Hyaluronihappo on eläinperäinen tuote, jota käytetään laajasti lääketieteessä ja kosmetologiassa. Tämän aineen ominaisuuksia ei vielä täysin ymmärretä, ja sen vaikutus ihmiskehoon on lupaava uuden sukupolven lääkkeiden luomiseksi. Tämä yhdiste osallistuu aktiivisesti embryogeneesin, solujen jakautumisen, niiden erilaistumisen ja liikkumisen prosesseihin immuunivasteen aikana.
Löytöhistoria ja terminologia
Kaavan mukainen hyaluronihappo viittaa glykosaminoglykaaneihin, joiden molekyylit koostuvat toistuvista yksiköistä, jotka eivät sisällä sulfaattiryhmiä. Ensimmäistä kertaa tämä korkean molekyylipainon omaava yhdiste eristettiin naudan lasimaisesta kehosta. Aluksi tutkijat olettivat, että aine oli ominaista vain nisäkkäille. Vuonna 1937 tämä kuitenkin kumottiin - se saatiin nestemäisestä alustasta, jossa viljeltiin hemolyyttistä streptokokkia. Vuonna 1954 se julkaistiin ensimmäisen kerran brittiläisessä yleisessä tieteellisessä Nature-lehdessähyaluronihapon rakennekaava.
Aineen yleinen nimi liittyy sen löytöhistoriaan (eng. "hyaloid" - lasiainen, "uronihappo" - uronihappo). Kansainvälisessä kemian terminologiassa on myös nimi "hyaluronaani", joka yhdistää hapon ja sen suolat. Hyaluronihapon kemiallinen kaava on: C28H44N2O23.
Tällä hetkellä sen käyttöalue on erittäin laaja: lääketiede, kosmetologia, apteekki. Pää- ja apuaineena käytetään hyaluronihappoa. Viime vuosina löydetyillä yhdisteen ominaisuuksilla on hyvät mahdollisuudet tulevaisuuden käyttöön, joten tämän biopolymeerin kysyntä kasvaa jatkuvasti.
Rakennus
Hyaluronihappokoostumus on tyypillinen anioninen polysakkaridi. Molekyylit liittyvät pitkiin lineaarisiin ketjuihin. Sukulaisilla aineilla - glukoosiaminoglykaaneilla - on suuri määrä sulfatoituja ryhmiä. Tämä selittää erilaisten isomeerien muodostumisen - yhdisteet, jotka eroavat toisistaan atomien tilajärjestelyssä. Myös niiden kemialliset ominaisuudet vaihtelevat. Hyaluronihappo, toisin kuin glykosaminoglykaanit, on aina kemiallisesti identtistä. Sen ominaisuudet eivät riipu hankintamenetelmistä ja lähdemateriaalin tyypistä.
Hyaluronihapon koostumus sisältää D-glukuronihappoa ja N-asetyyli-D-glykosamiinia, jotka liittyvät toisiinsa beeta-glykosidisidoksella ja muodostavat sen disakkaridiyksiköitä (glukopyranoosirenkaita, joiden molekyylipaino on noin 450 Da). Niiden määrä tämän yhdisteen molekyyleissä voi olla 25 000. Tästä johtuen hapolla on korkea molekyylipaino (5 000-20 000 000 Da).
Hyaluronihapon disakkaridifragmentin rakennekaava on esitetty alla olevassa kuvassa.
Hapon koostumus sisältää hydrofobisia ja hydrofiilisiä alueita, minkä vuoksi tämä suurimolekyylinen yhdiste avaruudessa näyttää kierretyltä nauh alta. Useiden ketjujen yhdistelmä muodostaa löysän rakenteen pallon. Kyky sitoa ja pitää sisällään jopa 1000 vesimolekyyliä on toinen hyaluronihappokaavan ominaisuus. Tämän aineen biokemia johtuu ensisijaisesti sen korkeasta hygroskooppisuudesta, joka varmistaa kudosten kyllästymisen vedellä ja sisäisen tilavuuden ylläpitämisen.
