Kyselina hyalurónová je produkt živočíšneho pôvodu, ktorý je široko používaný v medicíne a kozmeteológii. Vlastnosti tejto látky ešte nie sú úplne pochopené a jej účinok na ľudské telo je sľubný pre vytvorenie liekov novej generácie. Táto zlúčenina sa aktívne podieľa na procesoch embryogenézy, bunkového delenia, ich diferenciácie a pohybu počas imunitnej odpovede.
História a terminológia objavov
Kyselina hyalurónová podľa vzorca označuje glykozaminoglykány, ktorých molekuly pozostávajú z opakujúcich sa jednotiek, ktoré neobsahujú sulfátové skupiny. Po prvýkrát bola táto zlúčenina s vysokou molekulovou hmotnosťou izolovaná zo sklovca dobytka. Najprv vedci predpokladali, že látka je charakteristická len pre cicavce. V roku 1937 to však bolo vyvrátené – získaval sa z tekutého média, v ktorom sa kultivoval hemolytický streptokok. V roku 1954 bol prvýkrát publikovaný v britskom všeobecnom vedeckom časopise Natureštruktúrny vzorec kyseliny hyalurónovej.
Bežný názov látky sa spája s históriou jej objavenia (angl. „hyaloid“– sklovec, „kyselina uronová“– kyselina urónová). V medzinárodnej chemickej terminológii existuje aj názov „hyaluronan“, ktorý v sebe spája kyselinu a jej soli. Chemický vzorec kyseliny hyalurónovej je: C₂₈H4₄N₂O₂₃.
V súčasnosti je rozsah jeho použitia veľmi široký: medicína, kozmetológia, farmácia. Ako hlavná a pomocná látka sa používa kyselina hyalurónová. Vlastnosti zlúčeniny, objavené v posledných rokoch, majú veľké vyhliadky na využitie v budúcnosti, takže dopyt po tomto biopolyméri neustále rastie.
Building
Vzorec kyseliny hyalurónovej je typický aniónový polysacharid. Molekuly sú spojené do dlhých lineárnych reťazcov. Príbuzné látky – glukózové aminoglykány – majú veľký počet sulfátovaných skupín. To vysvetľuje vznik rôznych izomérov – zlúčenín, ktoré sa líšia priestorovým usporiadaním atómov. Ich chemické vlastnosti sa tiež líšia. Kyselina hyalurónová je na rozdiel od glykozaminoglykánov vždy chemicky identická. Jeho vlastnosti nezávisia od spôsobu získavania a typu zdrojových materiálov.
Zloženie kyseliny hyalurónovej zahŕňa kyselinu D-glukurónovú a N-acetyl-D-glykozamín, ktoré sú vzájomne prepojené beta-glykozidovou väzbou a tvoria jej disacharidové jednotky (glukopyranózové kruhy s molekulovou hmotnosťou asi 450 Da). Ich počet v molekulách tejto zlúčeniny môže dosiahnuť 25 000. Vďaka tomu má kyselina vysokú molekulovú hmotnosť (5 000 – 20 000 000 Da).
Štruktúrny vzorec disacharidového fragmentu kyseliny hyalurónovej je znázornený na obrázku nižšie.
Zloženie kyseliny obsahuje hydrofóbne a hydrofilné oblasti, vďaka ktorým táto vysokomolekulárna zlúčenina vo vesmíre vyzerá ako skrútená stuha. Kombinácia niekoľkých reťazí tvorí klbko voľnej štruktúry. Schopnosť viazať a držať až 1000 molekúl vody je ďalšou vlastnosťou vzorca kyseliny hyalurónovej. Biochémia tejto látky je spôsobená predovšetkým jej vysokou hygroskopicitou, ktorá zabezpečuje nasýtenie tkanív vodou a udržanie vnútorného objemu.
Chemické vlastnosti
Kyselina hyalurónová má nasledujúce charakteristické chemické vlastnosti:
- tvorba veľkého počtu vodíkových väzieb;
- tvorba kyslej reakcie média vo vodných roztokoch v dôsledku prítomnosti deprotonovanej karboxylovej skupiny;
- tvorba rozpustných solí s alkalickými kovmi;
- tvorba vo vodnom roztoku silnej gélovej štruktúry (pseudogél) obsahujúca značné množstvo vlhkosti (často sa zráža proteínové komplexy);
- tvorba nerozpustných komplexov s ťažkými kovmi a farbivami.
Navonok vodné roztoky látky svojou konzistenciou pripomínajú vaječný bielok. Štrukturálny vzorec kyseliny hyalurónovej vám umožňuje prijaťmá niekoľko foriem v závislosti od iónového prostredia média:
- ľavá jednoduchá špirála;
- viacvláknové ploché konštrukcie;
- dvojitá špirála;
- supercoiled štruktúry s hustou molekulárnou sieťou.
Posledná forma je terciárna a je schopná absorbovať veľké množstvo vody, elektrolytov, vysokomolekulárnych bielkovín.
