/ Полисахариды / Гиалуроновая кислота

Распространение в природе

Гиалуроновая кислота – природный полисахарид животного происхождения. Широко распространена в природе, содержится в основном веществе многих видов соединительной и нервной ткани (в коже, связках, пуповине, сердечных клапанах, стекловидном теле глаза, роговице и др.) ибиологических жидкостей (слюне,синовиальной исуставной жидкости, и др.). В соединительной ткани дермы гиалуроновая кислота расположена между волокнами коллагена и эластина, в клетках рогового слоя – в корнеоцитах.

Таким образом, гиалуроновая кислота является одним из основных компонентов внеклеточного матрикса. Принимает значительное участие впролиферациии миграции клеток. Продуцируется некоторымибактериями(например,Streptococcus ).

Количество гиалуроновой кислоты в различных источниках может составлять до 5% сухой массы ткани. В теле человека весом 70 кг в среднем содержится

15 г гиалуроновой кислоты.

В промышленности гиалуроновую кислоту получают двумя способами: физико-химическим и биотехнологическим.

Физико-химический способ. По этому способу гиалуроновую кислоту получают, в основном, из петушиных гребней, человеческих пуповин и глаз крупного рогатого скота. Технологическая схема получения гиалуроновой кислоты из вышеназванной биомассы включает следующие стадии:ферментативное расщеплениесоединительной ткани с выделением гиалуроновой кислоты илиэкстрагирование гиалуроновой кислоты из биомассы разбавленными растворами щелочи или кислоты, последующее специфическое фракционирование выделенного продукта для удаления белковых и липидных составляющих, несколько этапов очистки, осаждение и высушивание.

В последнее время гиалуроновую кислоту все чаще получают более выгодным с экономической точки зрения биотехнологическим путем из растительного сырья (пшеничный субстрат) с использованием бактериальных культур (Streptococcus zooepidermicus илиStreptococcus equi ). Этапы получения гиалуроновой кислоты по биотехнологии следующие: строго контролируемыйбиосинтез гиалуроновой кислотыбактериальными клетками (бактерии размножаются и помещаются в бродильный чан, где они синтезируют гиалуроновую кислоту в специальных условиях); выделение наработанной гиалуроновой кислоты из бактерий и ее дальнейшая очистка; осаждение и высушивание. Все процессы биотехнологического получения гиалуроновой кислоты проводят в условиях постоянного бактериологического и реологического контроля, обеспечивающего высокое качество получаемого продукта и, самое главное, заданную молекулярную массу гиалуроновой кислоты.

Химическое строение и молекулярная структура

Гиалуроновая кислота – несульфированныйгликозаминогликан. В природных условиях гиалуроновая кислота синтезируется классом встроенныхмембранных белков, называемыхгиалуронат-синтетазами. В организмах позвоночных содержатся три типа гиалуронат-синтетаз: HAS1, HAS2 и HAS3.

Считается, что эти ферменты соединяют молекулыглюкуроновой кислоты иN-ацетилглюкозамина в строго чередующемся порядке.

Структурная формула фрагмента макромолекулы гиалуроновой кислоты приведена на рис.1. Макромолекулярные цепи построены из чередующихся звеньев остатков ?-D-глюкуроновой кислоты и?-N-ацетилглюкозамина. связанных?-(1>4)- и ?-(1>3)-гликозидными связями .

Рис.1. Структурная формула макромолекулы гиалуроновой кислоты.

Атомы водорода СООН-групп некоторых элементарных звеньев ?-D -глюкуроновой кислоты могут быть замещеныNaилиK. Такие полисахариды называют натриевой или калиевой солью гиалуроновой кислоты (гиалуронат натрия илигиалуронат калия ).

Элементарной повторяющейся единицей макромолекулы гиалуроновой кислоты является дисахаридный фрагмент. В качестве примера на рис.2 представлена элементарная единица макромолекулы натриевой соли гиалуроновой кислоты

Рис.2. Элементарная единица макромолекулыNa-соли гиалуроновой кислоты.

Наиболее энергетически выгодной конформацией элементарного звена молекулы гиалуроновой кислоты является конформация кресла С1 (рис.3).

Рис.3. Конформация повторяющегося дисахаридного звена гиалуроновой кислоты.

Объёмные заместители пиранозногокольца находятся в стерически выгодныхэкваториальных положениях, а меньшие по размеру атомы водорода занимают менее выгодныеаксиальные позиции.

Благодаря присутствию ?-(1>3)-гликозидных cвязeй макромолекула гиалуроновой кислоты, насчитывающая несколько тысяч моносахаридных остатков, принимает конформацию спирали (рис.4).

Рис.4. Виток спиральной конформации макромолекулы гиалуроновой кислоты.

На один виток спирали приходится три дисахаридных блока. Локализованные на внешней стороне спирали гидрофильные карбоксильные группы остатков глюкуроновой кислоты могут связывать ионы Ca 2+ .

Гиалуроновая кислота – аморфный полимер. Очищенный препарат представляет собой белый мелкодисперсный порошок.

Макромолекулы гиалуроновой кислоты имеют линейное строение и характеризуются высокой степенью асимметрии.

Молекулярная масса гиалуроновой кислоты зависит от способа получения препарата и может составлять 50 - 8 000 кДа. Предположительно, природная гиалуроновая кислота в нативном состоянии имеет молекулярную массу 1 000 - 20 000 кДа. Средняя молекулярная масса полисахарида, содержащегося в синовиальной жидкости человека, составляет 3 000 - 3 500 кДа.

