Способ получения гиалуроновой кислоты. Гиалуроновая кислота — история Название гиалуроновой кислоты

Гиалуронан представляет собой гликозаминогликан, который образует во внеклеточном матриксе огромные комплексы с протеогликанами. Особенно в большом количестве эти комплексы присутствуют в хрящевой ткани, где гиалуронан посредством линкерного белка связывается с протеогликаном агреканом

Гиалуронан несет сильный отрицательный заряд и поэтому во внеклеточном пространстве связывается с катионами и с молекулами воды. Это приводит к увеличению жесткости внеклеточного матрикса и создает между клетками водяную подушку, которая гасит силы сжатия

Гиалуронан состоит из повторяющихся единиц дисахаридов, связанных в длинные цепи

В отличие от других гликозаминогликанов, гиалуронановые цепи синтезируются на цитозольной поверхности плазматической мембраны и затем выходят из клетки

Клетки связываются с гиалуронанами с участием семейства рецепторов, известных под названием гиаладгерины, которые инициируют сигнальные процессы, контролирующие миграцию клеток и сборку цитоскелета

Гиалуронан (ГК), также известный под названием гиалуроновая кислота или гиалуронат, представляет собой глюкозаминогликан (ГАГ). В отличие от других гликозаминогликанов (ГАГ), связанных с внеклеточном матриксом, гиалуронан не связан ковалентной связью с протеогликанами сердцевинных белков, а образует очень большие комплексы с секретируемыми протеогликанами.

К числу таких наиболее важных комплексов относятся комплексы, присутствующие в хрящевой ткани, где молекулы ГК , секретируемые хондроцитами (хрящеобразующие клетки), связываются примерно со 100 копиями протеоглика-на агрекана. Агрекановые сердцевинные белки через небольшой линкерный белок связываются с одной молекулой ГК через 40-нм интервалы. Такие комплексы в длину могут достигать более 4 мм и обладать мол массой, превышающей 2 х 108 дальтон. Таким образом, с участием ГК во внеклеточном матриксе хрящевой ткани создаются большие гидратированные пространства.

Эти пространства играют особенно важную роль в тканях с низкой плотностью кровеносных сосудов, поскольку они обеспечивают диффузию питательных компонентов и выведение продуктов обмена из внеклеточного пространства.

Гиалуроновая кислота (ГК) обладают очень простой структурой. Подобно всем ГАГ, они являются линейными полимерами одного из дисахаридов, глюкуроновой кислоты, связанной с N-ацетилглюкозамином посредством (3 (1-3) связи. Как показано на рисунке ниже, молекулы ГК содержат в среднем 10 000 (и до 50 000 этих дисахаридов, связанных b(1-4) связью. Поскольку дисахариды несут отрицательный заряд, они связывают катионы и молекулы воды.

Подобно протеогликанам , ГК увеличивают жесткость внеклеточного матрикса и служат в качестве смазки в таких соединительнотканных структурах, как . Гидратированные молекулы ГК также образуют между клетками водяную подушку, которая позволяет тканям гасить силы сжатия.

CD44 образует гомодимеры или гетеродимеры с рецепторами Erb2.
Эти комплексы связываются с рядом сигнальных молекул,
которые контролируют организацию цитоскелета и экспрессию генов.

Молекулы гиалуроновой кислоты (ГК) гораздо крупнее, чем другие ГАГ. Из-за этого клетки должны расходовать на их формирование большие количества энергии. Подсчитано, что для формирования одной среднего размера цепи ГК, необходимо 50 000 эквивалентов АТФ, 20 000 кофакторов НАД и 10 000 групп ацетил-КоА. Поэтому в большинстве клеток синтез ГК находится под жестким контролем.

Синтез гиалуроновой кислоты (ГК) катализируется трансмембранными ферментами, ГК синтазами, локализованными в плазматической мембране. Эти ферменты несколько необычны в том смысле, что они собирают полимер ГК на цитозольной стороне плазматической мембраны, а затем переносят его через мембрану во внеклеточное пространство. Это принципиально отличается от синтеза других ГАГ, которые образуются в аппарате Гольджи и ковалентно связываются с протеогликанами сердцевинных белков по мере их прохождения по секреторному пути.

Важнейшим способом регуляции синтеза гиалуроновой кислоты (ГК) является изменение экспрессии ферментов, ГК синтаз. Экспрессия этих ферментов индуцируется специфичными для клеток факторами роста. Например, фактор роста фибробластов и интерлейкин-1 являются индукторами экспрессии ферментов в фибробластах, в то время как глюкокортикоиды подавляют экспрессию в этих же клетках. Эпидермальный фактор роста стимулирует экспрессию в кератиноцитах, но не в фибробластах. Секреция ГК контролируется независимо от их синтеза, и это обеспечивает, по крайней мере, два способа контроля уровня ГК в тканях.

Наряду с участием в гидратации тканей, гиалуроновая кислота (ГК) связывается со специфическими поверхностными рецепторами, что приводит к стимуляции внутриклеточных сигнальных путей, контролирующих такие процессы, как миграция клеток. Основным рецептором ГК является CD44, относящийся к семейству белков, называемых гиладгеринами, которые связываются с ГК. К остальным представителям этого семейства относятся протеогликаны (например, версикан, агрекан, бревикан) и линкерный белок, который связывает ГК с агреканом в хрящевой ткани. Множественные формы CD44 образуются при альтернативном сплайсинге транскриптов одного гена, хотя функциональные различия между этими изоформами остаются неясными.

CD44 существует в виде гомодимеров, которые экспрессируются во многих типах клеток или в виде гетеродимеров с ErbВ, тирозинкиназой, которая экспрессируется на эпителиальных клетках.

Цитоплазматический участок CD44 обладает несколькими функциями. Он необходим для правильного связывания с ГК и для сортинга рецепторов на клеточной поверхности. Он также участвует в процессах внутриклеточной передачи сигнала. Картирование функциональных областей в цитоплазматическом участке CD44 проводилось при изучении экспрессии мутантных форм CD44 в культуре клеток, и активации сигнальных путей после прикрепления клеток к ГК.

Из этих исследований мы знаем, что гомодимеры CD44 и гетеродимеры CD44/ErbB активируют нерецепторные тирозинкиназы, например Src, а также представителей семейства небольших G-белков, Ras. Эти киназы активируют такие сигнальные белки, как протеинкиназа С, МАР киназа и ядерные факторы транскрипции.