Rozdiely v kyseline hyalurónovej rôzneho pôvodu
Ako už bolo spomenuté vyššie, štruktúra tejto látky je veľmi podobná, bez ohľadu na zdroj jej výroby. Rozdiel medzi kyselinami bakteriálneho a živočíšneho pôvodu je stupeň ich polymerizácie. Vzorec kyseliny hyalurónovej živočíšneho pôvodu je dlhší ako bakteriálna forma (4 000 – 6 000 a 10 000 – 15 000 monomérov).
Rozpustnosť týchto látok vo vode je rovnaká a závisí najmä od prítomnosti hydroxylových a soľných skupín v disacharidových zvyškoch. Keďže chemická štruktúra kyseliny je vo svojej podstate podobná u všetkých žijúcich jedincov, minimalizuje to riziko nežiaducich imunologických reakcií a odmietnutia pri podávaní ľuďom a zvieratám.
Úloha v prírode
Hlavným umiestnením kyseliny hyalurónovej je zloženie medzibunkovej (alebo extracelulárnej) matrice tkanív cicavcov. Ako ukazujú vedecké štúdie, je prítomný aj v kapsulách niektorých baktérií – streptokokov, stafylokokov a iných parazitických mikroorganizmov. K syntéze zlúčeniny dochádza aj v tele bezstavovcov (prvoky,článkonožce, ostnokožce, červy).
Vedci naznačujú, že schopnosť produkovať kyselinu hyalurónovú v baktériách sa vyvinula s cieľom zvýšiť ich virulentné vlastnosti v hostiteľskom organizme. Vďaka jej prítomnosti môžu mikroorganizmy ľahko preniknúť do pokožky a kolonizovať ju. Takéto parazitické baktérie sú schopné neutralizovať imunitnú odpoveď hostiteľa a vyvolať rozvoj aktívnejšieho zápalového procesu ako iné kmene mikróbov.
Kyselina hyalurónová je produkovaná proteínmi, ktoré sú zabudované v bunkovej stene alebo membránach vnútrobunkových organel. Najvyššia koncentrácia látky v ľudskom tele je zaznamenaná v tekutine, ktorá vypĺňa dutinu kĺbov, v pupočnej šnúre, sklovci oka a koži.
Metabolizmus
Syntéza kyseliny hyalurónovej prebieha formou enzymatických reakcií v 3 fázach:
- Glukóza-6-fosfát – glukóza-1-fosfát (fosforylovaná glukóza) – UDP-glukóza – kyselina glukurónová.
- Aminocukor – glukózamín-6-fosfát – N-acetylglukózamín-1-fosfát – UDP-N-acetylglukózamín-1-fosfát.
- Glykozidtransferázová reakcia zahŕňajúca enzým hyaluronát syntetáza.
V ľudskom tele sa denne vyprodukuje a rozloží asi 5 g tejto látky. Celkové množstvo kyseliny je asi sedem tisícin percent hmotnosti. U stavovcov dochádza k syntéze kyselín pod vplyvom 3 typov enzýmových proteínov (hyaluronátsyntetázy). Sú to metaloproteíny zložené z kovových katiónov a glukozidfosfátov. Hyaluronát syntetázy sú jediné enzýmykatalyzuje produkciu kyseliny.
Proces deštrukcie molekúl C28H444N₂O₂33 prebieha pôsobením hyalurónan-lytických enzýmov. V ľudskom tele je ich najmenej sedem a niektoré z nich potláčajú procesy tvorby nádorov. Produkty rozkladu kyseliny hyalurónovej sú oligo- a polysacharidy, ktoré stimulujú tvorbu nových krvných ciev.
Funkcie v ľudskom tele
Kolagén a kyselina hyalurónová v zložení ľudskej pokožky sú najcennejšie látky, od ktorých závisí elasticita a hladkosť dermy. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ vykonáva nasledujúce funkcie:
- zachovanie vody, ktorá zabezpečuje elasticitu pokožky a jej turgor;
- vytvorenie požadovaného stupňa viskozity intersticiálnej tekutiny;
- účasť na reprodukcii hlavných a imunokompetentných buniek epidermy;
- podporuje rast a opravu poškodenej kože;
- posilnenie kolagénových vlákien;
- posilnenie lokálnej imunity;
- ochrana pred voľnými radikálmi, chemickými a biologickými činiteľmi.
Najvyššia koncentrácia tejto látky sa pozoruje v koži embrya. Starnutím sa väčšina kyseliny viaže na bielkoviny, čo znižuje úroveň hydratácie pokožky. Schopnosť samoregulácie metabolizmu je obzvlášť výrazne znížená u ľudí nad 50 rokov.
Boli stanovené aj nasledujúce vlastnosti kyseliny hyalurónovej v synoviálnej tekutine:
- formáciahomogénna štruktúra na uchytenie špecifickej zložky chrupavky - chondroitín sulfát;
- posilnenie kolagénového rámca chrupavky;
- poskytuje mazanie pohyblivých častí kĺbov, čím sa znižuje ich opotrebovanie.
