Hialurono rūgštis yra gyvūninės kilmės produktas, plačiai naudojamas medicinoje ir kosmetologijoje. Šios medžiagos savybės dar nėra visiškai suprantamos, o jos poveikis žmogaus organizmui yra perspektyvus kuriant naujos kartos vaistus. Šis junginys aktyviai dalyvauja embriogenezės, ląstelių dalijimosi, jų diferenciacijos ir judėjimo procesuose imuninio atsako metu.
Atradimų istorija ir terminija
Hialurono rūgštis pagal formulę reiškia glikozaminoglikanus, kurių molekulės susideda iš pasikartojančių vienetų, kuriuose nėra sulfatų grupių. Pirmą kartą šis didelės molekulinės masės junginys buvo išskirtas iš galvijų stiklakūnio. Iš pradžių mokslininkai manė, kad medžiaga būdinga tik žinduoliams. Tačiau 1937 metais tai buvo paneigta – jis buvo gautas iš skystos terpės, kurioje buvo auginamas hemolizinis streptokokas. 1954 m. Britanijos bendrame mokslo žurnale „Nature“jis pirmą kartą buvo paskelbtasstruktūrinė hialurono rūgšties formulė.
Bendras medžiagos pavadinimas siejamas su jos atradimo istorija (angl. „hyaloid“– stiklakūnis, „urono rūgštis“– urono rūgštis). Tarptautinėje chemijos terminologijoje taip pat yra pavadinimas „hialuronanas“, kuris jungia rūgštį ir jos druskas. Cheminė hialurono rūgšties formulė yra: C₂₈H44N2O23.
Šiuo metu jo pritaikymo spektras labai platus: medicina, kosmetologija, farmacija. Hialurono rūgštis naudojama kaip pagrindinė ir pagalbinė medžiaga. Pastaraisiais metais atrastos junginio savybės turi dideles naudojimo perspektyvas ateityje, todėl šio biopolimero paklausa nuolat auga.
Pastatas
Hialurono rūgšties formulė yra tipiškas anijoninis polisacharidas. Molekulės yra sujungtos ilgomis linijinėmis grandinėmis. Susijusios medžiagos – gliukozės aminoglikanai – turi daug sulfatuotų grupių. Tai paaiškina įvairių izomerų – junginių, kurie skiriasi erdviniu atomų išsidėstymu, susidarymą. Jų cheminės savybės taip pat skiriasi. Hialurono rūgštis, skirtingai nei glikozaminoglikanai, chemiškai visada yra identiška. Jo savybės nepriklauso nuo gavimo būdų ir žaliavų rūšies.
Į hialurono rūgšties sudėtį įeina D-gliukurono rūgštis ir N-acetil-D-glikozaminas, kurie yra tarpusavyje sujungti beta-glikozidine jungtimi ir sudaro disacharidinius vienetus (gliukopiranozės žiedus, kurių molekulinė masė yra apie 450 Da).. Jų skaičius šio junginio molekulėse gali siekti 25 000. Dėl šios priežasties rūgštis turi didelę molekulinę masę (5 000–20 000 000 Da).
Hialurono rūgšties disacharido fragmento struktūrinė formulė parodyta paveikslėlyje žemiau.
Rūgšties sudėtyje yra hidrofobinių ir hidrofilinių sričių, dėl kurių šis didelės molekulinės masės junginys erdvėje atrodo kaip susukta juostelė. Kelių grandinių derinys sudaro laisvos struktūros kamuolį. Gebėjimas surišti ir išlaikyti iki 1000 vandens molekulių yra dar viena hialurono rūgšties formulės savybė. Šios medžiagos biochemija visų pirma yra dėl jos didelio higroskopiškumo, kuris užtikrina audinių prisotinimą vandeniu ir vidinio tūrio palaikymą.