Наряду с этим, как показано на рисунке ниже, сигналы, передающиеся с участием CD44 , могут изменять сборку актинового цитоскелета у поверхности клеток. Это происходит при активации таких белков, связывающих актин, как фодрин и небольшого G-белка, Rac-1. Одним из последствий реорганизации актина является стимуляция миграции клеток под влиянием связывания CD44 с ГК. В опухолях усиление экспрессии CD44 и секреции ГК коррелирует с увеличением ее агрессивности, и является плохим прогностическим признаком.

Обычно считается, что гиалуроновая кислота (ГК ) играет двоякую роль в стимуляции миграции клеток. Во-первых, за счет связывания с внеклеточным матриксом ГК нарушает межклеточные взаимодействия и взаимодействие клеток с матриксом. Мыши, у которых не происходит экспрессии ГК, характеризуются незначительной величиной межклеточного пространства, вследствие чего животные не могут развиваться нормально. Поскольку ГК обладает большим гидратированным объемом, повышенная секреция ГК в опухоли нарушает целостность внеклеточного матрикса, что приводит к образованию больших промежутков, через которые могут мигрировать опухолевые клетки.

Во-вторых, при связывании ГК с рецепторами CD44 могут активироваться внутриклеточные процессы передачи сигналов, непосредственно приводящие к перегруппировкам цитоскелета и к активации миграции клеток. Это подтверждается данными, полученными в экспериментах по добавлению ГК к клеткам в культуре. Клетки, экспрессирующие CD44, начинают мигрировать сразу же после контакта с ГК, и соединения, разрушающие внутриклеточные сигнальные молекулы и связывающиеся с CD44, ингибируют эту миграцию.

Изобретение относится к птицеперерабатывающей и фармацевтической промышленности, а именно к биохимическому способу получения гиалуроновой кислоты, применяемой в медицине в качестве ранозаживляющего средства и пролонгатора действия различных лекарственных средств, в парфюмерии и косметике. В способе получения гиалуроновой кислоты, включающем измельчение петушиных гребней, экстракцию, объединение экстрактов, отделение водной фазы, осаждение целевого продукта, перед измельчением сырье предварительно обескровливают этиловым спиртом в соотношении 1: 2, затем измельченное сырье дополнительно подвергают обработке ультразвуком с частотой вибрации 16 - 20 кГц в течение 5 - 10 мин, а экстракцию проводят водой с температурой 45 - 50 o С в течение 20 - 25 мин, при этом отделение водной фазы осуществляют вакуумным фильтрованием, осаждение - 95%-ным этиловым спиртом в соотношении 1: 3 с последующим фильтрованием и сушкой препарата. Способ позволяет упростить технологический процесс получения гиалуроновой кислоты. 4 ил., 2 табл.

