Химические реакции с гиалуроновой кислотой. Гиалуроновая кислота – свойства и биологическая роль, применение препаратов гиалуроновой кислоты в медицине и косметологии, отзывы. Эффект от применения

Гиалуроновая кислота [ГК] найдена во внеклеточном матриксе позвоночных тканей, в поверхностном покрытии определенных видов Streptococcus и болезнетворных бактериальных микроорганизмов Pasteurella, а также на поверхности некоторых частично пораженных вирусом морских водорослей. Синтазы гиалуроновой кислоты [ГКС], это ферменты, которые полимеризуют ГК, используя UDP-сахарные предшественники, которые найдены во внешних мембранах этих организмов. Были идентифицированы гены ГКС из всех вышеупомянутых источников. Кажется, существуют два отличных класса ГКС, что основано на различиях в аминокислотной последовательности, предсказанной топологии в мембране и предполагаемом механизме реакции.

Все ГКС были определены как синтазы класса I, за исключением ГКС у вида Pasteurella. Был также объяснен каталитический способ работы единственной ГКС класса II (пмГКС). Этот фермент удлиняет внешние ГК-присоединяемые олигосахаридные акцепторы путем добавления индивидуальных моносахаридных единиц к неуменьшающемуся концу, чтобы сформировать длинные полимеры in vitro; ни одна ГКС класса I не имеет такой способности. Способ и направление полимеризации ГК, катализируемой ГКС класса I, остаются неясными. Фермент пмГКС также был проанализирован на предмет двух имеющихся у него активностей: GlcUA-трансферазной и GlcNAc-трансферазной. Таким образом, два активных участка существуют в одном пмГКС полипептиде, опровергая широко принятую догму гликобиологи: "один фермент - один модифицированный сахар". Предварительные свидетельства позволяют предполагать, что у ферментов класса I может также быть два участка активности.

Каталитический потенциал фермента пмГКС может использоваться, чтобы создать новые полисахариды или проектировать олигосахариды. Из-за множества потенциальных ГК-базирующихся медицинских методов лечения, эта хемоэнзиматическая технология обещает принести пользу на пути нашего стремления к хорошему здоровью.

Ключевые слова

Гиалуроновая кислота (ГК), хондроитин, гликозилтрансфераза, синтаза, катализ, механизм, химерные полисахариды, монодисперсные олигосахариды

Введение

Гиалуронан [ГК] - очень богатый глюкозаминогликан в организме позвоночных, имеющий и структурную, и сигнальную роли. Определенные патогенные бактерии, а именно, группы А и С вида Streptococcus и тип А Pasteurella multocida, производят внеклеточный покрывающий ГК, называемый капсулой. У обоих видов ГК капсула и является фактором ядовитости, который обеспечивает бактериям сопротивляемость фагоцитам и комплементарность. Другой организм, производящий ГК - это морская водоросля хлорелла, инфицированная определенным большим двухцепочечным ДНКовым вирусом PBCV-1. Роль ГК в жизненном цикле этого вируса пока не ясна на данный момент.

Иллюстрация 1. Реакция биосинтеза ГК.

Ферменты класса гликозилтрансфераз, которые полимеризируют ГК, называются ГК-синтазами (или ГКС), по старой терминологии, включающей также ГК-синтетазы. Все известные ГК-синтазы - это разновидности одного полипептида, ответственные за полимеризацию цепи ГК. UDP-сахарные предшественники, UDP-GlcNAc и UDP-GlcUA используются ГК-синтазами в присутствии двухвалентного катиона (Mn и/или Mg) при нейтральном pH (рис. 1). Все синтазы являются мембранносвязанными белками в живой клетке и обнаружены в мембранной фракции после лизиса клеток.