Гиалуроновая кислота – оптически активный полимер. Удельное оптическое вращение водных растворов составляет = – 70 - – 80 град.

Гиалуроновая кислота растворяется в воде и в водном растворе NaCl, не растворяется в органических растворителях.

Гиалуроновая кислота относится к классу природных полиэлектролитов. Поэтому вязкость диализованных водных растворов (т.е. очищенных от ионовNa + ,K + и др.) гиалуроновой кислоты значительно выше вязкости растворов, содержащих низкомолекулярную соль.

В организме человека содержится изрядное количество воды. Примерно 15 - 18% (в зависимости от возраста и генетических особенностей организма) всей воды находится в дермальном слое кожи. Молекулы воды в результате диффузии через мембрану кровеносных сосудов проникают в дерму, а затем испаряются с поверхности рогового слоя. Оба процесса носят пассивный характер. Гиалуроновая кислота, благодаря своим гидрофильным свойствам, регулирует водный баланс ткани.

Высокая гидрофильность обуславливает широкое применение этого полисахарида в косметологии и медицине.

1. Гидролитическая деструкция. При полном кислотном гидролитическом расщеплении гиалуроновой кислоты образуются ?-D -глюкуроновая кислота, ?-N -глюкозамин и уксусная кислота:

2. Ферментативная деструкция. Биодеградацию гиалуроновой кислоты вызывает семейство ферментов, называемыхгиалуронидазами. Эти ферменты делятся на два основных типа:тестикулярные ибактериальные гиалуронидазы. Продуктами ферментативной деструкции под действием термоустойчивых тестикулярных гиалуронидаз являются тетраолигосахариды (состоящие из двух элементарных единиц макромолекулы гиалуроновой кислоты, соединенных ?-(1>4)-гликозидной связью), под действием бактериальных гиалуронидаз – дисахариды (?-N -глюкозамин-(1>4)-?-D -глюкуронат):

Для получения олигомеров гиалуроновой кислоты используют протеолитические ферменты (папин и др.). Олигомерные продукты ферментативной деструкции гиалуроновой кислоты проявляют проангиогенные свойства. Кроме того, олигомеры гиалуроновой кислоты, в отличие от нативного высокомолеколекулярного полисахарида, способны индуцировать воспалительный ответ в макрофагах и дендритных клетках при повреждении тканей.

В организме человека существуют по меньшей мере семь типов гиалуронидазоподобных ферментов, некоторые из которых являются супрессорами опухолеобразования.

В природных тканях и жидкостях гиалуроновая кислота чаще всего связана с белковыми компонентами, образуя протеогликан межклеточного матрикса (рис.5), но может присутствовать и в свободном состоянии.

Рис.5. Структура протеогликана межклеточного матрикса.

Гиалуроновая кислота выполняет следующие биологические функции: участвует в процессах миграции, пролиферации и дифференцировке клеток; участвует в процессах регенерации и поддержания водного баланса тканей, в ряде взаимодействий с поверхностными рецепторами клеток; обеспечивает необходимую вязкостьсиновиальной жидкостии упругость суставных хрящей; является биологической смазкой суставов; принадлежит к системеврождённого иммунитета.

Гиалуроновая кислота применяется, главным образом, в косметологии и медицине.

Косметология. Гиалуроновая кислота используется при создании косметических средств ухода за кожей (увлажняющих кремов, масок-салфеток, солнцезащитных гелей, декоративной косметики и др.), терапевтических препаратов для коррекции возрастных изменений кожи и реабилитации пилингов и пластических операций.

Использование гиалуроновой кислоты в качестве составной части увлажняющих и защитных косметических средств основано на ее способности формировать на поверхности кожного покрова тонкую пленку, способную поглощать пары воды из воздуха и, соответственно, регулировать процесс испарения воды с поверхности кожи. Следует отметить, что гигроскопичность гиалуроновой кислоты намного выше, чем у других традиционных косметических увлажнителей (глицерина и сорбитола).

Использование гиалуроновой кислоты для получения корректирующих препаратов основано на ее способности образовывать водные растворы высокой вязкости при относительно малой концентрации полимера. В результате введения препаратов гиалуроновой кислоты в поверхностные, средние или глубокие слои кожи происходит реконструкция кожного покрова (филинг морщин).

Примеры косметической продукции, получаемой на основе гиалуроновой кислоты, приведены на рис.5.

Медицина. Препараты гиалуроновой кислоты используют в терапии лечения заболеваний, связанных с повреждением тканей суставов (остеоартрит и др.); стекловидного тела глаза и роговицы в офтальмологии (катаракта и др.) и.т.п.

В последнее время гиалуроновую кислоту широко используют для лечения поверхностных ран и ожогов. Благотворное воздействие гиалуроновой кислоты на процессы заживления ран связано с тем, что, с одной стороны, она создает на поверхности кожного покрова стерильную и влажную пленку, под которой формируется идеальная среда для миграции эпидермальных клеток, а с другой – ингибирует биосинтез коллагена. Это приводит к увеличению скорости эпителизации раны и, что самое важное, не создает благоприятных условий для формирования кожного рубца, в результате чего на поверхности раны формируется ровный новый слой дермальной ткани.

ЗAКАЗАТЬ МОЖНО НА ОФИЦИАЛЬHОМ САЙТЕ MAГAЗИНЕ