Cheminės savybės
Hialurono rūgštis pasižymi šiomis būdingomis cheminėmis savybėmis:
- daugelio vandenilinių jungčių susidarymas;
- rūgštinės terpės reakcijos vandeniniuose tirpaluose sukūrimas dėl deprotonuotos karboksilo grupės;
- tirpių druskų susidarymas su šarminiais metalais;
- susidarymas stiprios gelio struktūros (pseudogelio) vandeniniame tirpale, kuriame yra daug drėgmės (b altymų kompleksai dažnai nusėda);
- netirpių kompleksų su sunkiaisiais metalais ir dažais kūrimas.
Iš išorės vandeniniai medžiagos tirpalai savo konsistencija primena kiaušinio b altymą. Struktūrinė hialurono rūgšties formulė leidžia vartotijis turi keletą formų, priklausomai nuo terpės joninės aplinkos:
- kairė viena spiralė;
- daugiagijinės plokščios konstrukcijos;
- dviguba spiralė;
- superspiralinės struktūros su tankiu molekuliniu tinklu.
Paskutinė forma yra tretinė ir gali sugerti didelį kiekį vandens, elektrolitų, didelės molekulinės masės b altymų.
Įvairios kilmės hialurono rūgšties skirtumai
Kaip minėta pirmiau, šios medžiagos struktūra yra labai panaši, nepaisant jos gamybos š altinio. Skirtumas tarp bakterinės ir gyvūninės kilmės rūgščių yra jų polimerizacijos laipsnis. Gyvūninės kilmės hialurono rūgšties formulė yra ilgesnė nei bakterinės formos (atitinkamai 4 000–6 000 ir 10 000–15 000 monomerų).
Šių medžiagų tirpumas vandenyje yra toks pat ir daugiausia priklauso nuo hidroksilo ir druskų grupių buvimo disacharidų liekanose. Kadangi cheminė rūgšties struktūra iš esmės yra panaši visiems gyviems asmenims, tai sumažina nepageidaujamų imunologinių reakcijų ir atmetimo riziką, kai ji skiriama žmonėms ir gyvūnams.
Vaidmuo gamtoje
Pagrindinė hialurono rūgšties vieta yra žinduolių audinių tarpląstelinės (arba ekstraląstelinės) matricos sudėtis. Kaip rodo moksliniai tyrimai, jo yra ir kai kurių bakterijų – streptokokų, stafilokokų ir kitų parazitinių mikroorganizmų – kapsulėse. Junginio sintezė taip pat vyksta bestuburių gyvūnų (protozojų, pirmuonių,nariuotakojai, dygiaodžiai, kirminai).
Mokslininkai teigia, kad gebėjimas gaminti hialurono rūgštį bakterijose išsivystė ir padidino jų virulentines savybes šeimininko organizme. Dėl jo buvimo mikroorganizmai gali lengvai prasiskverbti į odą ir ją kolonizuoti. Tokios parazitinės bakterijos gali neutralizuoti šeimininko imuninį atsaką ir išprovokuoti aktyvesnio uždegiminio proceso vystymąsi nei kitos mikrobų padermės.
Hialurono rūgštį gamina b altymai, kurie yra įterpti į ląstelės sienelę arba tarpląstelinių organelių membranas. Didžiausia medžiagos koncentracija žmogaus organizme yra skystyje, užpildančiame sąnarių ertmę, virkštelėje, akies stiklakūnyje ir odoje.
Metabolizmas
Hialurono rūgšties sintezė vyksta fermentinių reakcijų forma 3 etapais:
- Gliukozė-6-fosfatas – gliukozė-1-fosfatas (fosforilinta gliukozė) – UDP-gliukozė – gliukurono rūgštis.
- Amino cukrus – gliukozamino-6-fosfatas – N-acetilgliukozamino-1-fosfatas – UDP-N-acetilgliukozamino-1-fosfatas.
- Glikozido transferazės reakcija, kurioje dalyvauja fermentas hialuronato sintetazė.