Между 1993 - 1998 были идентифицированы и клонированы на молекулярном уровне ГК-синтазы групп A и С Streptococcus [спГКС и сеГКС соответственно], ГК-синтазы позвоночных животных [ГКС 1,2,3], ГК-синтаза водорослевого вируса [свГКС], а также ГК-синтаза типа A вида Pasteurella multocida [пмГКС]. Первые три типа ГК-синтаз, кажется, очень похожи в размере, аминокислотной последовательности и предсказанной топологии в мембране. ГК-синтаза вида Pasteurella, напротив, больше и обладает существенно отличающейся от других синтаз последовательностью и предсказанной топологией. Поэтому, мы предположили существование двух классов ГК-синтаз (таблица 1). Ферменты класса I включают стрептококковые, позвоночные и вирусные белки, в то время как белок вида Pasteurella в настоящее время единственный член класса II. У нас также есть некоторые свидетельства того, что каталитические процессы ферментов класса I и класса II отличаются.

Таблица 1. Два класса ГК-синтаз:

Хотя ГК-синтаза вида Pasteurella был последним обнаруженным ферментом из всех, некоторые особенности пмГКС способствовали существенному продвижению в его изучении в сравнении с некоторыми членами ферментов класса I, которые исследовались четыре десятилетия. Ключевая особенностью пмГКС, которая позволила разъяснить молекулярное направление полимеризации и идентификацию ее двух активных участков - это способность пмГКС удлиннять внешне расположенный акцепторный олигосахарид. Рекомбинантная пмГКС добавляет одиночные моносахариды повторным способом к ГК-ассоциированному олигосахариду in vitro. Внутренняя особенность каждой передачи моносахарида ответственна для того, чтобы формировать альтернативное повторение дисахаридов в этом глюкозаминогликане; одновременное формирование дисахаридной единицы не требуется. С другой стороны, никакое подобное удлиннение внешних акцепторов не было доказано ни для какого фермента класса I. Через фундаментальное научное исследование мы теперь развили некоторые биотехнологические применения замечательного белка класса ГК-синтаз вида Pasteurella.

Материалы & методы

Реагенты

Все реактивы для молекулярнобиологических исследований без специальной пометки были от Promega. Стандартные олигонуклеотиды были от Great American Gene Company. Все другие реактивы высокой чистоты, если иначе не отмечено, были от Sigma или от Fisher.

Усечение пмГКС и точечные мутанты

Был произведен ряд усеченных полипептидов, путем амплификации pPm7А вставки методом полимеразной цепной реакцией с Taq-полимеразой (Fisher) и синтетическими олигонуклеотидными праймерами, соответствующими различным частям пмГКС, с открытой рамкой считывания. Ампликоны затем были клонированы в плазмиду для экспрессии pKK223-3 (tac промотор, Pharmacia). Получившимися рекомбинантными конструкциями были трансформированы клетки Escherichia coli штамма TOP 10F" (Invitrogen) и выращены на среде LB (Luria-Bertani) с ампициллиновой селекцией. Мутации были сделаны, используя метод QuickChange сайт-направленного мутагенеза (Stratagene) с плазмидой pKK/пмГКС как ДНК шаблон.

Приготовление фермента

Для приготовления мембраны, содержащей рекомбинантный пмГКС полной длины, пмГК1-972 был изолирован из E.coli, как описано. Для растворимых усеченных пмГКС белков, пмГКС1-703, пмГКС1-650 и пмГКС1-703 - содержащих мутантов, клетки были извлечены с помощью В-PerТМ II Bacterial Protein Extraction Reagent (Pieree) согласно инструкции производителя, за исключением того, что процедура была выполнена при 7°C в присутствии ингибиторов протеаз.