Kemialliset ominaisuudet
Hyaluronihapolla on seuraavat tunnusomaiset kemialliset ominaisuudet:
- suuren määrän vetysidosten muodostuminen;
- väliaineen happaman reaktion muodostuminen vesiliuoksissa deprotonoidun karboksyyliryhmän läsnäolon vuoksi;
- liukoisten suolojen muodostuminen alkalimetallien kanssa;
- muodostuu vahvan geelirakenteen (pseudogeelin) vesiliuoksessa, joka sisältää huomattavan määrän kosteutta (proteiinikompleksit usein saostuvat);
- liukenemattomien kompleksien luominen raskasmetallien ja väriaineiden kanssa.
Aineen vesiliuokset muistuttavat ulkoisesti munanvalkuaista koostumukseltaan. Hyaluronihapon rakennekaava antaa sinun ottaasillä on useita muotoja, riippuen väliaineen ioniympäristöstä:
- vasen yksikierre;
- monisäikeiset litteät rakenteet;
- kaksoishelix;
- superkierteiset rakenteet, joissa on tiheä molekyyliverkosto.
Viimeinen muoto on tertiäärinen ja pystyy imemään suuren määrän vettä, elektrolyyttejä, korkean molekyylipainon proteiineja.
Erot eri alkuperää olevissa hyaluronihapoissa
Kuten edellä mainittiin, tämän aineen rakenne on hyvin samanlainen riippumatta sen tuotantolähteestä. Ero bakteeri- ja eläinperäisten happojen välillä on niiden polymeroitumisaste. Eläinperäinen hyaluronihappokoostumus on pidempi kuin bakteerimuoto (4 000-6 000 ja 10 000-15 000 monomeeriä vastaavasti).
Näiden aineiden liukoisuus veteen on sama ja riippuu pääasiassa hydroksyyli- ja suolaryhmien läsnäolosta disakkaridijäännöksissä. Koska hapon kemiallinen rakenne on luonnostaan samanlainen kaikissa elävissä yksilöissä, tämä minimoi haitallisten immunologisten reaktioiden ja hylkimisreaktion riskiä, kun sitä annetaan ihmisille ja eläimille.
Rooli luonnossa
Hyaluronihapon pääsijainti on nisäkäskudosten solujen välisen (tai solunulkoisen) matriisin koostumus. Kuten tieteelliset tutkimukset osoittavat, sitä on myös joidenkin bakteerien - streptokokkien, stafylokokkien ja muiden loismikro-organismien - kapseleissa. Yhdisteen synteesi tapahtuu myös selkärangattomien eläinten (alkueläimet,niveljalkaiset, piikkinahkaiset, madot).
Tutkijat ehdottavat, että bakteerien kyky tuottaa hyaluronihappoa on kehittynyt lisäämään niiden virulentteja ominaisuuksia isäntäorganismissa. Sen läsnäolon ansiosta mikro-organismit voivat helposti tunkeutua ihon läpi ja asuttaa sitä. Tällaiset loisbakteerit pystyvät neutraloimaan isännän immuunivasteen ja saamaan aikaan aktiivisemman tulehdusprosessin kehittymisen kuin muut mikrobikannat.
Hyaluronihappoa tuottavat proteiinit, jotka on upotettu solunsisäisten organellien soluseinään tai kalvoihin. Aineen suurin pitoisuus ihmiskehossa on nesteessä, joka täyttää nivelten ontelon, napanuorassa, silmän lasiaisessa rungossa ja ihossa.
Aineenvaihdunta
Hyaluronihapon synteesi tapahtuu entsymaattisten reaktioiden muodossa 3 vaiheessa:
- Glukoosi-6-fosfaatti – glukoosi-1-fosfaatti (fosforyloitu glukoosi) – UDP-glukoosi – glukuronihappo.
- Aminosokeri – glukosamiini-6-fosfaatti – N-asetyyliglukosamiini-1-fosfaatti – UDP-N-asetyyliglukosamiini-1-fosfaatti.
- Glykosiditransferaasireaktio, johon osallistuu hyaluronaattisyntetaasientsyymi.