Biologická úloha molekúl kyseliny sa líši v závislosti od ich molekulovej hmotnosti. Zlúčeniny obsahujúce až 1500 monomérov teda pôsobia protizápalovo a aktívne sa podieľajú na výstavbe kolagénovej siete. Polyméry s reťazcom až 2000 monomérov zohrávajú úlohu pri udržiavaní hydrobalancie a vysokomolekulárne zlúčeniny majú najvýraznejšie antioxidačné vlastnosti.
Kyselina hyalurónová sa podieľa aj na tvorbe a vývoji embrya, na riadení bunkovej mobility – migrácie buniek z jedného miesta na druhé, na niektorých interakciách s povrchovými bunkovými receptormi.
Prijať
Existujú 2 hlavné skupiny spôsobov, ako získať látku:
- Fyzikálno-chemické (extrakcia z tkanív cicavcov, stavovcov a vtákov). Keďže živočíšne suroviny často obsahujú kyselinu v kombinácii s proteínmi a inými polysacharidmi, vyžaduje sa dôkladné prečistenie výsledného produktu, čo ovplyvňuje cenu konečného lieku. Na získanie kyseliny v priemyselnom meradle sa používa pupočná šnúra novorodencov a hrebene domácich kurčiat. Existujú aj iné spôsoby extrakcie - z očí dobytka, tekutiny, ktorá vypĺňa dutiny kĺbov a kĺbových vakov; krvná plazma,chrupavka, bravčová koža.
- Mikrobiálne metódy založené na kultivovaných baktériách. Hlavnými producentmi sú baktérie Pasteurellamultocida a Streptococcus. Tieto metódy boli prvýkrát testované v roku 1953. Sú ekonomickejšie a tiež nezávisia od sezónnych dodávok surovín.
V prvom prípade sa biologické materiály zničia metódami mletia a homogenizácie a potom sa kyselina extrahuje v zmesi s peptidmi vystavením organickým rozpúšťadlám. Výsledná hmota sa spracuje enzýmami alebo sa proteíny odstránia denaturáciou chloroformom alebo zmesou etanolu a amylalkoholu. Potom sa látka koncentruje na aktívnom uhlí. Konečné čistenie sa vykonáva iónomeničovou chromatografiou alebo zrážaním cetylpyridíniumchloridom.
Lekárske použitie
Kyselina hyalurónová sa používa pri nasledujúcich patológiách:
- oftalmológia – katarakta; použitie ako chirurgické prostredie počas operácií;
- ortopédia - osteoartróza, ochrana kĺbovej chrupavky pred deštrukciou, ako aj stimulácia jej obnovy (endoprotézy synoviálnej tekutiny);
- chirurgia - augmentácia mäkkých tkanív, operácie s rozsiahlou excíziou chrupavky;
- farmaceutiká - výroba liečiv na základe polymérnej štruktúry zlúčeniny (tablety, kapsuly, krémy, gély, masti);
- potravinársky priemysel – športová výživa;
- gynekológia - antiadhéziaprostriedky;
- dermatológia - liečba popálenín, posttrombotických trofických kožných porúch.
Podľa prognóz vedcov sa táto látka môže stať základom pre novú skupinu liekov na liečbu rakoviny.
Sľubné sú aj ďalšie vlastnosti kyseliny:
- antimikrobiálny, antivírusový účinok (zlúčenina je aktívna proti herpes vírusu a iným);
- zlepšenie mikrocirkulácie krvi;
- protizápalový účinok;
- predĺžený účinok (postupné rozpúšťanie v ľudských tkanivách).
Vitamíny
Kyselina hyalurónová sa v zložení vitamínov používa vo forme purifikovaného hyaluronátu sodného, ktorý je jej analógom. Hlavným účelom látky je zachovať mladistvosť pokožky, zvlhčiť ju a hojiť rany. Na zlepšenie absorpcie sa do zloženia vitamínových komplexov zavádza kyselina askorbová.
Prebieha aj výskum vývoja liekov a doplnkov stravy s protizápalovými a imunomodulačnými účinkami, ktoré možno využiť v mnohých oblastiach ľudskej činnosti.
Kozmetológia
V kozmeteológii sa táto zlúčenina používa na korekciu zmien súvisiacich s vekom. Vzhľadom na to, že štruktúra kyseliny je podobná u všetkých živých organizmov, je vhodná na použitie ako dermálna výplň (injekcia), najmä okolo očí. Aby látka zostala v epiderme dlhšie, upravuje sa pomocou molekúl zosieťovaných väzieb.(zosieťovadlá). Zosieťované plnivá sa navzájom líšia viskozitou gélu, koncentráciou kyseliny a trvaním resorpcie v koži.
Injekcie sa podávajú intra- alebo subkutánne vo forme 1-3% vodného roztoku. To pomáha zvýšiť elasticitu a pevnosť tkanív, citeľné vyhladenie vrások.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ sa pridáva aj do zloženia vonkajšej kozmetiky – gélov, pien, krémov a iných základných produktov. Kyselina hyalurónová v kompozícii sa označuje ako kyselina hyalurónová (a hyaluronát sodný je hyaluronát sodný). Tento typ kozmetického produktu má rovnaké vlastnosti ako výplne - zabraňuje tvorbe vrások, akné, pomáha nasýtiť pokožku vlhkosťou.
