Hyaluronsäure ist ein Produkt tierischen Ursprungs, das in der Medizin und Kosmetik weit verbreitet ist. Die Eigenschaften dieser Substanz sind noch nicht vollständig verstanden, und ihre Wirkung auf den menschlichen Körper ist vielversprechend für die Entwicklung von Arzneimitteln der neuen Generation. Diese Verbindung ist aktiv an den Prozessen der Embryogenese, Zellteilung, ihrer Differenzierung und Bewegung während der Immunantwort beteiligt.
Discovery-Verlauf und Terminologie
Hyaluronsäure laut Formel bezieht sich auf Glykosaminoglykane, deren Moleküle aus sich wiederholenden Einheiten bestehen, die keine Sulfatgruppen enth alten. Erstmals wurde diese hochmolekulare Verbindung aus dem Glaskörper von Rindern isoliert. Wissenschaftler gingen zunächst davon aus, dass die Substanz nur für Säugetiere charakteristisch ist. Dies wurde jedoch 1937 widerlegt - es wurde aus einem flüssigen Medium gewonnen, in dem hämolytische Streptokokken kultiviert wurden. 1954 wurde es erstmals in der britischen allgemeinen wissenschaftlichen Zeitschrift Nature veröffentlichtStrukturformel der Hyaluronsäure.
Der gebräuchliche Name des Stoffes ist mit der Geschichte seiner Entdeckung verbunden (dt. „hyaloid“– glasig, „uronsäure“– Uronsäure). In der internationalen chemischen Terminologie gibt es auch den Namen „Hyaluronan“, der die Säure und ihre Salze kombiniert. Die chemische Formel von Hyaluronsäure lautet: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Derzeit ist das Anwendungsspektrum sehr breit: Medizin, Kosmetik, Pharmazie. Hyaluronsäure wird als Haupt- und Hilfsstoff verwendet. Die in den letzten Jahren entdeckten Eigenschaften der Verbindung sind sehr zukunftsträchtig, sodass die Nachfrage nach diesem Biopolymer stetig wächst.
Gebäude
Hyaluronsäure-Formel ist ein typisches anionisches Polysaccharid. Moleküle sind in langen linearen Ketten verbunden. Verwandte Substanzen - Glucose-Aminoglykane - haben eine große Anzahl von Sulfatgruppen. Dies erklärt die Bildung verschiedener Isomere – Verbindungen, die sich in der räumlichen Anordnung der Atome unterscheiden. Auch ihre chemischen Eigenschaften unterscheiden sich. Hyaluronsäure ist im Gegensatz zu Glykosaminoglykanen immer chemisch identisch. Seine Eigenschaften hängen nicht von den Gewinnungsmethoden und der Art der Ausgangsmaterialien ab.
Die Zusammensetzung der Hyaluronsäure umfasst D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-Glycosamin, die durch eine beta-glykosidische Bindung miteinander verbunden sind und ihre Disaccharideinheiten bilden (Glucopyranose-Ringe mit einem Molekulargewicht von etwa 450 Da). Ihre Anzahl in den Molekülen dieser Verbindung kann 25.000 erreichen. Dadurch hat die Säure ein hohes Molekulargewicht (5.000-20.000.000 Da).
Die Strukturformel des Disaccharidfragments der Hyaluronsäure ist in der folgenden Abbildung dargestellt.
Die Zusammensetzung der Säure enthält hydrophobe und hydrophile Bereiche, wodurch diese hochmolekulare Verbindung im Weltraum wie ein verdrehtes Band aussieht. Die Kombination mehrerer Ketten bildet eine Kugel mit lockerer Struktur. Die Fähigkeit, bis zu 1000 Wassermoleküle zu binden und zu h alten, ist ein weiteres Merkmal der Hyaluronsäure-Formel. Die Biochemie dieser Substanz beruht hauptsächlich auf ihrer hohen Hygroskopizität, die die Sättigung des Gewebes mit Wasser und die Aufrechterh altung des Innenvolumens gewährleistet.
