Hijaluron je proizvod životinjskog porijekla, koji se široko koristi u medicini i kozmetologiji. Svojstva ove supstance još nisu u potpunosti shvaćena, a njen učinak na ljudsko tijelo obećava za stvaranje lijekova nove generacije. Ovo jedinjenje je aktivno uključeno u procese embriogeneze, diobe ćelija, njihovu diferencijaciju i kretanje tokom imunološkog odgovora.
Historija otkrića i terminologija
Hijaluron prema formuli se odnosi na glikozaminoglikane, čiji se molekuli sastoje od ponavljajućih jedinica koje ne sadrže sulfatne grupe. Po prvi put je ovo visoko molekulsko jedinjenje izolovano iz staklastog tijela goveda. U početku su naučnici pretpostavili da je supstanca karakteristična samo za sisare. Međutim, 1937. godine to je opovrgnuto - dobiveno je iz tekućeg medija u kojem je uzgajan hemolitički streptokok. 1954. godine, u britanskom opštem naučnom časopisu Nature, prvi put je objavljenstrukturna formula hijaluronske kiseline.
Uobičajeni naziv supstance je povezan sa istorijom njenog otkrića (eng. "hyaloid" - staklasto telo, "uronic acid" - uronska kiselina). U međunarodnoj hemijskoj terminologiji postoji i naziv "hijaluronan", koji kombinuje kiselinu i njene soli. Hemijska formula hijaluronske kiseline je: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Trenutno je raspon njegove primjene vrlo širok: medicina, kozmetologija, farmacija. Hijaluronska kiselina se koristi kao glavna i pomoćna supstanca. Svojstva jedinjenja, otkrivena poslednjih godina, imaju velike izglede za upotrebu u budućnosti, tako da potražnja za ovim biopolimerom stalno raste.
Zgrada
Formula hijaluronske kiseline je tipičan anjonski polisaharid. Molekuli su povezani u duge linearne lance. Srodne supstance - aminoglikani glukoze - imaju veliki broj sulfatiranih grupa. To objašnjava stvaranje različitih izomera - spojeva koji se razlikuju po prostornom rasporedu atoma. Njihova hemijska svojstva se takođe razlikuju. Hijaluronska kiselina, za razliku od glikozaminoglikana, je uvijek hemijski identična. Njegova svojstva ne zavise od načina dobijanja i vrste izvornih materijala.
Sastav hijaluronske kiseline uključuje D-glukuronsku kiselinu i N-acetil-D-glikozamin, koji su međusobno povezani beta-glikozidnom vezom i formiraju njene disaharidne jedinice (glukopiranozni prstenovi molekularne težine od oko 450 Da). Njihov broj u molekulima ovog spoja može doseći 25.000. Zbog toga kiselina ima visoku molekularnu težinu (5.000-20.000.000 Da).
Strukturna formula disaharidnog fragmenta hijaluronske kiseline prikazana je na slici ispod.
Sastav kiseline sadrži hidrofobna i hidrofilna područja, zbog kojih ovo visokomolekularno jedinjenje u svemiru izgleda kao uvrnuta vrpca. Kombinacija nekoliko lanaca formira loptu labave strukture. Sposobnost vezivanja i zadržavanja do 1000 molekula vode je još jedna karakteristika formule hijaluronske kiseline. Biohemija ove supstance prvenstveno je posledica njene visoke higroskopnosti, koja obezbeđuje zasićenje tkiva vodom i održavanje unutrašnjeg volumena.
Hemijska svojstva
Hijaluron ima sljedeća karakteristična hemijska svojstva:
- formiranje velikog broja vodoničnih veza;
- stvaranje kisele reakcije medija u vodenim rastvorima zbog prisustva deprotonirane karboksilne grupe;
- formiranje rastvorljivih soli sa alkalnim metalima;
- formiranje u vodenom rastvoru jake strukture gela (pseudogel) koji sadrži značajnu količinu vlage (proteinski kompleksi često talože);
- stvaranje nerastvorljivih kompleksa sa teškim metalima i bojama.
Izvana, vodeni rastvori supstance po konzistenciji podsećaju na bjelanjak. Strukturna formula hijaluronske kiseline vam omogućava da uzimateima nekoliko oblika, zavisno od jonskog okruženja medija:
- lijevi pojedinačni heliks;
- multifilament ravne strukture;
- double helix;
- supernamotane strukture sa gustom molekularnom mrežom.
Posljednji oblik je tercijarni i može apsorbirati veliku količinu vode, elektrolita, proteina visoke molekularne težine.
Razlike u hijaluronskoj kiselini različitog porijekla
Kao što je već spomenuto, struktura ove supstance je vrlo slična, bez obzira na izvor njene proizvodnje. Razlika između kiselina bakterijskog i životinjskog porijekla je stepen njihove polimerizacije. Formula hijaluronske kiseline životinjskog porijekla je duža od bakterijskog oblika (4.000-6.000 i 10.000-15.000 monomera respektivno).