Žmogaus organizme per dieną pagaminama ir suskaidoma apie 5 g šios medžiagos. Bendras rūgšties kiekis yra maždaug septynios tūkstantosios masės procento. Stuburiniuose gyvūnuose rūgščių sintezė vyksta veikiant 3 fermentų b altymų tipams (hialuronato sintetazės). Tai metaloproteinai, sudaryti iš metalo katijonų ir gliukozidų fosfatų. Hialuronato sintetazės yra vieninteliai fermentaikatalizuojantis rūgšties gamybą.
C28H4₄N2O23 molekulių naikinimo procesas vyksta veikiant hialuroną liziniams fermentams. Žmogaus organizme jų yra mažiausiai septyni, o kai kurie slopina naviko formavimosi procesus. Hialurono rūgšties skilimo produktai yra oligo- ir polisacharidai, kurie skatina naujų kraujagyslių susidarymą.
Funkcijos žmogaus organizme
Žmogaus odos sudėtyje esantis kolagenas ir hialurono rūgštis yra vertingiausios medžiagos, nuo kurių priklauso dermos elastingumas ir glotnumas. C₂8H4₄N2O23 atlieka šias funkcijas:
- vandens išsaugojimas, kuris užtikrina odos elastingumą ir jos turgorą;
- sukurti reikiamą intersticinio skysčio klampumo laipsnį;
- dalyvavimas pagrindinių ir imunokompetentingų epidermio ląstelių reprodukcijoje;
- palaiko pažeistos odos augimą ir atstatymą;
- kolageno skaidulų stiprinimas;
- vietinio imuniteto stiprinimas;
- apsauga nuo laisvųjų radikalų, cheminių ir biologinių veiksnių.
Didžiausia šios medžiagos koncentracija stebima embriono odoje. Senstant didžioji dalis rūgščių jungiasi su b altymais, todėl sumažėja odos hidratacijos lygis. Vyresnių nei 50 metų žmonių gebėjimas savarankiškai reguliuoti medžiagų apykaitą yra ypač stipriai susilpnėjęs.
Taip pat buvo nustatytos šios sinoviniame skystyje esančios hialurono rūgšties savybės:
- formavimasvienalytė struktūra, skirta tam tikram kremzlės komponentui – chondroitino sulfatui laikyti;
- sustiprina kremzlės kolageno karkasą;
- užtikrina judančių jungčių dalių sutepimą, mažina jų susidėvėjimą.
Rūgščių molekulių biologinis vaidmuo skiriasi priklausomai nuo jų molekulinės masės. Taigi junginiai, kurių sudėtyje yra iki 1500 monomerų, turi priešuždegiminį poveikį ir aktyviai dalyvauja kolageno tinklo kūrime. Polimerai, kurių grandinė yra iki 2000 monomerų, atlieka svarbų vaidmenį palaikant hidrobalansą, o didelės molekulinės masės junginiai turi ryškiausias antioksidacines savybes.
Hialurono rūgštis taip pat dalyvauja formuojant ir vystant embrioną, kontroliuojant ląstelių mobilumą – ląstelių migraciją iš vienos vietos į kitą, kai kuriose sąveikose su paviršiaus ląstelių receptoriais.
Gauti
Yra 2 pagrindinės cheminės medžiagos gavimo būdų grupės:
- Fizikinis ir cheminis (ekstrahavimas iš žinduolių, stuburinių ir paukščių audinių). Kadangi gyvūninės kilmės žaliavose dažnai yra rūgšties kartu su b altymais ir kitais polisacharidais, reikia kruopščiai išvalyti gautą produktą, o tai turi įtakos galutinio vaisto kainai. Rūgščiai gauti pramoniniu mastu naudojama naujagimių virkštelė ir naminių viščiukų koriai. Yra ir kitų ištraukimo būdų – iš galvijų akių skysčio, užpildančio sąnarių ertmes ir sąnarinius maišelius; kraujo plazma,kremzlės, kiaulės oda.
- Mikrobiniai metodai, pagrįsti kultivuotomis bakterijomis. Pagrindiniai gamintojai yra bakterijos Pasteurellamultocida ir Streptococcus. Šie metodai pirmą kartą buvo išbandyti 1953 m. Jie yra ekonomiškesni ir nepriklauso nuo sezoninių žaliavų tiekimo.