Изобретение относится к птицеперерабатывающей и фармацевтической промышленности, а именно к рациональному использованию сырьевых ресурсов и развитию нетрадиционных технологий на основе биохимического способа получения гиалуроновой кислоты (ГУК), применяемой в медицине в качестве ранозаживляющего средства и пролонгатора действия различных лекарственных средств, в парфюмерии и косметике. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения гиалуроновой кислоты, предусматривающий многократную экстракцию измельченных куриных гребней водным раствором н-пропилового, изо-пропилового или трет-бутилового спирта, объединение экстрактов, добавление к ним хлорида натрия, расслоение системы, отделение водной фазы и осаждение из него целевого продукта. Степень извлечения гиалуроновой кислоты 50%, содержание белка - менее 1)% . Недостатками способа является длительность процесса экстракции, значительный расход органического растворителя, токсичность производства, ограниченность применения. Технической задачей изобретения является упрощение технологического процесса, сокращение продолжительности экстракции, снижение уровня токсичности, ограниченное использование органического растворителя, полная его регенерация, повышающая экономическую эффективность производства, возможность размещать данное производство на птицеперерабатывающих предприятиях, решая проблему рационального использования сырья. Поставленная задача достигается тем, что в способе получения гиалуроновой кислоты, включающем измельчение петушиных гребней, экстракцию, объединение экстрактов, отделение водной фазы, осаждение целевого продукта, новым является то, что перед измельчением сырье предварительно обескровливают этиловым спиртом в соотношении 1:2, затем измельченное сырье дополнительно подвергают обработке ультразвуком с частотой вибрации 16-20 кГц в течение 5-10 мин, а экстракцию проводят водой с температурой 45- 50 o C в течение 20-25 мин, при этом отделение водной фазы осуществляют вакуумным фильтрованием, осаждение - 95%-ным этиловым спиртом в соотношении 1:3 с последующим фильтрованием и сушкой препарата. Технический результат выражается не только в достижении поставленной задачи, но и в увеличении степени извлечения гиалуроновой кислоты, повышения качества целевого продукта, повышения экологичности производства, разработке и внедрении комплексной технологии, позволяющей использовать остаток животной ткани от выделения кислоты в производстве кормовой муки. Гиалуроновая кислота - типичный мукополисахарид. Важным структурным признаком его является наличие чередующихся остатков аминосахаров и остатков уроновых кислот. В тканях и жидкостях ГУК существует в свободном состоянии или ассоциирована с белками, образуя вязкие растворы. Биополимер входит до 5% к массе в состав основного вещества многих видов соединительной ткани (петушиные гребни, стекловидное тело глаза, синовиальная жидкость, кожа). В тканях петушиного гребня ГУК распределена в мукоидных волокнах подкожного слоя, наиболее широкого у основания . Гиалуроновая кислота - белое, твердое аморфное вещество, растворимое в воде и нерастворимое в органических растворителях. Характерным ее свойством является высокая вязкость. Молекулярная масса составляет от 510 4 - 810 6 , что зависит от происхождения препарата, способа и метода определения . По своей конформации молекулы ГУК представляют собой беспорядочно свернутые клубочки. Применение кислотного гидролиза, метилирования, использование нескольких видов ферментативного гидролиза гиалуронидазами различного происхождения и ряда других методов позволило предложить для гиалуроновой кислоты формулу, в которой чередуются остатки глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Эти дисахаридные фрагменты связаны в молекулы гиалуроновой кислоты - 1,4-связями (фиг.1) . Биологическое значение гиалуроновой кислоты состоит прежде всего в том, что она является цементирующим, как бы склеивающим веществом соединительнотканных систем организма. Она является основой функционирования муколитической системы, определяющей, в частности, проницаемость тканей и сосудов. Вследствие высокого значения молекулярной массы кислота выполняет роль структурообразователя, "связывателя" воды в промежуточных полостях, гелеобразных матрицах, что определяет тургор тканей и повышает их сопротивление действию сжимающих нагрузок. Способствует стойкости организма к проникновению инфекции. Антифрикционные и демпферные свойства тканевых жидкостей, в частности синовиальной, определяются наличием в них биополимера. Биологические свойства кислоты определили широкое ее использование при изготовлении лекарственных, фармацевтических препаратов и косметических изделий. Например, обоснована целесообразность использования ГУК как заменителя стекловидного тела. Использование ее растворов в качестве операционной среды, предохраняющей внутренние ткани глаза от механических воздействий, резко повышает эффективность операций на глазе человека. На основе гиалуроновой кислоты создаются вязкоэластичные материалы. Кроме офтальмологии, кислота используется в ревматологии (для замещения синовиальной жидкости), при лечении артрозов, в артопластике и остеомии для защиты хрящевых поверхностей и периферийного нерва, в дерматологии - для защиты кожных ран при экземах и трофических расстройствах кожи; в производстве косметических препаратов (гели, кремы, лосьоны). При определении общего химического состава коллагенсодержащего сырья пользовались методами: массовой доли влаги -; жира - методом Сокслета ; белка - . Фракционный состав белков определяли последовательным экстрагированием водо-, соле- и щелочерастворимых белковых фракций соответственно дистиллированной водой, раствором хлористого калия с массовой долей 5% и раствором гидроксида натрия с массовой долей 10% с последующим количественным определением белка с биуретовым реактивом . Традиционно в качестве объектов для получения гиалуроновой кислоты используют в основном пупочные канатики, синовиальную жидкость, стекловидное тело глаза, т.к. это сырье является наиболее доступным для специалистов, работающих в области медицины и фармакологии. Петушиные гребни также рекомендуется использовать в качестве источника ГУК . Проведенный нами сравнительный анализ химического состава гребня по отношению к другим коллагенсодержащим продуктам убоя птицы (фиг.2) показал преобладание в нем массовой доли белка (19,8% к массе сырья) при массовом превалировании протеиноидной фракции (14,4% к массе сырья). Проведение специфической гисто-морфологической окраски ткани по методу Ван-Гизона позволило выявить плотно упакованную систему коллагеновых волокон и пучков, определяющих упроченную структуру гребня. Высокая доля коллагеновых волокон в структуре ткани с низкой массовой долей жиров подтверждает целесообразность получения интересующего биополимера. В то же время следует подчеркнуть, что головы птицы с гребнем находят очень ограниченное применение в пищевых целях, а отдельно гребень не используется как исходное сырье совсем. Его выход составляет 3,8% к массе тушки. Таким образом, птицеперерабатывающая промышленность имеет реальные и достаточные резервы в получении биополимера за счет увеличения доли полезного использования вторичных малоценных продуктов переработки. Необходимым условием при производстве гиалуроновой кислоты является, прежде всего, возможность выделения ее в нативном высокополимеризованном состоянии, в виде высокоочищенных препаратов, свободных от белка. Способ получения гиалуроновой кислоты осуществляется следующим образом. Свежие петушиные гребни подвергались предварительной обработке в виде промывки проточной водопроводной водой и обескровливания этиловым спиртом в соотношении 1: 2. Отмытые от крови во избежание окислительной деструкции ткани могут быть "законсервированы" на длительное (до 24 мес.) время при температуре 4-22 o C в 95 %-ном