Noin 5 g tätä ainetta syntyy ja hajoaa ihmiskehossa päivässä. Hapon kokonaismäärä on noin seitsemän tuhannesosaa painoprosentista. Selkärankaisilla happosynteesi tapahtuu kolmen tyyppisten entsyymiproteiinien (hyaluronaattisyntetaasien) vaikutuksesta. Ne ovat metalloproteiineja, jotka koostuvat metallikationeista ja glukosidifosfaateista. Hyaluronaattisyntetaasit ovat ainoat entsyymitkatalysoi hapon tuotantoa.
C28H44N2O23-molekyylien tuhoutumisprosessi tapahtuu hyaluronaanilyyttisten entsyymien vaikutuksesta. Ihmiskehossa niitä on vähintään seitsemän, ja osa niistä tukahduttaa kasvaimen muodostumisprosesseja. Hyaluronihapon hajoamistuotteet ovat oligo- ja polysakkarideja, jotka stimuloivat uusien verisuonten muodostumista.
Toiminnot ihmiskehossa
Ihmisen ihon koostumuksessa oleva kollageeni ja hyaluronihappo ovat arvokkaimpia aineita, joista dermiksen kimmoisuus ja sileys riippuvat. C₂8H44N2O23 suorittaa seuraavat toiminnot:
- veden säilyminen, joka varmistaa ihon kimmoisuuden ja turgorin;
- luodaan välinesteen vaaditun viskositeettiasteen;
- osallistuminen orvaskeden tärkeimpien ja immuunikykyisten solujen lisääntymiseen;
- tuki vaurioituneen ihon kasvua ja korjausta;
- kollageenikuitujen vahvistaminen;
- paikallisen immuniteetin vahvistaminen;
- suojaus vapaita radikaaleja, kemiallisia ja biologisia tekijöitä vastaan.
Tämän aineen suurin pitoisuus havaitaan alkion ihossa. Ikääntyessä suurin osa hapoista sitoutuu proteiineihin, mikä vähentää ihon kosteustasoa. Kyky säädellä aineenvaihduntaa on heikentynyt erityisen voimakkaasti yli 50-vuotiailla.
Seuraavat hyaluronihapon ominaisuudet nivelnesteessä on myös määritetty:
- muodostelmahomogeeninen rakenne, joka pitää ruston tietyn komponentin - kondroitiinisulfaatin;
- ruston kollageenirungon vahvistaminen;
- nivelten liikkuvien osien voitelu, vähentää niiden kulumista.
Happomolekyylien biologinen rooli vaihtelee niiden molekyylipainon mukaan. Siten yhdisteillä, jotka sisältävät jopa 1500 monomeeriä, on anti-inflammatorinen vaikutus ja ne osallistuvat aktiivisesti kollageeniverkoston rakentamiseen. Polymeereilla, joissa on jopa 2000 monomeerin ketju, on rooli hydrotasapainon ylläpitämisessä, ja suurimolekyylisillä yhdisteillä on selvimmät antioksidanttiominaisuudet.
Hyaluronihappo osallistuu myös alkion muodostumiseen ja kehitykseen, solujen liikkuvuuden säätelyyn - solujen kulkeutumiseen paikasta toiseen, joissakin vuorovaikutuksessa solujen pintareseptorien kanssa.
Vastaanota
Aineen saamiseen on kaksi pääryhmää:
- Fysikaalis-kemiallinen (uutto nisäkkäiden, selkärankaisten ja lintujen kudoksista). Koska eläinraaka-aineet sisältävät usein happoa yhdessä proteiinien ja muiden polysakkaridien kanssa, vaaditaan tuloksena olevan tuotteen perusteellinen puhdistus, mikä vaikuttaa lopullisen lääkkeen hintaan. Hapon saamiseksi teollisessa mittakaavassa käytetään vastasyntyneiden napanuoraa ja kotikanojen kantoja. On muitakin uuttamismenetelmiä - nautaeläinten silmistä neste, joka täyttää nivelten ontelot ja nivelpussit; veriplasmaa,rusto, siannahka.
- Viljeltyihin bakteereihin perustuvat mikrobimenetelmät. Päätuottajat ovat Pasteurellamultocida- ja Streptococcus-bakteerit. Näitä menetelmiä testattiin ensimmäisen kerran vuonna 1953. Ne ovat taloudellisempia eivätkä myöskään ole riippuvaisia kausiluonteisista raaka-ainetoimituksista.
