Kyselina hyaluronová je produkt živočišného původu, který je široce používán v medicíně a kosmetologii. Vlastnosti této látky nejsou dosud plně pochopeny a její účinek na lidské tělo je slibný pro vytvoření léků nové generace. Tato sloučenina se aktivně podílí na procesech embryogeneze, buněčného dělení, jejich diferenciace a pohybu během imunitní odpovědi.
Historie objevů a terminologie
Kyselina hyaluronová podle vzorce označuje glykosaminoglykany, jejichž molekuly se skládají z opakujících se jednotek, které neobsahují sulfátové skupiny. Poprvé byla tato vysokomolekulární sloučenina izolována ze sklivce skotu. Vědci nejprve předpokládali, že látka je charakteristická pouze pro savce. To však bylo v roce 1937 vyvráceno – získával se z tekutého média, ve kterém se pěstoval hemolytický streptokok. V roce 1954 byl poprvé publikován v britském obecném vědeckém časopise Naturestrukturní vzorec kyseliny hyaluronové.
Obvyklý název látky je spojen s historií jejího objevu (angl. "hyaloid" - sklivec, "uronová kyselina" - kyselina uronová). V mezinárodní chemické terminologii existuje také název "hyaluronan", který kombinuje kyselinu a její soli. Chemický vzorec kyseliny hyaluronové je: C₂₈H4₄N₂O₂₃.
V současné době je rozsah jeho použití velmi široký: medicína, kosmetologie, farmacie. Jako hlavní a pomocná látka se používá kyselina hyaluronová. Vlastnosti sloučeniny, objevené v posledních letech, mají velké vyhlídky na využití v budoucnu, takže poptávka po tomto biopolymeru neustále roste.
Building
Složení kyseliny hyaluronové je typický aniontový polysacharid. Molekuly jsou spojeny v dlouhých lineárních řetězcích. Příbuzné látky – glukózové aminoglykany – mají velké množství sulfatovaných skupin. To vysvětluje vznik různých izomerů – sloučenin, které se liší prostorovým uspořádáním atomů. Jejich chemické vlastnosti se také liší. Kyselina hyaluronová je na rozdíl od glykosaminoglykanů vždy chemicky identická. Jeho vlastnosti nezávisí na metodách získávání a typu výchozích materiálů.
Složení kyseliny hyaluronové obsahuje kyselinu D-glukuronovou a N-acetyl-D-glykosamin, které jsou propojeny beta-glykosidickou vazbou a tvoří její disacharidové jednotky (glukopyranózové kruhy o molekulové hmotnosti asi 450 Da). Jejich počet v molekulách této sloučeniny může dosáhnout 25 000. Díky tomu má kyselina vysokou molekulovou hmotnost (5 000-20 000 000 Da).
Strukturní vzorec disacharidového fragmentu kyseliny hyaluronové je znázorněn na obrázku níže.
Složení kyseliny obsahuje hydrofobní a hydrofilní oblasti, díky nimž tato vysokomolekulární sloučenina ve vesmíru vypadá jako zkroucená stuha. Kombinace několika řetězů tvoří kouli volné struktury. Schopnost vázat a držet až 1000 molekul vody je další vlastností vzorce kyseliny hyaluronové. Biochemie této látky je dána především její vysokou hygroskopicitou, která zajišťuje saturaci tkání vodou a zachování vnitřního objemu.
Chemické vlastnosti
Kyselina hyaluronová má následující charakteristické chemické vlastnosti:
- vznik velkého množství vodíkových vazeb;
- vznik kyselé reakce média ve vodných roztocích v důsledku přítomnosti deprotonované karboxylové skupiny;
- tvorba rozpustných solí s alkalickými kovy;
- tvorba ve vodném roztoku silné gelové struktury (pseudogel) obsahující značné množství vlhkosti (často se vysrážejí proteinové komplexy);
- tvorba nerozpustných komplexů s těžkými kovy a barvivy.
Vodné roztoky látek navenek svou konzistencí připomínají vaječný bílek. Strukturní vzorec kyseliny hyaluronové vám umožňuje užívatmá několik forem v závislosti na iontovém prostředí média:
- levá jednoduchá šroubovice;
- vícevláknové ploché konstrukce;
- dvojitá šroubovice;
- supercoiled struktury s hustou molekulární sítí.
Poslední forma je terciární a je schopna absorbovat velké množství vody, elektrolytů, vysokomolekulárních proteinů.