Rastvorljivost u vodi za ove supstance je ista i zavisi uglavnom od prisustva hidroksilnih i solnih grupa u disaharidnim ostacima. Budući da je hemijska struktura kiseline inherentno slična kod svih živih pojedinaca, ovo minimizira rizik od štetnih imunoloških reakcija i odbacivanja kada se daje ljudima i životinjama.
Uloga u prirodi
Glavna lokacija hijaluronske kiseline je sastav intercelularnog (ili ekstracelularnog) matriksa tkiva sisara. Kako pokazuju naučne studije, prisutan je i u kapsulama nekih bakterija - streptokoka, stafilokoka i drugih parazitskih mikroorganizama. Sinteza jedinjenja se dešava i u telu beskičmenjaka (protozoa,člankonošci, bodljikaši, crvi).
Naučnici sugeriraju da je sposobnost proizvodnje hijaluronske kiseline u bakterijama evoluirala kako bi se povećala njihova virulentna svojstva u organizmu domaćina. Zbog svog prisustva, mikroorganizmi mogu lako prodrijeti u kožu i kolonizirati je. Takve parazitske bakterije su u stanju da neutraliziraju imunološki odgovor domaćina i izazovu razvoj aktivnijeg upalnog procesa od drugih sojeva mikroba.
Hijaluronsku kiselinu proizvode proteini koji su ugrađeni u ćelijski zid ili membrane intracelularnih organela. Najveća koncentracija supstance u ljudskom tijelu zabilježena je u tekućini koja ispunjava šupljine zglobova, u pupčanoj vrpci, staklastom tijelu oka i koži.
Metabolizam
Sinteza hijaluronske kiseline odvija se u obliku enzimskih reakcija u 3 faze:
- Glukoza-6-fosfat – glukoza-1-fosfat (fosforilirana glukoza) – UDP-glukoza – glukuronska kiselina.
- Amino šećer – glukozamin-6-fosfat – N-acetilglukozamin-1-fosfat – UDP-N-acetilglukozamin-1-fosfat.
- Reakcija glikozid transferaze koja uključuje enzim hijaluronat sintetazu.
U ljudskom tijelu dnevno se proizvodi i razgrađuje oko 5 g ove supstance. Ukupna količina kiseline je oko sedam hiljaditih procenta po težini. Kod kičmenjaka do sinteze kiseline dolazi pod uticajem 3 vrste proteina enzima (hijaluronat sintetaze). Oni su metaloproteini sastavljeni od metalnih kationa i glukozidnih fosfata. Hijaluronatne sintetaze su jedini enzimikatalizuje proizvodnju kiseline.
Proces uništavanja molekula C₂₈H₄₄N₂O₂₃ odvija se pod dejstvom hijaluronalitičkih enzima. U ljudskom tijelu ih ima najmanje sedam, a neki od njih potiskuju procese nastanka tumora. Proizvodi razgradnje hijaluronske kiseline su oligo- i polisaharidi, koji stimulišu stvaranje novih krvnih sudova.
Funkcije u ljudskom tijelu
Kolagen i hijaluronska kiselina u sastavu ljudske kože su najvrednije supstance od kojih zavisi elastičnost i glatkoća dermisa. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ obavlja sljedeće funkcije:
- očuvanje vode, koja osigurava elastičnost kože i njen turgor;
- stvaranje potrebnog stepena viskoziteta intersticijske tečnosti;
- učestvovanje u reprodukciji glavnih i imunokompetentnih ćelija epiderme;
- podržava rast i popravak oštećene kože;
- jačanje kolagenih vlakana;
- jačanje lokalnog imuniteta;
- zaštita od slobodnih radikala, hemijskih i bioloških agenasa.
Najveća koncentracija ove supstance uočena je u koži embriona. Starenjem se većina kiselina vezuje za proteine, što smanjuje nivo hidratacije kože. Sposobnost samoregulacije metabolizma posebno je snažno smanjena kod ljudi starijih od 50 godina.
Utvrđena su i sljedeća svojstva hijaluronske kiseline u sinovijalnoj tekućini:
- formacijahomogena struktura koja drži specifičnu komponentu hrskavice - hondroitin sulfat;
- jačanje kolagenskog okvira hrskavice;
- omogućava podmazivanje pokretnih dijelova zglobova, smanjujući njihovo trošenje.
Biološka uloga molekula kiseline razlikuje se u zavisnosti od njihove molekularne težine. Dakle, spojevi koji sadrže do 1500 monomera imaju protuupalni učinak i aktivno učestvuju u izgradnji kolagene mreže. Polimeri sa lancem do 2000 monomera igraju ulogu u održavanju hidroravnoteže, a visokomolekularna jedinjenja imaju najizraženija antioksidativna svojstva.
