Hijaluron je proizvod životinjskog podrijetla koji se široko koristi u medicini i kozmetologiji. Svojstva ove tvari još nisu u potpunosti shvaćena, a njezin učinak na ljudsko tijelo obećava za stvaranje lijekova nove generacije. Ovaj spoj aktivno je uključen u procese embriogeneze, diobe stanica, njihovu diferencijaciju i kretanje tijekom imunološkog odgovora.
Povijest i terminologija otkrića
Hijaluron prema formuli odnosi se na glikozaminoglikane, čije se molekule sastoje od ponavljajućih jedinica koje ne sadrže sulfatne skupine. Po prvi put ovaj spoj visoke molekularne težine izoliran je iz staklastog tijela goveda. U početku su znanstvenici pretpostavili da je tvar karakteristična samo za sisavce. Međutim, 1937. godine to je opovrgnuto - dobiveno je iz tekućeg medija u kojem se uzgajao hemolitički streptokok. Godine 1954. u britanskom općem znanstvenom časopisu Nature prvi je put objavljenstrukturna formula hijaluronske kiseline.
Uobičajeni naziv tvari povezan je s poviješću njenog otkrića (eng. "hyaloid" - staklasto tijelo, "uronic acid" - uronska kiselina). U međunarodnoj kemijskoj terminologiji postoji i naziv "hyaluronan", koji spaja kiselinu i njezine soli. Kemijska formula hijaluronske kiseline je: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Trenutno je raspon njegove primjene vrlo širok: medicina, kozmetologija, farmacija. Hijaluronska kiselina se koristi kao glavna i pomoćna tvar. Svojstva spoja, otkrivena posljednjih godina, imaju velike izglede za korištenje u budućnosti, tako da potražnja za ovim biopolimerom stalno raste.
Zgrada
Formula hijaluronske kiseline je tipičan anionski polisaharid. Molekule su povezane u duge linearne lance. Srodne tvari - aminoglikani glukoze - imaju veliki broj sulfatiranih skupina. To objašnjava nastanak različitih izomera – spojeva koji se razlikuju po prostornom rasporedu atoma. Njihova se kemijska svojstva također razlikuju. Hijaluronska kiselina je, za razliku od glikozaminoglikana, kemijski uvijek identična. Njegova svojstva ne ovise o načinu dobivanja i vrsti izvornih materijala.
Sastav hijaluronske kiseline uključuje D-glukuronsku kiselinu i N-acetil-D-glikozamin, koji su međusobno povezani beta-glikozidnom vezom i tvore njegove disaharidne jedinice (glukopiranozni prstenovi s molekularnom težinom od oko 450 Da). Njihov broj u molekulama 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 donjoj slici.
Sastav kiseline sadrži hidrofobna i hidrofilna područja, zbog kojih ovaj visokomolekularni spoj u svemiru izgleda kao upletena vrpca. Kombinacija nekoliko lanaca tvori loptu labave strukture. Sposobnost vezanja i zadržavanja do 1000 molekula vode još je jedna značajka formule hijaluronske kiseline. Biokemija ove tvari prvenstveno je posljedica njene visoke higroskopnosti, koja osigurava zasićenost tkiva vodom i održavanje unutarnjeg volumena.
Kemijska svojstva
Hijaluron ima sljedeća karakteristična kemijska svojstva:
- formiranje velikog broja vodikovih veza;
- stvaranje kisele reakcije medija u vodenim otopinama zbog prisutnosti deprotonirane karboksilne skupine;
- formiranje topljivih soli s alkalnim metalima;
- formiranje u vodenoj otopini jake strukture gela (pseudogel) koja sadrži značajnu količinu vlage (proteinski kompleksi često precipitiraju);
- stvaranje netopivih kompleksa s teškim metalima i bojama.
Izvana, vodene otopine tvari po konzistenciji nalikuju bjelanjku. Strukturna formula hijaluronske kiseline omogućuje uzimanjeima nekoliko oblika, ovisno o ionskom okruženju medija:
- lijeva pojedinačna spirala;
- višefilamentne ravne strukture;
- dvostruka spirala;
- supernamotane strukture s 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 gore spomenuto, struktura ove tvari je vrlo slična, bez obzira na izvor njezine proizvodnje. Razlika između kiselina bakterijskog i životinjskog podrijetla je stupanj njihove polimerizacije. Formula hijaluronske kiseline životinjskog porijekla duža je od bakterijskog oblika (4.000-6.000 odnosno 10.000-15.000 monomera).