Pirmuoju atveju biologinės medžiagos sunaikinamos malant ir homogenizuojant, o po to rūgštis ekstrahuojama mišinyje su peptidais, veikiant organiniais tirpikliais. Gauta masė apdorojama fermentais arba b altymai pašalinami denatūruojant chloroformu arba etanolio ir amilo alkoholio mišiniu. Po to medžiaga koncentruojama ant aktyvuotos anglies. Galutinis gryninimas atliekamas jonų mainų chromatografija arba nusodinant cetilpiridinio chloridu.
Medicinos reikmėms
Hialurono rūgštis naudojama esant šioms patologijoms:
- oftalmologija – katarakta; naudoti kaip chirurginę aplinką operacijų metu;
- ortopedija - osteoartritas, sąnarių kremzlių apsauga nuo sunaikinimo, taip pat jos atsistatymo skatinimas (sinovinio skysčio endoprotezai);
- chirurgija - minkštųjų audinių augmentacija, operacijos su dideliu kremzlės ekscizija;
- farmaciniai produktai – vaistų gamyba pagal junginio polimerinę struktūrą (tabletės, kapsulės, kremai, geliai, tepalai);
- maisto pramonė – sportinė mityba;
- ginekologija – antiadhezijalėšos;
- dermatologija – nudegimų, potrombozinių trofinių odos sutrikimų gydymas.
Mokslininkų prognozėmis, ši medžiaga gali tapti pagrindu sukurti naują vaistų, skirtų vėžiui gydyti, grupę.
Kitos rūgšties savybės taip pat yra daug žadančios:
- antimikrobinis, antivirusinis poveikis (junginys veikia prieš herpeso virusą ir kitus);
- kraujo mikrocirkuliacijos gerinimas;
- priešuždegiminis poveikis;
- ilgalaikis veikimas (laipsniškas tirpimas žmogaus audiniuose).
Vitaminai
Vitaminų sudėtyje esanti hialurono rūgštis naudojama išgryninto natrio hialuronato pavidalu, kuris yra jo analogas. Pagrindinė medžiagos paskirtis – išsaugoti odos jaunatviškumą, ją drėkinti, gydyti žaizdas. Siekiant pagerinti absorbciją, į vitaminų kompleksų sudėtį įvedama askorbo rūgšties.
Taip pat atliekami tyrimai, siekiant sukurti vaistus ir maisto papildus, turinčius priešuždegiminį ir imunomoduliacinį poveikį, kurie gali būti naudojami daugelyje žmogaus veiklos sričių.
Kosmetologija
Kosmetologijoje šis junginys naudojamas koreguoti su amžiumi susijusius pokyčius. Dėl to, kad rūgšties struktūra yra panaši visuose gyvuose organizmuose, ji tinkama naudoti kaip odos užpildą (injekciją), ypač aplink akis. Kad medžiaga ilgiau išliktų epidermyje, ji modifikuojama kryžminių jungčių molekulių pagalba.(kryžminiai jungikliai). Kryžminiai užpildai skiriasi vienas nuo kito gelio klampumu, rūgšties koncentracija ir rezorbcijos odoje trukme.
Injekcijos įvedamos į vidų arba po oda 1–3 % vandeninio tirpalo pavidalu. Tai padeda padidinti audinių elastingumą ir stangrumą, pastebimai išlygina raukšles.
C₂₈H₄₄N2O₂3 taip pat pridedama prie išorinės kosmetikos - gelių, putų, kremų ir kitų pagrindinių produktų. Hialurono rūgštis kompozicijoje vadinama hialurono rūgštimi (o natrio hialuronatas yra natrio hialuronatas). Šio tipo kosmetikos gaminiai pasižymi tokiomis pat savybėmis kaip ir užpildai – neleidžia susidaryti raukšlėms, spuogams, padeda prisotinti odą drėgme.
