορεί να γίνει η βάση για μια νέα ομάδα φαρμάκων για τη θεραπεία του καρκίνου.
Άλλες ιδιότητες του οξέος είναι επίσης πολλά υποσχόμενες:
- αντιμικροβιακή, αντιική δράση (η ένωση είναι δραστική έναντι του ιού του έρπητα και άλλων)·
- βελτίωση της μικροκυκλοφορίας του αίματος;
- αντιφλεγμονώδες αποτέλεσμα;
- παρατεταμένη δράση (σταδιακή διάλυση στους ανθρώπινους ιστούς).
Βιταμίνες
Το υαλουρονικό οξύ στη σύνθεση των βιταμινών χρησιμοποιείται με τη μορφή καθαρού υαλουρονικού νατρίου, που είναι το ανάλογό του. Ο κύριος σκοπός της ουσίας είναι να διατηρήσει τη νεανικότητα του δέρματος, να το ενυδατώσει και να επουλώσει τις πληγές. Για τη βελτίωση της απορρόφησης, το ασκορβικό οξύ εισάγεται στη σύνθεση των συμπλεγμάτων βιταμινών.
Έρευνα βρίσκεται επίσης σε εξέλιξη για την ανάπτυξη φαρμάκων και συμπληρωμάτων διατροφής με αντιφλεγμονώδη και ανοσοτροποποιητικά αποτελέσματα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πολλούς τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας.
Κοσμετολογία
Στην κοσμετολογία, αυτή η ένωση χρησιμοποιείται για τη διόρθωση αλλαγών που σχετίζονται με την ηλικία. Λόγω του γεγονότος ότι η δομή του οξέος είναι παρόμοια σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς, είναι κατάλληλο για χρήση ως δερματικό πληρωτικό (ένεση), ειδικά γύρω από τα μάτια. Για να παραμείνει η ουσία περισσότερο στην επιδερμίδα, τροποποιείται με τη βοήθεια μορίων διασταυρούμενης σύνδεσης.(διασταυρούμενοι). Τα διασυνδεδεμένα πληρωτικά διαφέρουν μεταξύ τους ως προς το ιξώδες της γέλης, τη συγκέντρωση οξέος και τη διάρκεια της απορρόφησης στο δέρμα.
Οι ενέσεις χορηγούνται ενδο- ή υποδόρια με τη μορφή υδατικού διαλύματος 1-3%. Αυτό βοηθά στην αύξηση της ελαστικότητας και της σφριγηλότητας των ιστών, μια αισθητή λείανση των ρυτίδων.
C28H44N2O23 προστίθεται επίσης στη σύνθεση εξωτερικών καλλυντικών - τζελ, αφρούς, κρέμες και άλλα βασικά προϊόντα. Το υαλουρονικό οξύ στη σύνθεση αναφέρεται ως υαλουρονικό οξύ (και το υαλουρονικό νάτριο είναι υαλουρονικό νάτριο). Αυτός ο τύπος καλλυντικών έχει τις ίδιες ιδιότητες με τα fillers - εμποδίζει το σχηματισμό ρυτίδων, ακμής και βοηθά στον κορεσμό του δέρματος με υγρασία.