этаноле . Для дальнейшей обработки гребни измельчали на гомогенизаторе (дезинтеграторе, шаровой мельнице) . С целью отделения белка и высвобождения кислоты из ее комплексов с белками и другими мукополисахаридами, подготовленные гребни подвергали ультразвуковой обработке с частотой вибрации 16-20 кГц в течение 5-10 мин и затем водной экстракции при температуре 45-50 o C в течение 20-25 мин. Водный раствор ГУК отделяли от остатка ткани путем вакуумного фильтрования. Из отфильтрованных растворов ГУК осаждали 95%-ным этиловым спиртом в соотношении 1: 3 и фильтровали. Осадок упаривали над пятиокисью фосфора в вакууме . Далее, в зависимости от назначения ГУК хранят в высушенном виде при температуре не выше -18 o C или растворяют в физиологическом буферном растворе и упаковывают в удобную тару, например в шприцы. Полученный таким способом биопрепарат представляет собой сплетение тончайших нитей большой жесткости. Он легко растворим в воде, давая совершенно прозрачные неопалесцирующие растворы. Промывку проточной водой сырья осуществляли с целью удаления механических примесей с поверхности гребней. Обескровливание проводили этиловым спиртом в соотношении 1:2, что способствует улучшению цвета и степени очистки готового биополимера. Использование более 2 объемов приводит к неоправданным расходам спирта, что экономически нецелесообразно, а менее - не давало желаемого эффекта. Любая процедура выделения ГУК включает последовательное разрушение структур на каждом уровне локализации с целенаправленным использованием при этом определенных факторов. Разрушение структур тканевого уровня достигается измельчением, гомогенизацией для обеспечения, прежде всего, максимального контакта с экстрагентами. Усиливает этот контакт предварительная обработка измельченных тканей гребня птицы ультразвуком, которую проводили с целью не только максимального извлечения биополимера, но и очистки его от белка и других примесей. Отмечено, что рациональной продолжительностью обработки является 5-10 мин. При меньшей продолжительности обработки недостаточен эффект отделения от белка (незначительная степень извлечения). Продолжительность обработки свыше 10 мин приводит к глубокой деструкции коллагеновых волокон и высоким потерям коллагеновой фракции, приводящих также к невозможности полной очистки от белковых примесей, что отражается на снижении качества готового препарата. Изучение влияния частоты вибрации предварительной обработки ультразвуком на эффективность очистки биополимера показывает, что наилучший эффект достигается в интервале 16-20 кГц. Частота менее 16 кГц недостаточна для глубокого и полного разрушения тканей, и, следовательно, снижает выход готового продукта, а выше 20 кГц затрудняет очистку и снижает качество препарата. В процессе водной экстракции значительное влияние на выход гиалуроновой кислоты оказывает температура (фиг.3). Отмечено, что при достижении температуры 50 o C наблюдается максимальный выход биополимера, причем дальнейшее увеличение температуры не приводит к существенным изменениям и создает условия для развития денатурационных и коагуляционных процессов, снижающих чистоту и качество препарата. А температура ниже 50 o C снижает скорость экстракции, и, следовательно, удлиняет весь технологический цикл. Гиалуроновую кислоту извлекают ив водной среды путем осаждения ее 95%-ным этиловым спиртом. Результаты проведенных исследований (фиг.4) показывают, что максимальный выход препарата наблюдается при соотношении водного раствора и спирта 1:3. Дальнейшее добавление объема спирта нецелесообразно, а объемы менее указанных не дают полного осаждения, и, следовательно, выхода продукта. Использование в технологии производства гиалуроновой кислоты спирта подразумевает полную его регенерацию. Согласно оценке химического состава осадок нерастворившихся тканей (массовая доля белка - 14,6%; жира - 5,6%) целесообразно использовать в производстве кормовой муки. Способ получения гиалуроновой кислоты поясняется конкретными примерами. Пример 1. Свежие петушиные гребни подвергают предварительной промывке проточной водопроводной водой и обескровливанию этиловым спиртом в соотношении 1:2. К 100 г измельченных на гомогенизаторе гребней добавляют воду в соотношении 1:3 и помещают в емкость генератора УЗ-колебаний и обрабатывают 5 мин при частоте вибрации 16 кГц. Затем смесь подвергают водной экстракции при температуре 45 o C в течение 20 мин. Экстракт отделяют от гребней вакуумным фильтрованием. Из водной среды гиалуроновую кислоту выделяют путем осаждения 95%-ным этиловым спиртом в соотношении 1:3. Отфильтрованный осадок упаривают над пятиокисью фосфора в вакууме. Гиалуроновую кислоту хранят в высушенном виде при температуре -18 o C. Данные по примерам 1-4 представлены в табл.1. Как видно из данных табл.1, способ получения гиалуроновой кислоты по режимам, приведенным в примерах 2, 16-20, приводит к получению биопрепарата, уступающего прототипу по качественным показателям, поэтому не является целесообразным с технологической точки зрения. Увеличение расхода спирта на обескровливание сырья и на осаждение кислоты (пример 15, 24) не приводит к снижению качественных показателей по сравнению с прототипом, однако нецелесообразно с экономической точки зрения. Способ получения ГУК по примерам 11-14, 16-23 приводит к недостаточной очистке препарата и снижению выхода. Способ получения гиалуроновой кислоты по режимам в примерах 1, 3-10 позволяет получить биополимер высокой степени очистки и выхода. Преимущества предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом представлены в табл.2. Степень извлечения гиалуроновой кислоты по предлагаемому техническому решению выше (55%), чем в прототипе. Это обуславливает меньшие затраты в сырьевых источниках. Предлагаемый способ получения гиалуроновой кислоты значительно расширяет область применения технологии из-за нетоксичности производства. Позволяет максимально приблизить его к сырьевому источнику и комплексно перерабатывать сырье. Сокращается продолжительность экстракции. Экономическая эффективность возрастает в результате регенерации использованного спирта. Применение УЗ-обработки повышает выход препарата, что погашает затраты электроэнергии в предлагаемом способе. Полное исключение токсичных растворителей обеспечивает экологичность технологии и позволяет рационально использовать твердый остаток тканей после извлечения ГУК непосредственно на кормовые цели. Источники информации 1. Пат. 2017751 РФ, кл. C 08 B 37/08. Способ получения гиалуроновой кислоты / В.Ю.Ряшенцев, С.Ф.Никольский, Е.С.Вайнерман, В.И.Поляков, А.Н.Гуров, А.Н.Овчинников, Е.Ю.Игнатова /Россия/ - N 4939023/05: Заявлено 22.05.91; Опубл. 15.08.94, Бюл. N 15. 2. Lauert Т.C. // Chemistry and Molekular Biology of the Intercellutar Matrix / Ed. E.A.Balazs. - London, 1970. - P. 730. 3. Степаненко Б. H. Химия и биохимия углеводов /полисахариды/: Учебное пособие для вузов. - M.: Высшая школа, 1977. - 256 с. 4. ГОСТ 9793-74. Мясные продукты. Методы определения влаги. - Взамен ГОСТ 9793-61; Введ. 01.01.75. - M.: Изд-во стандартов, 1978. - 4 с. 5. Журавская Н.К., Алехина Л.Т., Отряшенкова Л.М. Исследование и контроль качества мяса и мясопродуктов. - М.: Агропромиздат, 1985. - 296 с. 6. ГОСТ 25011-81. Мясо и мясные продукты. Методы определения белка. - Введ. 01.01.83. - M.: Изд-во стандартов, 1982. - 10 с. 7. Практикум по биохимии животных / Е.С.Савронь, В.Н.Воронянский, Г.И. Киселев, Чечеткин, Н.Л.Докторович. - М.: Высшая школа, 1967. - 239 с. 8. Рябина B. P., Васюков C.E., Панов В.П., Стародубцев С.Г. Получение, свойства и применение гиалуроновой кислоты // Химико-фармацевтический журнал. - 1987. - N 2, с. 142-153. 9. Меркулов Г.А. Курс патогистологической техники. - Л.: Медицина, 1969. - 423 с. 10. Игнатова Е.Ю., Гуров А.Н. Принципы извлечения и очистки гиалуроновой кислоты (обзор) // Химико-фармацевтический журнал. - 1990. - N 3. - С. 42-46.