Hijaluronska kiselina je takođe uključena u formiranje i razvoj embriona, u kontroli pokretljivosti ćelija - migracije ćelija sa jednog mesta na drugo, u nekim interakcijama sa površinskim ćelijskim receptorima.
Primi
Postoje 2 glavne grupe načina za dobijanje supstance:
- Fizičko-hemijski (vađenje iz tkiva sisara, kičmenjaka i ptica). Budući da životinjske sirovine često sadrže kiselinu u kombinaciji s proteinima i drugim polisaharidima, potrebno je temeljito pročišćavanje dobivenog proizvoda, što utječe na cijenu konačnog lijeka. Za dobivanje kiseline u industrijskim razmjerima koriste se pupčana vrpca novorođenčadi i češljevi domaćih pilića. Postoje i druge metode vađenja - iz očiju goveda tečnost koja ispunjava šupljine zglobova i zglobnih vreća; krvna plazma,hrskavica, svinjska koža.
- Mikrobne metode zasnovane na uzgojenim bakterijama. Glavni proizvođači su bakterije Pasteurellamultocida i Streptococcus. Ove metode su prvi put testirane 1953. One su ekonomičnije i ne zavise od sezonskih zaliha sirovina.
U prvom slučaju biološki materijali se uništavaju metodama mlevenja i homogenizacije, a zatim se kiselina ekstrahuje u mešavini sa peptidima izlaganjem organskim rastvaračima. Dobivena masa se tretira enzimima ili se proteini uklanjaju denaturacijom hloroformom ili mješavinom etanola i amil alkohola. Nakon toga, tvar se koncentrira na aktivni ugljen. Konačno prečišćavanje se vrši hromatografijom izmene jona ili precipitacijom sa cetilpiridinijum hloridom.
Medicinska upotreba
Hijaluron se koristi za sljedeće patologije:
- oftalmologija – katarakta; koristiti kao hirurško okruženje tokom operacija;
- ortopedija - osteoartritis, zaštita zglobne hrskavice od razaranja, kao i stimulacija njenog oporavka (endoproteze sinovijalne tečnosti);
- operacija - augmentacija mekog tkiva, operacije sa ekstenzivnom ekscizijom hrskavice;
- farmaceutika - proizvodnja lijekova na bazi polimerne strukture spoja (tablete, kapsule, kreme, gelovi, masti);
- prehrambena industrija - sportska ishrana;
- ginekologija - antiadhezijasredstva;
- dermatologija - liječenje opekotina, posttrombotičkih trofičnih poremećaja kože.
Prema predviđanjima naučnika, ova supstanca može postati osnova za novu grupu lijekova za liječenje raka.
Druga svojstva kiseline takođe obećavaju:
- antimikrobno, antivirusno dejstvo (spoj je aktivan protiv virusa herpesa i drugih);
- poboljšanje mikrocirkulacije krvi;
- protuupalno dejstvo;
- produženo djelovanje (postepeno rastvaranje u ljudskim tkivima).
Vitamini
Hijaluron u sastavu vitamina koristi se u obliku prečišćenog natrijum hijaluronata, koji je njegov analog. Glavna svrha tvari je očuvanje mladosti kože, vlaženje i zacjeljivanje rana. Da bi se poboljšala apsorpcija, askorbinska kiselina se uvodi u sastav vitaminskih kompleksa.
U toku su i istraživanja za razvoj lijekova i dodataka prehrani s protuupalnim i imunomodulatornim efektima koji se mogu koristiti u mnogim područjima ljudske aktivnosti.
Kozmetologija
U kozmetologiji, ovo jedinjenje se koristi za korekciju promena u vezi sa godinama. Zbog činjenice da je struktura kiseline slična u svim živim organizmima, pogodna je za upotrebu kao dermalni filer (injekcija), posebno oko očiju. Kako bi se supstanca duže zadržala u epidermisu, modificira se uz pomoć umreženih molekula.(poprečne veze). Umreženi fileri se razlikuju jedni od drugih u pogledu viskoziteta gela, koncentracije kiseline i trajanja resorpcije u koži.
Injekcije se daju intra- ili subkutano u obliku 1-3% vodene otopine. Ovo pomaže povećanju elastičnosti i čvrstoće tkiva, primjetnom izglađivanju bora.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ se takođe dodaje u sastav spoljne kozmetike - gelove, pene, kreme i druge osnovne proizvode. Hijaluronska kiselina u sastavu se naziva hijaluronska kiselina (a natrijum hijaluronat je natrijum hijaluronat). Ova vrsta kozmetičkog proizvoda ima ista svojstva kao fileri - sprečava nastanak bora, akni i pomaže da se koža zasiti vlagom.