Chemische Eigenschaften
Hyaluronsäure hat die folgenden charakteristischen chemischen Eigenschaften:
- Bildung einer Vielzahl von Wasserstoffbrückenbindungen;
- Erzeugung einer Säurereaktion des Mediums in wässrigen Lösungen aufgrund des Vorhandenseins einer deprotonierten Carboxylgruppe;
- Bildung löslicher Salze mit Alkalimetallen;
- Bildung einer starken Gelstruktur (Pseudogel) in einer wässrigen Lösung, die eine erhebliche Menge an Feuchtigkeit enthält (Proteinkomplexe fallen häufig aus);
- Bildung unlöslicher Komplexe mit Schwermetallen und Farbstoffen.
Wässrige Lösungen einer Substanz ähneln äußerlich in ihrer Konsistenz Eiweiß. Die Strukturformel der Hyaluronsäure ermöglicht Ihnen die Einnahmees hat mehrere Formen, abhängig von der ionischen Umgebung des Mediums:
- linke einzelne Helix;
- multifile Flächengebilde;
- Doppelhelix;
- supercoiled Strukturen mit einem dichten molekularen Netzwerk.
Die letzte Form ist tertiär und kann eine große Menge Wasser, Elektrolyte und hochmolekulare Proteine aufnehmen.
Unterschiede bei Hyaluronsäure verschiedener Herkunft
Wie oben erwähnt, ist die Struktur dieser Substanz sehr ähnlich, unabhängig von der Quelle ihrer Herstellung. Der Unterschied zwischen Säuren bakteriellen und tierischen Ursprungs ist der Grad ihrer Polymerisation. Die Hyaluronsäureformel tierischen Ursprungs ist länger als die bakterielle Form (4.000-6.000 bzw. 10.000-15.000 Monomere).
Die Löslichkeit in Wasser für diese Substanzen ist gleich und hängt hauptsächlich von der Anwesenheit von Hydroxyl- und Salzgruppen in Disaccharidresten ab. Da die chemische Struktur der Säure bei allen lebenden Individuen von Natur aus ähnlich ist, minimiert dies das Risiko von unerwünschten immunologischen Reaktionen und Abstoßungsreaktionen bei Verabreichung an Menschen und Tiere.
Rolle in der Natur
Der Hauptort von Hyaluronsäure ist die Zusammensetzung der interzellulären (oder extrazellulären) Matrix von Säugetiergeweben. Wie wissenschaftliche Studien zeigen, ist es auch in den Kapseln einiger Bakterien - Streptokokken, Staphylokokken und anderer parasitärer Mikroorganismen - vorhanden. Die Synthese der Verbindung erfolgt auch im Körper von wirbellosen Tieren (Protozoen,Arthropoden, Stachelhäuter, Würmer).
Wissenschaftler vermuten, dass sich die Fähigkeit zur Produktion von Hyaluronsäure in Bakterien entwickelt hat, um ihre virulenten Eigenschaften im Wirtsorganismus zu erhöhen. Aufgrund seiner Anwesenheit können Mikroorganismen leicht in die Haut eindringen und sie besiedeln. Solche parasitären Bakterien sind in der Lage, die Immunantwort des Wirts zu neutralisieren und die Entwicklung eines aktiveren Entzündungsprozesses hervorzurufen als andere Mikrobenstämme.
Hyaluronsäure wird von Proteinen produziert, die in die Zellwand oder Membranen intrazellulärer Organellen eingebettet sind. Die höchste Konzentration eines Stoffes im menschlichen Körper findet sich in der Flüssigkeit, die die Gelenkhöhlen füllt, in der Nabelschnur, im Glaskörper des Auges und in der Haut.
Stoffwechsel
Die Synthese von Hyaluronsäure erfolgt in Form von enzymatischen Reaktionen in 3 Stufen:
- Glucose-6-phosphat – Glucose-1-phosphat (phosphorylierte Glucose) – UDP-Glucose – Glucuronsäure.
- Aminozucker – Glucosamin-6-Phosphat – N-Acetylglucosamin-1-Phosphat – UDP-N-Acetylglucosamin-1-Phosphat.
- Glykosid-Transferase-Reaktion, an der das Enzym Hyaluronat-Synthetase beteiligt ist.