Формула изобретения

Способ получения гиалуроновой кислоты, включающий измельчение петушиных гребней, экстракцию, объединение экстрактов, отделение водной фазы, осаждение целевого продукта, отличающийся тем, что перед измельчением сырье предварительно обескровливают этиловым спиртом в соотношении 1: 2, затем измельченное сырье дополнительно подвергают обработке ультразвуком с частотой вибрации 16 - 20 кГц в течение 5 - 10 мин, а экстракцию проводят водой при температуре 45 - 50 o C в течение 20 - 25 мин, при этом отделение водной фазы осуществляют вакуумным фильтрованием, осаждение - 95%-ным этиловым спиртом в соотношении 1: 3 с последующим фильтрованием и сушкой.

Гиалуроновая кислота была открыта в 1934 году, первые же детальные ее исследования начали проводиться в 1949 – 1950 годах. Это вещество было выделено из различных тканей животных - суставной жидкости, пуповины и тканей петушиного гребня. Кроме того, в 1937 году гиалуроновую кислоту удалось получить из капсул стрептококков. Первые исследования физических и химических свойств гиалуроновой кислоты проводились методом рентгеновской кристаллографии.

Проблемы получения ГК

Основной проблемой при исследовании гиалуроновой кислоты, с которой столкнулись ученые, была сложность ее выделения в чистом виде, очищенной от белков и иных компонентов. Трудность возникала потому, что всегда имел место риск разрушения полимерной структуры гиалуроновой кислоты в процессе очистки. При этом ученые испробовали разнообразные методы физической, химической и ферментативной очистки.

Чуть позже начались исследования возможности биосинтеза гиалуроновой кислоты. В 1955 году такой способ впервые был найден. Группа ученых выделила молекулы гиалуроновой кислоты из экстракта стрептококков. Благодаря этому открытию стало возможным синтезировать гиалуроновую кислоту - используя ферментативную фракцию, взятую из стрептококков.

Гиалуроновая кислота - Применение

Главный прорыв в применении гиалуроновой кислоты произошел в 50-ые годы. Благодаря открытию этого вещества для использования в медицине, было начато его промышленное производство и популяризация в качестве лекарственного средства.

В 1970 году гиалуроновая кислота была утверждена, как доказано эффективное средство от артритов - после получения положительных результатов тестирования на животных. В результате проведенного опыта был отмечен выраженный клинический эффект с уменьшением симптомов.

Несколькими годами позже гиалуроновую кислоту начали использовать в составе имплантируемых внутриглазных линз, что быстро сделало ее одним из наиболее часто использующихся компонентов в хирургической офтальмологии. С этого момента стали предлагаться и испытываться различные способы и области применения гиалуроновой кислоты.

ГК на сегодняшний день

В 90-е годы гиалуроновая кислота нашла широкое применение в эстетической медицине и косметологии, благодаря своим уникальным влагоудерживающим, а также антисептическим и антиоксидантным свойствам. По настоящее время она используется в различных косметологических целях, а исследования ее свойств и возможных областей применения продолжаются.

Гиалуроновая кислота – это поистине волшебное вещество, примечательное, в первую очередь, тем, что она вырабатывается непосредственно человеческим организмом. Во многих источниках, например, в Википедии, в различных лабораториях и медицинских центрах и просто в отзывах женщин разного возраста встречаются несхожие друг с другом описания гиалуронки и ее свойств.

Итак, прежде чем разобраться, что такое гиалуроновая кислота, следует заострить внимание на том, из чего состоит человеческий наружный покров. Кожа в медицинском понимании – это защитник от солнечных и ультрафиолетовых лучей, от механических внешних воздействий. Однако не все так просто. Оптимальное ее состояние помогают поддерживать три составляющие внутри кожного покрова:

эластин;
коллаген;
гиалуроновая кислота.

Эластин и коллаген оказывают прямое влияние на подтянутость и упругость кожи и ее глубокого слоя – дермы. Для организма человека значение этих веществ очень велико, но оно было незаметным, если бы не гиалуроновая кислота, которая представляет своего рода водный резервуар, находящийся внутри кожного покрова. Организм человека способен сам синтезировать гиалуронку в нужных количествах из необходимых веществ.

Гиалуроновая кислота намагничивает на себя воду, ее молекулы притягивают влагу и делают кожу чистой, влажной изнутри. Жидкость защищает наружный покров от сухости, от раздражений , сыпей, от пигментных пятен и солнца. В дерме жидкость удерживается в больших количествах благодаря гиалуронке.

Итак, а теперь вернемся к вопросу о том, что это такое – гиалуроновая кислота в организме человека. Это чрезвычайно сложный мукополисахарид . Его структура настолько непроста, что расщепить и выделить отдельные элементы очень трудно. Тем не менее ученые уже нашли способ создавать гиалуроновую кислоту искусственно, как бы копируя человеческую. Состав ее разнообразен – туда входят молекулы и частицы различных веществ и химических соединений. Как следствием этих составляющих выступают великолепные свойства гиалуронки в коже лица.

Однако стоит заметить, что, с медицинской точки зрения, это вещество, которое содержится не только в коже лица. Имеется она и в суставах, в слюне человека, в роговице глаза. Функции там выполняются все те же – максимальное увлажнение соединительных тканей, защита от внешних воздействий, от пересушивания и дефицита воды.

Гиалуроновую кислоту обнаружили в кожном покрове довольно давно – в 1930-х годах . С этого времени ученые постоянно занимались исследованием ее свойств и функций в лабораториях, а также возможностью воссоздать данное вещество искусственным путем . Сейчас во всех рекламах кремов и гелей гиалуроновую кислоту маркетологи преподносят как эликсир молодости, однако, чтобы добиться видимых результатов и улучшения качества кожного покрова, необходимо непременно посещать косметолога, в домашних условиях применение гиалуроновой кислоты может и не вызвать желаемого эффекта.

О чудесных свойствах гиалуронки знает сегодня, наверное, каждая женщина. Помогает гиалуроновая кислота от морщин, от нежелательных трещинок и складок, предотвращает преждевременное старение. Но нужно сказать, что очень действенно для состояния кожи будет уделять больше времени себе – сбалансированно питаться, заниматься спортом, например, плаванием и т. д.

Гиалуронка используется повсеместно в медицинских и косметологических центрах как средство не только омоложения, но и очищения кожи, избавления от ссадин, гематом, прыщей. Дело в том, что данное вещество входит в состав различных сывороток, кремов и гелей. Наряду с этим средством, широко используется и искусственный коллаген, который призван разгладить и подтянуть кожу.

Гиалуронка животного естественного происхождения может проявить у любой женщины массу аллергических реакций, что только ухудшит состояние кожи лица. Куда лучше для косметологического использования подходит гиалуроновая кислота, созданная искусственно, лабораторным методом.