Topljivost u vodi za ove tvari je ista i ovisi uglavnom o prisutnosti hidroksilnih i solnih skupina u disaharidnim ostacima. Budući da je kemijska struktura kiseline inherentno slična kod svih živih pojedinaca, to smanjuje rizik od štetnih imunoloških reakcija i odbacivanja kada se daje ljudima i životinjama.
Uloga u prirodi
Glavno mjesto hijaluronske kiseline je sastav intercelularnog (ili ekstracelularnog) matriksa tkiva sisavaca. Kako pokazuju znanstvene studije, prisutan je i u kapsulama nekih bakterija - streptokoka, stafilokoka i drugih parazitskih mikroorganizama. Sinteza spoja također se događa u tijelu beskralježnjaka (protozoa,člankonošci, bodljikaši, crvi).
Znanstvenici sugeriraju da je sposobnost proizvodnje hijaluronske kiseline u bakterijama evoluirala kako bi se povećala njihova virulentna svojstva u organizmu domaćina. Zbog svoje prisutnosti mikroorganizmi mogu lako prodrijeti u kožu i kolonizirati je. Takve parazitske bakterije mogu neutralizirati imunološki odgovor domaćina i izazvati razvoj aktivnijeg upalnog procesa od drugih sojeva mikroba.
Hijaluronsku kiselinu proizvode proteini koji su ugrađeni u staničnu stijenku ili membrane unutarstaničnih organela. Najveća koncentracija tvari u ljudskom tijelu zabilježena je u tekućini koja ispunjava šupljine zglobova, u pupkovini, 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 glikozidne transferaze koja uključuje enzim hijaluronat sintetazu.
U ljudskom tijelu dnevno se proizvodi i razgrađuje oko 5 g ove tvari. Ukupna količina kiseline je oko sedam tisućinki postotka po težini. U kralježnjaka dolazi do sinteze kiseline pod utjecajem 3 vrste proteina enzima (hijaluronatne sintetaze). Oni su metaloproteini sastavljeni od metalnih kationa i glukozidnih fosfata. Hijaluronatne sintetaze su jedini enzimikatalizira proizvodnju kiseline.
Proces uništavanja molekula C₂₈H₄₄N₂O₂₃ događa se pod djelovanjem hijaluronalitičkih enzima. U ljudskom tijelu ih ima najmanje sedam, a neki od njih potiskuju procese nastanka tumora. Produkti razgradnje hijaluronske kiseline su oligo- i polisaharidi, koji potiču stvaranje novih krvnih žila.
Funkcije u ljudskom tijelu
Kolagen i hijaluronska kiselina u sastavu ljudske kože najvrednije su tvari o kojima ovisi elastičnost i glatkoća dermisa. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ obavlja sljedeće funkcije:
- očuvanje vode, koja osigurava elastičnost kože i njezin turgor;
- stvaranje potrebnog stupnja viskoznosti intersticijske tekućine;
- sudjelovanje u reprodukciji glavnih i imunokompetentnih stanica epiderme;
- podržava rast i popravak oštećene kože;
- jačanje kolagenih vlakana;
- jačanje lokalnog imuniteta;
- zaštita od slobodnih radikala, kemijskih i bioloških agenasa.
Najveća koncentracija ove tvari uočena je u koži embrija. Starenjem se većina kiselina veže na proteine, što smanjuje razinu hidratacije kože. Sposobnost samoregulacije metabolizma posebno je snažno smanjena kod osoba starijih od 50 godina.
Utvrđena su i sljedeća svojstva hijaluronske kiseline u sinovijalnoj tekućini:
- formacijahomogena struktura koja drži specifičnu komponentu hrskavice - kondroitin sulfat;
- jačanje kolagenskog okvira hrskavice;
- omogućava podmazivanje pokretnih dijelova zglobova, smanjujući njihovo trošenje.
Biološka uloga molekula kiselina razlikuje se ovisno o njihovoj molekularnoj težini. Dakle, spojevi koji sadrže do 1500 monomera imaju protuupalni učinak i aktivno sudjeluju u izgradnji kolagene mreže. Polimeri s lancem do 2000 monomera igraju ulogu u održavanju hidroravnoteže, a visokomolekularni spojevi imaju najizraženija antioksidativna svojstva.