Rozdíly v kyselině hyaluronové různého původu
Jak již bylo zmíněno výše, struktura této látky je velmi podobná, bez ohledu na zdroj její výroby. Rozdíl mezi kyselinami bakteriálního a živočišného původu je stupeň jejich polymerace. Vzorec kyseliny hyaluronové živočišného původu je delší než bakteriální forma (4 000–6 000 a 10 000–15 000 monomerů).
Rozpustnost ve vodě pro tyto látky je stejná a závisí především na přítomnosti hydroxylových a solných skupin v disacharidových zbytcích. Vzhledem k tomu, že chemická struktura kyseliny je ze své podstaty podobná u všech žijících jedinců, minimalizuje to riziko nežádoucích imunologických reakcí a odmítnutí při podávání lidem a zvířatům.
Role v přírodě
Hlavním umístěním kyseliny hyaluronové je složení mezibuněčné (nebo extracelulární) matrice savčích tkání. Jak ukazují vědecké studie, je přítomen i v tobolkách některých bakterií – streptokoků, stafylokoků a dalších parazitických mikroorganismů. K syntéze sloučeniny dochází také v těle bezobratlých živočichů (protozoa,členovci, ostnokožci, červi).
Vědci naznačují, že schopnost produkovat kyselinu hyaluronovou v bakteriích se vyvinula za účelem zvýšení jejich virulentních vlastností v hostitelském organismu. Díky jeho přítomnosti mohou mikroorganismy snadno proniknout kůží a kolonizovat ji. Takové parazitické bakterie jsou schopny neutralizovat imunitní odpověď hostitele a vyvolat rozvoj aktivnějšího zánětlivého procesu než jiné kmeny mikrobů.
Kyselina hyaluronová je produkována proteiny, které jsou zabudovány do buněčné stěny nebo membrán intracelulárních organel. Nejvyšší koncentrace látky v lidském těle je zaznamenána v tekutině, která vyplňuje dutinu kloubů, v pupeční šňůře, sklivci oka a kůži.
Metabolismus
Syntéza kyseliny hyaluronové probíhá formou enzymatických reakcí ve 3 stupních:
- Glukóza-6-fosfát – glukóza-1-fosfát (fosforylovaná glukóza) – UDP-glukóza – kyselina glukuronová.
- Aminocukr – glukosamin-6-fosfát – N-acetylglukosamin-1-fosfát – UDP-N-acetylglukosamin-1-fosfát.
- Glykosidtransferázová reakce zahrnující enzym hyaluronátsyntetázu.
Za den se v lidském těle vyprodukuje a rozloží asi 5 g této látky. Celkové množství kyseliny je asi sedm tisícin procenta hmotnosti. U obratlovců dochází k syntéze kyselin pod vlivem 3 typů enzymových proteinů (hyaluronátsyntetáz). Jsou to metaloproteiny složené z kovových kationtů a glukosidfosfátů. Hyaluronát syntetázy jsou jediné enzymykatalyzující produkci kyseliny.
Proces destrukce molekul C28H444N₂O₂33 probíhá působením hyaluronan-lytických enzymů. V lidském těle je jich minimálně sedm a některé z nich potlačují procesy tvorby nádorů. Produkty rozkladu kyseliny hyaluronové jsou oligo- a polysacharidy, které stimulují tvorbu nových krevních cév.
Funkce v lidském těle
Kolagen a kyselina hyaluronová ve složení lidské pokožky jsou nejcennější látky, na kterých závisí elasticita a hladkost dermis. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ plní následující funkce:
- zachování vody, která zajišťuje pružnost pokožky a její turgor;
- vytvoření požadovaného stupně viskozity intersticiální tekutiny;
- účast na reprodukci hlavních a imunokompetentních buněk epidermis;
- podporuje růst a opravu poškozené kůže;
- posílení kolagenových vláken;
- posílení lokální imunity;
- ochrana proti volným radikálům, chemickým a biologickým činitelům.
Nejvyšší koncentrace této látky je pozorována v kůži embrya. Se stárnutím se většina kyseliny váže na bílkoviny, což snižuje úroveň hydratace pokožky. Schopnost samoregulace metabolismu je zvláště silně snížena u lidí starších 50 let.
Byly také stanoveny následující vlastnosti kyseliny hyaluronové v synoviální tekutině:
- formacehomogenní struktura pro udržení specifické složky chrupavky - chondroitin sulfátu;
- posílení kolagenového rámce chrupavky;
- poskytuje mazání pohyblivých částí kloubů, snižuje jejich opotřebení.
Biologická role molekul kyseliny se liší v závislosti na jejich molekulové hmotnosti. Sloučeniny obsahující až 1500 monomerů tak působí protizánětlivě a aktivně se podílejí na výstavbě kolagenové sítě. Polymery s řetězcem až 2000 monomerů hrají roli při udržování hydrobalance a vysokomolekulární sloučeniny mají nejvýraznější antioxidační vlastnosti.