Любой крем, состоящий, например, из коллагена, требуется просто нанести тонким слоем на кожу лица для получения результата. Использование гиалуроновой кислоты основывается на том, что она должна непосредственным образом взаимодействовать с молекулами воды. Гиалуроновая кислота также наносится на кожу одинаковым слоем, но перед нанесением лицо нужно обязательно увлажнить, чтобы гиалуронке было откуда брать влагу и действовать.

Применение гиалуроновой кислоты без предварительного увлажнения может вызвать обратный эффект – повреждение кожи, ее чрезмерную сухость.

Очень действенным способом, который помогает избавиться от морщин и складок, является введение гиалуроновой кислоты инъекционно внутрь под кожу. Так как вещество состоит из сложных структур, его использование на деле не так-то просто. Гиалуроновая кислота в виде уколов предполагает, конечно же, наблюдение врача-косметолога, его полезные советы.

Процедура введения под кожу инъекций проходит довольно болезненно, особенно в первый раз, несмотря на то, что укол делается обычной тонкой иглой. Более того, можно не ждать, что положительный эффект появится сразу же: в течение семи дней гиалуроновая кислота будет оказывать влияние на кожный покров изнутри, а настоящего видимого преображения можно достичь, делая регулярные процедуры у косметолога. Так что в этом случае красота требует не только жертв, но и времени.

Применение

Вопреки распространенному мнению, гиалуронка используется в косметологии не только как омолаживающий эликсир для женщин в возрасте после 40 лет. Вещество отлично проявляет себя и при взаимодействии с молодой кожей – оно удаляет прыщи, точки, пятна, рассасывает синяки, прекращает зуд и шелушения. А также используется гиалуроновая кислота для пластики губ, то есть в эстетической медицине. Такие разнообразные сферы применения гиалуроновой кислоты связаны с происхождением – человеческий организм сам ее синтезирует, именно поэтому она так эффективно воздействует на кожу, ведь оно не является чужеродным веществом для организма.

Итак, гиалуроновая кислота широко применяется в следующих областях:

биоревитализация;
гиалуронопластика;
увеличение губ;
мезатерапия;

Практически все сферы использования гиалуроновой кислоты предполагают уколы внутрь кожного покрова, поэтому выдержать процедуру – задача совсем не из легких. Однако, к примеру, такой способ, проходит без инъекций. Дело в том, что при ней крем или гель, содержащий гиалуроновую кислоту, наносится равномерно на лицо, а затем на нее воздействует ультразвук, который неминуемо вгоняет вещество в поры кожи, таким образом, уколы в этом случае не нужны.

Все эти указанные области относятся к индустрии косметологии, омоложения и красоты. Однако гиалуроновая кислота используется и в медицине, не относящейся к созданию нового молодого образа, из-за чего спектр ее действия еще больше расширяется.

А также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся ею, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Итак, так как кислота гиалуроновая в естественной среде находится в суставах человека, роговице глаза, в соединительных тканях под кожным покровом, то она эффективно может быть использована в травматологии, офтальмологии, в лечении суставов и всего опорно-двигательного аппарата.

Также существует и пищевая добавка Гиалурон. Люди, воспользовавшиеся Гиалуроном, отмечают, что кожа начала преображаться, разглаживаться. Дело в том, что Гиалурон как раз помогает восполнить запасы гиалуроновой кислоты под кожей, которые с возрастом начинают неминуемо уменьшаться.

Виды вещества

Существует три фракции, или типа согласно молекулярному строю. Они по-разному воздействуют на организм и кожу человека, поэтому очень важно подобрать для каждого из нарушений подходящую гиалуроновую кислоту.

Итак, три фракции вещества выглядят следующим образом:

низкомолекулярная;
среднемолекулярная;
высокомолекулярная.

Первая призвана использоваться в случаях различных ожогов, сильных сыпей, псориаза, она действует на кожу рассасывающим образом.

Среднемолекулярная предотвращает миграции клеток, благодаря чему используется в основном в офтальмологии.

Наконец, третья фракция гиалуронки способна удерживать и притягивать огромное количество молекул воды. Следовательно, ее возможности очень велики и эффективны в плане воздействия на внешний покров человека. Именно эта фракция разглаживает кожу, уничтожает постепенно морщины и трещины, которые появляются при старении и замедлении процессов, происходящих в дерме. При ее использовании кожа заметно улучшает свой вид, становится чистой, приобретает здоровый блеск, делается постоянно увлажненной изнутри. Постоянное присутствие влаги дает свои плоды – появляется гладкость, проходит шелушение, кожные покровы никогда не бывают сухими при регулярных косметологических процедурах.

Эффект от применения

Гиалуроновая кислота – это настоящий источник молодости кожи. Тем не менее не следует ожидать, что при первом же нанесении геля или крема лицо преобразится до неузнаваемости. В этом деле нужно терпение и выдержка, частые сеансы у косметолога, покупка различных препаратов, содержащих гиалуронку.

А также стоит заметить, что все процессы, происходящие под кожей, для каждого человека уникальны, поэтому действие гиалуроновой кислоты носит индивидуальный характер. В данном случае основываться на отзывах других женщин можно только для ознакомления, необязательно переносить все на себя. Каждый человек воспринимает и чувствует препарат по-разному, строго индивидуально.

Тем не менее эстетическая медицина выделяет несколько положительных эффектов, которые в любом случае проявят себя при регулярных применениях гиалуроновой кислоты:

постоянная увлажненность, отсутствие сухости;
ровный кожный рельеф, уничтожение бороздок, трещин;
будет возвращен естественный цвет, поскольку одним из следствий использования гиалуроновой кислоты является уничтожение пигментных пятен;
лицо будет, без сомнения, подтягиваться, соответственно, морщины уберутся, возвратится былая упругость;
происходит очищение дермы изнутри, следовательно, минимален риск высыпаний, прыщей.

Как уже было сказано, гиалуроновая кислота содержится во многих сыворотках, кремах российских и иностранных производителей. Перед применением любого препарата обязательно рекомендуется прочесть внимательно инструкцию. Многие кремы, содержащие гиалуроновую кислоту, подразделяются на дневные и ночные. Это неспроста, поэтому для достижения эффекта желательно следовать рекомендациям производителей.