Ферментные пути полимеризации ГК. GlcNAc модификация или GlcUA модификация

Три варианта было разработано, чтобы обнаружить происходит ли (а) полимеризация длинных цепей ГК или (b) добавление одиночного GlcNAc к GlcUA-конечному акцепторному олигосахариду ГК , или (c) добавление одиночного GlcUA к GlcNAc-конечному акцепторному олигосахариду ГК . Полная активность ГКС была оценена для раствора, содержащего 50 mM Tris, pH 7.2, 20 mM MnCl2, 0.1 M (NH4)2SO4, 1 M этиленгликоля, 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.01 μCi; NEN), 0.3 mM UDP-GlcNAc и различный набор ГК олигосахаридов, полученный из тестикул путем обработки гиалуронидазой [(GlcNAc-GlcUA)n, n= 4-10] при 30°C в течение 25 минут в объеме реакционной смеси 50 мкл. GlcNAc-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же буферной системе с различным набором ГК олигосахаридов, но только с одним сахаром в роли предшественника - 0.3 mM UDP-(3H)GlcUA (0.2 μCi; NEN). GlcUA-трансферазная активность была оценена в течение 4 минут в той же самой буферной системе, но только с 0.12 mM UDP-(14C)GlcUA (0.02 μCi) и с нечетным набором ГК олигосахаридов (3.5 мкг уроновой кислоты), приготовленных при помощи воздействия ацетата ртути на ГК-лиазу Streptomyces. Реакции были прекращены путем добавления SDS до 2% (w/v). Продукты реакции были отделены от субстратов путем бумажной (Whatman 3M) хроматографии с этанолом/1 М сульфат аммония, pH 5 5, как основной растворитель (65:35 для ГКС и оценки GlcUA-Tase; 75:25 для оценки GlcNAc-Tase). Для оценки ГКС образец бумажной полосы был промыт водой, и объединение радиоактивных сахаров в полимер ГК было обнаружено по сцинтилляции жидкости, рассчитанной при помощи BioSafe II коктейля (RPI). Для реакций полуиспытания образец и расположенные вниз по течению 6 см полосы были посчитаны по частям в 2 см. Все оценочные эксперименты были просчитаны таким образом, чтобы быть линейными относительно времени инкубации и концентрации белка.

Гель-фильтрационная хроматография

Размер ГК полимеров был проанализирован хроматографически на колонках Phenomenex PolySep-GFC-P 3000, элюция производилась 0.2 M нитратом натрия. Колонка была стандартизована флуоресцентными декстранами различного размера. Радиоактивные компоненты были обнаружены с помощью датчика LB508 Radioflow (EG & G Berthold) и коктейля Zinsser. По сравнению с полной оценкой ГКС, используя бумажную хроматографию, описанную выше, эти 3-минутные реакции содержали дважды UDP-сахарные концентрации, 0.06 μCi UDP-(14C)GlcUA и 0.25 нанограмма ряда ГК олигосахаридов. Кроме того, использовалось добавление кипящего (2 минуты) этилендиамина тетрациловой кислоты (финальная концентрация 22 mM), чтобы закончить реакции вместо добавления SDS.

Результаты и обсуждение

Утилизация и специфичность акцептора ГКС

Некоторые олигосахариды были проверены, в качестве акцепторов для рекомбинантного пмГКС1-972(Таблица 2). ГК олигосахариды были получены из тестикул путем гиалуронидазного щепления, а удлиннены пмГКС с помощью доставляемых подходящих UDP-сахаров. Восстановление борогидратом натрия не нарушает активность акцептора. С другой стороны, олигосахариды, полученные из ГК при помощи отщепления лиазой, не поддерживают удлиннение; дегидратированные ненасыщенные невосстановленные концевые остатки GlcUA нуждаются в гидроксильных группах, которые смогли бы присоединить входящий сахар из UDP-предшественника. Поэтому пмГКС-катализируемое удлиннение происходит в случае невосстановленных концевых групп. В ряде параллельных экспериментов было обнаружены рекомбинантные формы синтаз класса I - спГКС и х1ГКС, которые не удлинняют ГК-получаемые акцепторы. Принимая во внимание направление активности ферментов класса I, противоречивые сообщения были сделаны и необходимы дальнейшие исследования.

Таблица 2. Специфика олигосахаридных акцепторо пмГКС:

Интересно, что хондроитин сульфат пентамер является хорошим акцептором для пмГКС. Другие структурно связанные олигосахариды такие, как хитотетроза или хепарозан пентамер, однако, не служат акцепторами для пмГКС. В целом, пмГКС, кажется, требует, β-связанных GlcUA-содержащих акцепторных олигосахаридов. Мы выдвигаем гипотезу, что участок связывания олигосахаридов промежуточен в цепи удерживания ГК во время полимеризации.