Hijaluron također sudjeluje u formiranju i razvoju embrija, u kontroli pokretljivosti stanica - migraciji stanica s jednog mjesta na drugo, u nekim interakcijama s površinskim staničnim receptorima.
Primi
Postoje 2 glavne grupe načina za dobivanje tvari:
- Fizičko-kemijski (vađenje iz tkiva sisavaca, kralježnjaka 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 pupkovina novorođenčadi i češljevi domaćih pilića. Postoje i druge metode vađenja - iz očiju goveda, tekućina koja ispunjava šupljine zglobova i zglobnih vrećica; krvna plazma,hrskavica, svinjska koža.
- Mikrobne metode temeljene na uzgojenim bakterijama. Glavni proizvođači su bakterije Pasteurellamultocida i Streptococcus. Ove metode su prvi put testirane 1953. One su ekonomičnije i također ne ovise o sezonskim zalihama sirovina.
U prvom slučaju biološki materijali se uništavaju metodama mljevenja i homogenizacije, a zatim se kiselina ekstrahira u smjesi s peptidima izlaganjem organskim otapalima. Dobivena masa se tretira enzimima ili se proteini uklanjaju denaturacijom s kloroformom ili mješavinom etanola i amil alkohola. Nakon toga, tvar se koncentrira na aktivni ugljen. Konačno pročišćavanje se vrši kromatografijom ionske izmjene ili precipitacijom s cetilpiridinij kloridom.
Medicinska upotreba
Hijaluron se koristi za sljedeće patologije:
- oftalmologija – katarakta; koristiti kao kirurško okruženje tijekom operacija;
- ortopedija - osteoartritis, zaštita zglobne hrskavice od uništenja, kao i za poticanje njenog oporavka (endoproteze sinovijalne tekućine);
- operacija - povećanje mekog tkiva, operacije s opsežnom ekscizijom hrskavice;
- farmaceutika - proizvodnja lijekova na bazi polimerne strukture spoja (tablete, kapsule, kreme, gelovi, masti);
- prehrambena industrija - sportska prehrana;
- ginekologija - antiadhezijasredstva;
- dermatologija - liječenje opeklina, posttrombotičkih trofičnih poremećaja kože.
Prema predviđanjima znanstvenika, ova tvar može postati osnova za novu skupinu lijekova za liječenje raka.
Druga svojstva kiseline također obećavaju:
- antimikrobni, antivirusni učinak (spoj je aktivan protiv virusa herpesa i drugih);
- poboljšanje mikrocirkulacije krvi;
- protuupalni učinak;
- produženo djelovanje (postupno otapanje u ljudskim tkivima).
Vitamini
Hijaluron u sastavu vitamina koristi se u obliku pročišćenog natrijevog 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 tijeku je i istraživanje za razvoj lijekova i dodataka prehrani s protuupalnim i imunomodulatornim učinkom koji se mogu koristiti u mnogim područjima ljudske aktivnosti.
Kozmetologija
U kozmetologiji se ovaj spoj koristi za ispravljanje promjena povezanih s dobi. Zbog činjenice da je struktura kiseline slična u svim živim organizmima, pogodna je za korištenje kao dermalni filer (injekcija), posebno oko očiju. Kako bi se tvar dulje zadržala u epidermi, modificira se uz pomoć umreženih molekula.(poprečno povezivanje). Umreženi fileri međusobno se razlikuju po viskoznosti gela, koncentraciji kiseline i trajanju resorpcije u koži.
Injekcije se daju intra- ili supkutano u obliku 1-3% vodene otopine. To pomaže povećanju elastičnosti i čvrstoće tkiva, zamjetnom zaglađivanju bora.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ također se dodaje u sastav vanjske kozmetike - gelove, pjene, kreme i druge osnovne proizvode. Hijaluronska kiselina u sastavu se naziva hijaluronska kiselina (a natrijev hijaluronat je natrijev hijaluronat). Ova vrsta kozmetičkog proizvoda ima ista svojstva kao i fileri - sprječava nastanak bora, akni i pomaže da se koža zasiti vlagom.