Ensimmäisessä tapauksessa biologiset materiaalit tuhotaan jauhamalla ja homogenisoimalla, ja sitten happo uutetaan seoksessa peptidien kanssa altistamalla orgaanisille liuottimille. Syntynyttä massaa käsitellään entsyymeillä tai proteiinit poistetaan denaturoimalla kloroformilla tai etanolin ja amyylialkoholin seoksella. Sen jälkeen aine konsentroidaan aktiivihiileen. Lopullinen puhdistus tehdään ioninvaihtokromatografialla tai saostamalla setyylipyridiniumkloridilla.
Lääketieteellinen käyttö
Hyaluronihappoa käytetään seuraaviin sairauksiin:
- oftalmologia – kaihi; käyttää leikkausympäristönä leikkausten aikana;
- ortopedia - nivelrikko, nivelruston suojaaminen tuholta sekä sen palautumisen stimulointi (nivelnesteen endoproteesit);
- leikkaus - pehmytkudosten lisäys, leikkaukset laajalla rustoleikkauksella;
- lääkkeet - yhdisteen polymeerirakenteeseen perustuvien lääkkeiden tuotanto (tabletit, kapselit, voiteet, geelit, voiteet);
- elintarviketeollisuus - urheiluravitsemus;
- gynekologia - antiadheesiovarat;
- ihotauti - palovammojen, tromboottisten trofisten ihosairauksien hoito.
Tieteilijöiden ennusteiden mukaan tästä aineesta voi tulla perusta uudelle syövän hoitoon käytettävälle lääkeaineryhmälle.
Myös hapon muut ominaisuudet ovat lupaavia:
- antimikrobinen, antiviraalinen vaikutus (yhdiste on aktiivinen herpesvirusta ja muita vastaan);
- veren mikroverenkierron parantaminen;
- tulehdusta ehkäisevä vaikutus;
- pitkäaikainen vaikutus (asteittainen liukeneminen ihmisen kudoksiin).
Vitamiinit
Vitamiinikoostumuksessa olevaa hyaluronihappoa käytetään puhdistetun natriumhyaluronaatin muodossa, joka on sen analogi. Aineen päätarkoitus on säilyttää ihon nuorekkuus, kosteuttaa sitä ja parantaa haavoja. Imeytymisen parantamiseksi askorbiinihappoa lisätään vitamiinikompleksien koostumukseen.
Tutkimus on myös meneillään sellaisten lääkkeiden ja ravintolisien kehittämiseksi, joilla on anti-inflammatorisia ja immunomodulatorisia vaikutuksia ja joita voidaan käyttää monilla ihmisen toiminnan alueilla.
Kosmetologia
Kosmetologiassa tätä yhdistettä käytetään korjaamaan ikään liittyviä muutoksia. Koska hapon rakenne on samanlainen kaikissa elävissä organismeissa, se soveltuu käytettäväksi ihon täyteaineena (injektiona), erityisesti silmien ympärillä. Jotta aine pysyisi orvaskessä pidempään, sitä modifioidaan ristisidosmolekyylien avulla.(silloittimet). Silloitetut täyteaineet eroavat toisistaan geelin viskositeetin, happopitoisuuden ja ihon resorption keston suhteen.
Injektiot annetaan intra- tai subkutaanisesti 1-3 % vesiliuoksena. Tämä auttaa lisäämään kudosten joustavuutta ja kiinteyttä sekä tasoittaa ryppyjä huomattavasti.
C₂₈H4₄N2O23 lisätään myös ulkoisen kosmetiikan - geelien, vaahtojen, voiteiden ja muiden perustuotteiden - koostumukseen. Koostumuksessa olevaa hyaluronihappoa kutsutaan hyaluronihapoksi (ja natriumhyaluronaatti on natriumhyaluronaatti). Tämäntyyppisillä kosmeettisilla valmisteilla on samat ominaisuudet kuin täyteaineilla - se estää ryppyjen muodostumista, aknen muodostumista ja auttaa kyllästämään ihoa kosteudella.