Etwa 5 g dieser Substanz werden pro Tag im menschlichen Körper produziert und abgebaut. Die Gesamtsäuremenge beträgt etwa sieben Tausendstel Gewichtsprozent. Bei Wirbeltieren erfolgt die Säuresynthese unter dem Einfluss von 3 Arten von Enzymproteinen (Hyaluronat-Synthetasen). Sie sind Metalloproteine, die aus Metallkationen und Glucosidphosphaten bestehen. Hyaluronat-Synthetasen sind die einzigen Enzymedie Säureproduktion katalysieren.
Der Prozess der Zerstörung von C₂₈H₄₄N₂O₂₃-Molekülen findet unter der Wirkung von Hyaluronan-lytischen Enzymen statt. Im menschlichen Körper gibt es mindestens sieben davon, und einige von ihnen unterdrücken die Prozesse der Tumorbildung. Die Abbauprodukte der Hyaluronsäure sind Oligo- und Polysaccharide, die die Bildung neuer Blutgefäße anregen.
Funktionen im menschlichen Körper
Kollagen und Hyaluronsäure in der Zusammensetzung der menschlichen Haut sind die wertvollsten Substanzen, von denen die Elastizität und Glätte der Dermis abhängt. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ erfüllt folgende Funktionen:
- Bewahrung von Wasser, das die Elastizität der Haut und ihren Turgor gewährleistet;
- Herstellen des erforderlichen Viskositätsgrades der interstitiellen Flüssigkeit;
- Beteiligung an der Reproduktion der Haupt- und immunkompetenten Zellen der Epidermis;
- unterstützt das Wachstum und die Reparatur geschädigter Haut;
- Stärkung der Kollagenfasern;
- Stärkung der lokalen Immunität;
- Schutz vor freien Radikalen, chemischen und biologischen Wirkstoffen.
Die höchste Konzentration dieser Substanz wird in der Haut des Embryos beobachtet. Mit zunehmendem Alter bindet sich der Großteil der Säure an Proteine, wodurch der Feuchtigkeitsgeh alt der Haut abnimmt. Die Fähigkeit zur Selbstregulierung des Stoffwechsels ist bei Menschen über 50 besonders stark reduziert.
Folgende Eigenschaften von Hyaluronsäure in Synovialflüssigkeit wurden ebenfalls bestimmt:
- Bildunghomogene Struktur zur Aufnahme einer bestimmten Knorpelkomponente - Chondroitinsulfat;
- Stärkung des Kollagengerüstes des Knorpels;
- schmiert die beweglichen Teile der Gelenke und reduziert deren Verschleiß.
Die biologische Rolle von Säuremolekülen hängt von ihrem Molekulargewicht ab. So wirken Verbindungen mit bis zu 1500 Monomeren entzündungshemmend und nehmen aktiv am Aufbau des Kollagennetzwerks teil. Polymere mit einer Kette von bis zu 2000 Monomeren spielen eine Rolle bei der Aufrechterh altung des Hydrohaush alts, und hochmolekulare Verbindungen haben die ausgeprägtesten antioxidativen Eigenschaften.
Hyaluronsäure ist auch an der Bildung und Entwicklung des Embryos beteiligt, an der Kontrolle der Zellmobilität - Zellmigration von einem Ort zum anderen, an einigen Wechselwirkungen mit Oberflächenzellrezeptoren.
Empfangen
Es gibt 2 Hauptgruppen von Möglichkeiten, eine Substanz zu erh alten:
- Physiko-chemisch (Extraktion aus Geweben von Säugetieren, Wirbeltieren und Vögeln). Da tierische Rohstoffe häufig Säure in Kombination mit Proteinen und anderen Polysacchariden enth alten, ist eine gründliche Reinigung des resultierenden Produkts erforderlich, was sich auf die Kosten des endgültigen Arzneimittels auswirkt. Um Säure im industriellen Maßstab zu gewinnen, werden die Nabelschnur von Neugeborenen und die Kämme von Haushühnern verwendet. Es gibt andere Extraktionsmethoden - aus den Augen von Rindern die Flüssigkeit, die die Hohlräume der Gelenke und Gelenktaschen füllt; Blutplasma,Knorpel, Schweinsleder.
- Mikrobielle Methoden basierend auf kultivierten Bakterien. Die Hauptproduzenten sind die Bakterien Pasteurellamultocida und Streptococcus. Diese Verfahren wurden erstmals 1953 erprobt. Sie sind wirtschaftlicher und zudem unabhängig von saisonalen Rohstofflieferungen.