Регулярность нанесения крема или сыворотки на кожу зависит от всевозможных факторов, в том числе от возраста женщины или от степени проблем с кожей. Переусердствовать в этом плане тоже нельзя, поскольку это может отрицательно сказаться на состоянии наружного покрова. Лучше всего записываться на прием к косметологам и получать советы из их уст, поскольку использование препаратов во многих случаях носит индивидуальный характер.

Видео

Поделитесь записью

Первое упоминание о необычном полисахариде с высокой молекулярной массой, который выделили из стекловидного тела бычьего глаза, было сделанo в 1934 году немецкими биохимиками Karl Meyer и John Palmer. Именнo они предложили назвать новое вещество гиалуроновой кислотой. Но еще в 1918 году Levene и Lopez - Suarez выделили из стекловидного тела и пуповинной крови полисахарид, состоявший из глюкозамина, глюкуроновой кислоты и небольшого количества сульфат-иoнов. Тогда его название было мукоитин - серной кислоты, но в настоящее время установилось, что это была гиалуроновая кислота, выделенная с примесью сульфатированных гликозаминогликанов .

В течение следующих 10 лет K. Meyer и ряд других ученых выделили гиалуроновую кислоту из органов животных. В 1937 г F. Kendall выделил гиалуроновую кислоту из капсул стрептококков .

Первый опыт применения ГК в медицине относится к 1943 г., когда советский врач Николай Федорович Гамалея использовал ее в комплексных повязках для обмороженных красноармейцев в военном госпитале. Экстракт из пуповины, названный им «фактором регенерации», был утвержден Минздравом СССР в качестве препарата «Регенератор». Так же венгерский ученый Андре Балаш с 1947 исследовал вязкость ГК в зависимости от pH и ионной силы раствора, ее расщепление под действием ультрафиолета, а также изучал, как гиалуроновая кислота действует на живые клетки .

В настоящее время гиалуронан как объект исследования можно встретить в биохимии, молекулярной биофизике, биоорганической и радиационной химии. Медицинские аспекты включают изучение роли гиалуроновой кислоты в оплодотворении, эмбриогенезе, выработки иммунного ответа, в заживлении ран, онкологических и инфекционных заболеваниях, процессах старения и в решении проблем эстетической медицины. Широкий спектр практического применения гиалурoновой кислоты способствует регенерации эпителия, предотвращает образование грануляционных тканей, спаек, рубцов, снижает отечность, уменьшает кожный зуд, нормализует кровообращение, способствует рубцеванию трофических язв, предохраняет внутренние ткани глаза. Достаточно хорошо гиалурoновая кислота используется в прикладной биохимии и энзимологии в качестве субстрата для количественного определения ферментов гиалуронидазнoго действия .

Что же представляет собой гиалуроновая кислота на самом деле? Это длинная неразветвленная молекула, в которой чередуются остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Не вдаваясь в подробности, отметим, что оба эти вещества - это модифицированные молекулы глюкозы. Молекула гиалурoновой кислоты может содержать более 30 000 остатков каждого из этих веществ. Кроме того, в организме эта цепочка всегда связана с некоторым количеством белка. Интересно, что подобная структура универсальна и встречается у самых разных представителей животного мира и даже у некоторых бактерий. Гиалуроновая кислота относится к классу гликозаминогликанов .

Рисунок 1. Структура гиалуроновой кислоты

Ранее использовались методы получения гиалурoновой кислоты из стекловидного тела глаза коровы и гребешка петуха. Недостатками данных методов производства являлись их дороговизна и наличие примесей белка в конечном продукте, что приводило к большому количеству аллергических реакций на препарат.

Современное производство ГК основано на процессе ферментации с использованием бактерий (Streptococcus equi и Streptococcus zooepidemicus). ГК, полученная таким путем, имеет более высокую степень очистки, чем и объясняется лучшая переносимость ГК пациентами. Биотехнология получения гиалуронана из бактериальных штаммов продуцентов включает культивирование их в подбираемых условиях, при которых на стадии логарифмического роста на поверхности бактериальных клеток формируется капсула из полисахарида, а на стационарной стадии роста ГК может секретироваться в культурaльную жидкость, капсула истончается или полностью исчезает .

ГК чувствительна к кислотно-щелочному гидролизу. Даже слабое подкисление раствора ГК уксусной кислотой приводит к необратимому снижению вязкости в 2,5 раза. Минеральными кислотами ГК полностью гидрoлизуется до глюкурoновой кислоты, глюкoзамина, уксусной кислоты и двуокиси углерода. Разбавленная серная кислота за короткое время гидрoлизует кислоту с образованием кристаллов дисахаридов.

Окислительно-восстановительная деполимеризация гиалурoнана. Деструкция полисахаридной макромолекулы под действием окслительно-восстановительных сред протекает по свободнoрадикальному механизму. Свободные радикалы образуются с участием аскорбиновой кислоты, гиалуронана и кислорода. Доказано, что гиалурoновая кислота депoлимеризуется под действием ионов железа в присутствии аскорбиновой кислоты. Следовательно ГК, выделенная в атмосфере азота или аргона, имеет более высокую степень полимернoсти по сравнению с выделенной на воздухе .

Для медицинского применения необходима стерилизация растворов гиалуронана. Ее осуществляют автоклавированием при температуре 120-130ºС или ионизирующим гамма-излучением. В обоих случаях происходит значительная деполимеризация биополимера и потеря его исходной терапевтической активности. Известны способы защиты растворов гиалуронана от деполимеризации, основанные на добавлении к растворам различных аминокислот, борной кислоты и глицерина, сульфата гидрохинолина, мочевой кислоты, фенольных соединений (пирогаллол) .

Характерные свойства гиалуроновой кислоты – ее выраженная биологическая активность, прекрасная биосовместимость, отсутствие антигенности, раздражающего и других побочных эффектов – обратили на себя внимание ученых. Благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам ГК нашла применение в различных областях медицины, косметологии и ветеринарии. Тот факт, что ГК входит в состав многих тканей (кожа, хрящи, стекловидное тело) и является органоспецифичной и видонеспецифичной, обуславливает ее применение в лечении заболеваний, связанных с этими тканями .