Kyselina hyaluronová se také podílí na tvorbě a vývoji embrya, na řízení buněčné mobility - migrace buněk z jednoho místa na druhé, na některých interakcích s povrchovými buněčnými receptory.
Přijmout
Existují 2 hlavní skupiny způsobů, jak získat látku:
- Fyzikálně-chemické (extrakce z tkání savců, obratlovců a ptáků). Vzhledem k tomu, že živočišné suroviny často obsahují kyselinu v kombinaci s proteiny a dalšími polysacharidy, je nutná důkladná purifikace výsledného produktu, což ovlivňuje cenu konečného léku. K získání kyseliny v průmyslovém měřítku se používá pupeční šňůra novorozenců a hřebeny domácích kuřat. Existují i jiné způsoby extrakce – z očí skotu tekutina, která vyplňuje dutiny kloubů a kloubních vaků; krevní plazma,chrupavka, vepřová kůže.
- Mikrobiální metody založené na kultivovaných bakteriích. Hlavními producenty jsou bakterie Pasteurellamultocida a Streptococcus. Tyto metody byly poprvé testovány v roce 1953. Jsou ekonomičtější a také nezávisí na sezónních dodávkách surovin.
V prvním případě jsou biologické materiály zničeny metodami mletí a homogenizace a poté je kyselina extrahována ve směsi s peptidy vystavením organickým rozpouštědlům. Výsledná hmota se zpracuje enzymy nebo se proteiny odstraní denaturací chloroformem nebo směsí ethanolu a amylalkoholu. Poté se látka koncentruje na aktivním uhlí. Konečné čištění se provádí iontoměničovou chromatografií nebo srážením cetylpyridinium chloridem.
Lékařské použití
Kyselina hyaluronová se používá pro následující patologické stavy:
- oftalmologie – šedý zákal; použití jako chirurgické prostředí během operací;
- ortopedie - osteoartróza, ochrana kloubní chrupavky před destrukcí a také ke stimulaci její obnovy (endoprotézy synoviální tekutiny);
- chirurgie - augmentace měkkých tkání, operace s rozsáhlou excizí chrupavky;
- farmaceutika - výroba léčiv na základě polymerní struktury sloučeniny (tablety, kapsle, krémy, gely, masti);
- potravinářský průmysl – sportovní výživa;
- gynekologie - antiadhezeprostředky;
- dermatologie - léčba popálenin, posttrombotické trofické kožní poruchy.
Podle prognóz vědců se tato látka může stát základem pro novou skupinu léků pro léčbu rakoviny.
Slibné jsou i další vlastnosti kyseliny:
- antimikrobiální, antivirový účinek (sloučenina je aktivní proti herpes viru a dalším);
- zlepšení mikrocirkulace krve;
- protizánětlivý účinek;
- prodloužené působení (postupné rozpouštění v lidských tkáních).
Vitamíny
Kyselina hyaluronová se ve složení vitamínů používá ve formě čištěného hyaluronátu sodného, který je jejím analogem. Hlavním účelem látky je zachovat mladistvost pokožky, hydratovat ji a hojit rány. Pro zlepšení vstřebávání se do složení vitamínových komplexů zavádí kyselina askorbová.
Probíhá také výzkum vývoje léků a doplňků stravy s protizánětlivými a imunomodulačními účinky, které lze využít v mnoha oblastech lidské činnosti.
Kosmetologie
V kosmetologii se tato sloučenina používá ke korekci změn souvisejících s věkem. Vzhledem k tomu, že struktura kyseliny je u všech živých organismů podobná, je vhodná pro použití jako dermální výplň (injekce), zejména kolem očí. Aby látka zůstala v epidermis déle, upravuje se pomocí síťovacích molekul.(zesíťovadla). Zesíťovaná plniva se od sebe liší viskozitou gelu, koncentrací kyselin a dobou trvání resorpce v kůži.
Injekce se podávají intra- nebo subkutánně ve formě 1-3% vodného roztoku. To pomáhá zvýšit elasticitu a pevnost tkání, znatelné vyhlazení vrásek.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ se přidává také do složení vnější kosmetiky – gelů, pěn, krémů a dalších základních produktů. Kyselina hyaluronová v kompozici je označována jako kyselina hyaluronová (a hyaluronát sodný je hyaluronát sodný). Tento typ kosmetického přípravku má stejné vlastnosti jako výplně - zabraňuje tvorbě vrásek, akné a pomáhá nasytit pokožku vlhkostí.