Im ersten Fall werden biologische Materialien durch Zerkleinerungs- und Homogenisierungsverfahren zerstört, und dann wird Säure in einer Mischung mit Peptiden durch Kontakt mit organischen Lösungsmitteln extrahiert. Die resultierende Masse wird mit Enzymen behandelt oder Proteine werden durch Denaturierung mit Chloroform oder einer Mischung aus Ethanol und Amylalkohol entfernt. Danach wird die Substanz auf Aktivkohle konzentriert. Die Endreinigung erfolgt durch Ionenaustauschchromatographie oder Fällung mit Cetylpyridiniumchlorid.
Medizinische Verwendung
Hyaluronsäure wird bei folgenden Erkrankungen eingesetzt:
- Augenheilkunde – Katarakt; Verwendung als OP-Umgebung während Operationen;
- Orthopädie - Osteoarthritis, Schutz des Gelenkknorpels vor Zerstörung sowie zur Förderung seiner Wiederherstellung (Synovialflüssigkeitsendoprothesen);
- Chirurgie - Weichteilaugmentation, Operationen mit ausgedehnter Knorpelentfernung;
- Pharmazeutika - Herstellung von Arzneimitteln auf Basis der Polymerstruktur der Verbindung (Tabletten, Kapseln, Cremes, Gele, Salben);
- Lebensmittelindustrie - Sporternährung;
- Gynäkologie - AntiadhäsionFonds;
- Dermatologie - Behandlung von Verbrennungen, postthrombotischen trophischen Hauterkrankungen.
Nach Prognosen von Wissenschaftlern könnte diese Substanz die Basis für eine neue Gruppe von Medikamenten zur Behandlung von Krebs werden.
Auch andere Eigenschaften der Säure sind vielversprechend:
- antimikrobielle, antivirale Wirkung (die Verbindung wirkt gegen das Herpesvirus und andere);
- Verbesserung der Mikrozirkulation im Blut;
- entzündungshemmende Wirkung;
- verlängerte Wirkung (allmähliche Auflösung in menschlichem Gewebe).
Vitamine
Hyaluronsäure in der Zusammensetzung von Vitaminen wird in Form von gereinigtem Natriumhyaluronat verwendet, das sein Analogon ist. Der Hauptzweck der Substanz besteht darin, die Jugendlichkeit der Haut zu bewahren, sie mit Feuchtigkeit zu versorgen und Wunden zu heilen. Zur Verbesserung der Absorption wird Ascorbinsäure in die Zusammensetzung von Vitaminkomplexen eingeführt.
Es wird auch an der Entwicklung von Arzneimitteln und Nahrungsergänzungsmitteln mit entzündungshemmender und immunmodulatorischer Wirkung geforscht, die in vielen Bereichen menschlicher Aktivität eingesetzt werden können.
Kosmetik
In der Kosmetik wird diese Verbindung verwendet, um altersbedingte Veränderungen zu korrigieren. Da die Struktur der Säure in allen lebenden Organismen ähnlich ist, eignet sie sich als Hautfüller (Injektion), insbesondere im Augenbereich. Damit die Substanz länger in der Epidermis verbleibt, wird sie mit Hilfe von Quervernetzungsmolekülen modifiziert.(Vernetzer). Vernetzte Filler unterscheiden sich hinsichtlich Gelviskosität, Säurekonzentration und Resorptionsdauer in die Haut.
Injektionen werden intra- oder subkutan in Form einer 1-3%igen wässrigen Lösung verabreicht. Dies hilft, die Elastizität und Festigkeit des Gewebes zu erhöhen, eine spürbare Glättung von F alten.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ wird auch zur Zusammensetzung von externen Kosmetika hinzugefügt - Gele, Schäume, Cremes und andere Grundprodukte. Hyaluronsäure in der Zusammensetzung wird als Hyaluronsäure bezeichnet (und Natriumhyaluronat ist Natriumhyaluronat). Diese Art von Kosmetikprodukt hat die gleichen Eigenschaften wie Füllstoffe - es verhindert die Bildung von F alten und Akne und hilft, die Haut mit Feuchtigkeit zu sättigen.