Биологические функции гиалуроновой кислоты можно разделить на «пассивные» и «активные». Как инертный материал, ГК участвует в гомеостазе тканей, в стерическом регулировании (осмосе) проникновения каких-либо субстанций, выполняет роль «смазки», улучшающей подвижность суставов и т.д. «Активные» функции ГК заключаются в специфическом связывании с белками в межклеточном матриксе и на поверхности клетки. Такое взаимодействие играет важную роль в образовании хрящевой ткани, в процессах клеточной пролиферации, в морфогенезе и эмбриональном развитии животных, а также в механизмах воспаления и возникновения рака .

Гиалуроновая кислота используется в онкологии как лечебное средство. Механизмы действия ГК на опухолевые клетки разнообразно. На молекулярном уровне механизм заключается в том, что высокомолекулярная ГК, связываясь с рецепторами на клеточной мембране опухолевых клеток, замедляет их миграцию и образование метастазов. Второй механизм действия состоит в том, что введение высокомолекулярной ГК способствует формированию соединительнотканной капсулы вокруг опухоли. Третий механизм связан со свойством высокомолекулярной фракции тормозить васкуляризацию опухоли (прорастание кровеносных сосудов в опухоль) и тем самым приводить к замедлению роста и метастазированию опухолей, а низкомолекулярной, наоборот, индуцировать .

Гиалуроновая кислота довольно хорошо проявила себя в заживлении ожоговых ран, язв, рубцов и послеоперационных вмешательств. Ученые выяснили, что она не имеет раздражающего действия, а даже наоборот вызывает противовоспалительный эффект, способствует быстрой регенерации ткани. Биоэксплантат (пленка) на основе окисленной ГК в эксперименте показал ускоренное заживление швов кишечных анастомозов повышенного риска.

ГК используют при приготовлении фармацевтических композиций в качестве загустителей, смазывающих веществ, агентов для пленочных покрытий, устойчивых к желудочному соку, в частности при получении капсул, гелей, коллоидов и различных устройств (например, контактных линз, предметов из марли и т.д.). Вероятно, в основе механизма накопления в соединительно-тканных структурах ряда лекарственных веществ и антибиотиков лежит связывание их с протеогликанами тканей. То же можно утверждать и о механизмах отложения в тканях, особенно в матриксе соединительной ткани, различных патологических продуктов. В норме в первые сутки заживления ран в них отмечается повышение концентрации ГК, которая связываясь с фибриновой сетью, образует переходный матрикс, стимулирующий активацию и миграцию гранулоцитов, макрофагов и фибробластов, пролиферацию эпителиальных клеток. Кроме того, ГК посредством усиления фагоцитоза способствует более полному очищению раны от некротических элементов. Вследствие усиления активности макрофагов увеличивается образование трофического фактора, который привлекает фибробласты и эндотелиальные клетки в пораженную область .

Содержание гиалуронана в коже человека не постоянная величина. Существуют незначительные сезонные колебания ГК в дерме: летом уровень гиалуронана несколько ниже, чем в зимний период. Это связывают с повышенной скоростью деградации ГК под действием УФ-излучения. Наиболее значимо возрастное уменьшение концентрации ГК. Начиная с 60-летнего возраста происходит кратное снижение концентрации ГК в дерме. Поэтому инъекционное внутриклеточное введение нативной ГК представляется вполне естественным способом воспаления ее дефицита. Данный инъекционный метод в эстетической медицине получил название биоревитализации .

В научной литературе можно встретить обширную информацию о химической структуре, макромолекулярной характеристики, биологических свойствах и медицинском применения гиалуроновой кислоты.

ГК входит в состав основного межклеточного вещества соединительной, эпителиальной и нервной тканей, в большом количестве присутствует в стекловидном теле глаза, синовиальной жидкости суставов, коже, стенках артерий и вен, сердечных клапанах, в глoмерулярной базальной мембране почек.

С момента открытия гиалурoновой кислоты произошла значительная эволюция взглядов. Если вначале считали, что данный полисахарид служит пассивным структурным компонентом межклеточного матрикса, то к настоящему времени он включен во многие биологические процессы: от размножения, миграции, дифференцировки клеток в процессе эмбриогенеза до регуляции процессов воспаления и заживления ран, метастазирования раковых клеток. В организме ГК выполняет множественные физиологические функции: служит основой функционирования системы организма, определяет проницаемость тканей и сосудов кровеносной системы, стойкость к проникновению инфекций . Но с возрастом все функции замедляются.

Такое широкое разнообразие биологических свойств гиaлуроновой кислоты обусловлено функцией молекулярной массы, которая играет значительную роль в поведении клеток, полиморфизмом структурных форм и физико-химическими свойствами молекул разной молекулярной массы, зависящими от ионного окружения и концентрации биополимера в тканях и органах .

Подводя итог, можно сказать, что гиалуроновая кислота нашла свое применение во многих отраслях медицины. Ее применяют в косметологических инъекциях (биоревитализация), входит в состав различных косметических средств. Следует отметить, что ГК может иметь и негативные последствия в частых инъекциях под кожу. Чтобы поддержать свою кожу в тонусе нужно вести здоровый образ жизни, правильно питаться и не злоупотреблять вредными привычками. Так же офтальмологи применяют ее в качестве лечения катаракты, синдрома «сухого глаза». В иммунологии применяют для комплексного лечения иммунодефицитных состояний при вирусных инфекциях. Так же можно использовать для лечения язвенных болезней желудка, двенадцатиперстной кишки, с помощью активации трипсина.

Список литературы

Егоров Е.А. Гиалуроновая кислота: применение в офтальмнологии и терапии синдрома «сухого глаза» // РМЖ. Клиническая офтальмология. – 2013. – Том 13, №2. С. – 72.
Сигаева Н.Н., Колесов С.В., Назаров П.В., Вильданова Р.Р. Химическая модификация гиалуроновой кислоты и ее применение в медицине // Вестник Башкирского университета. – 2012. – Т.17. №3. С. – 1221 – 1222.
Стрельникова Л.Н., Клещенко Е.В., Астрин А.В. Химия и жизнь // Ежемесячный научно – популяционный журнал. – 1.12.2010. №12. С. – 22 – 23.
Хабаров В.Н., Бойков П.Я., Селянин М.А. Гиалуроновая кислота: получение, свойства, применение в биологии и медицине. – М.: Практическая медицина, 2012. – 224с.:ил. С. – 9 – 11, 19 – 30, 218.