Молекулярный анализ активности пмГКС трансферазы: два активных участка в одном полипептиде

Возможность измерить два компонента гликозилтрансферазной активности ГК синтазы, GlcNAc-трансфераза и GlcUA-трансфераза, позволил молекулярный анализ пмГКС. Мы отметили, что короткий дублированный мотив последовательности: Asp-Gly-Ser (Аспарагиновая к-та-Глицин-Серин), присутствовал в пмГКС. Из анализа сравнения гидрофобных групп многих других гликозилтрансфераз, которые производят β-связанные полисахариды или олигосахариды предположили, что вообще, существует два типа доменов: области "A" и "Б". ПмГКС, синтаза класса II, тем и уникальна, что содержит два "А" домена (личная коммуникация, B.Henrissat). Было предложено, что определенные члены класса I ГК синтаз (спГКС) содержат одиночные "А" и одиночные "Б" области. Различное удаление или точечные мутанты пмГКС были оценены для их способности полимеризовать ГК цепи или их способность добавлять одиночный сахар к ГК акцепторному олигосахариду (Таблица 3). Суммируя сказанное, пмГКС содержит два отличных друг от друга активных участка. Мутагенез аспартата мотива DGS (остаток 196 или 477) по обоим сайтам приводи к потере ГК полимеризации, но активность другого сайта оставалась относительно незатронутой. Таким образом, двойная активность ГК синтазы была преобразована в два различных одиночных действия гликозилтрансферазы.

Таблица 3. Активность пмГКС с удаленным участком или точечной мутацией.

Удаление последних 269 остатков от конечной карбоксильной группы преобразовало слабо выраженный мембранный белок в хорошо выраженный растворимый. Рассмотрение аминокислотной последовательности белка пмГКС в этой области, однако, не показывает типичных особенностей вторичной структуры, которые обеспечили бы прямое взаимодействие фермента с двойным слоем липида. Мы выдвигаем гипотезу, что конечная карбоксильная группа каталитического фермента пмГКС стыкуется с направляющим мембраносвязанным полисахарида транспортного аппарата живущей бактериальной клетки.

Первая "A" область пмГКС, А1, является GlcNAc-тазой, в то время как вторая "A" область, A2, является GlcUA-тазой (рис. 2). Это - первая идентификация двух активных участков для фермента, который производит гетерополисахарид, так же как ясное доказательство, что один фермент может действительно передать два различных сахара. Отличный от типа F фермент вида P. multocida, названный пмЦС, был найден, и вяснено, что он катализирует формирование несульфатируемого полимера хондроитина. ГК и хондроитин идентичны в структуре, за исключением упомянутого выше полимера, который содержит N-ацетилглюкозамин вместо GlcNAc. И пмГКС, и пмЦС на 87 % идентичны на уровне аминокислот. Большинство изменений в остатках находятся в области А1, что вполне совместимо с гипотезой о том, что эта область ответственна за передачу гексозамина.

Иллюстрация 2. Схематическое изображение пмГКС областей.
Два независимых трансферазных домена, А1 и A2, ответственны за катализ полимеризации цепи ГК. Повторяющиеся последовательные добавления одиночных сахаров быстро строят цепь ГК. Похоже, что карбоксильный конец пмГКС некоторым способом взаимодействует с мембранносвязанным транспортным аппаратом бактериальной клетки.

Иллюстрация 3. Модель биосинтеза ГК при помощи пмГКС.
Одиночные сахара добавляются к каждому "A" домену повторным способом к невосстанавливающемуся концу цепи ГК. Внутренняя точность каждой стадии активности трансферазы поддерживает повторение структуры дисахаридов ГК. Возникающая цепь ГК вероятно сохраняется пмГКС во время катализа через олигосахарид-связывающий участок.

Мы продемонстрировали эффективную передачу одиночного сахара с помощью пмГКС in vitro несколькими типами экспериментов, поэтому, мы выдвинули гипотезу, что цепи ГК формируются быстрым, повторяющимся добавлением одиночного сахара синтазой класса II (рис. 3). К настоящему времени, одна линия свидетельства предполагает, что фермент класса I также обладает двумя участками трансферазы. Мутация лейцинового остатка 314 на валин в ммГКС1, в части предварительного участка GlcUA-тазы, как сообщали, преобразовала эту ГКС позвоночного животного в хито-олигосахаридную синтазу. Ни один участок с соответствующей активностью GlcNAc-трансферазы не был идентифицирован.

Прививание полимера полисахаридными синтазами: добавление ГК к молекулам или твердым частицам

Исследование пмГКС в научно-исследовательской лаборатории преобразовало представления о ГК синтазах от царства трудных, упорных животноподобных чудовищ до потенциальных биотехнологических рабочих лошадок. Новые молекулы могут быть сформированы, используя способность пмГКС привить длинные цепи ГК на коротких ГК полученных цепях или хондроитин-производных акцепторах. Например, полезные акцепторы могут состоять из маленьких молекул или лекарств с ковалентно связанной ГК или хондроитин-олигосахаридные цепи (длиной в 4 сахара, например). В другом случае, цепи ГК могут быть добавлены к олигосахаридному праймеру, иммобилизованному на твердой поверхности (таблица 4). Таким образом, длинные цепи ГК могут быть мягко добавлены к чувствительным веществам или тонким устройствам.

В другом приложении, новые химерные полисахариды могут быть сформированы потому, что использование пмГКС олигосахаридным акцептором не столь же строго, как сахаридная трансферазная специфика. Хондроитин и хондроитин-сульфат признаны как акцепторы пмГКС и удлинняются ГК цепью различных длин (рис. 4). Наоборот, пмЦС очень гомлогичная хондроитин синтазе, распознает и удлинняет ГК акцепторы цепями хондроитина. Химерные молекулы глюкозаминогликана сформированы, содержа естественные, определенного соединения связи. Эти привитые полисахариды могут служить, чтобы присоединиться к клетке или ткани, которая связывает ГК с другой клеткой или ткань, связывающей хондроитин или хондроитин-сульфат. В определенных аспектах, привитые глюкозаминогликаны напоминают протеогликаны, которые являются существенными компонентами матрикса в тканях позвоночных. Но так как никакие компоновщики белка не присутствуют в химерных полимерах, то антигенность и проблемы протеолизиса, возникающие вокруг медицинского использования протеогликанов, устранены. Риск передачи инфекционных агентов тканями, извлеченными из животных, человеческому пациенту также уменьшен при использовании химерных полимеров.

Таблица 4. ПмГКС-инициированное прививание ГК на бусинки полиакриламида. Реакционная смесь содержит пмГКС, несущий радиоактивную метку UDP-(14C)GlcUA и UDP-(3H)GlcNAc, а также различные иммобилизованные праймеры сахаров (акцепторы, соединенные восстановительным аминированием в аминобусины) были представлены. Бусинки были промыты и радиоактивно инкорпорированы на другие бусины, измеренные методом расчета жидкостной сцинтилляции. ГК цепи были привиты на пластиковые бусины при использовании подходящего праймера и пмГКС.

Иллюстрация 4. Схематическое изображение привитых полисахаридных структур. ГК синтаза вида Pasteurella или хондроитин синтаза будут удлиннять определенные другие полимеры на невосстанавливающемся конце in vitro, чтобы сформировать новые химерные глюкозаминогликаны. Изображены некоторые примеры.

Синтез монодисперсной ГК и ГК-связанных олигосахаридов

В дополнение к добавлению большой полимерной ГК цепи к молекулам акцептора, пмГКС синтезируют определенные меньшие ГК олигосахариды в диапазоне от 5 до 24 сахаров. Используя фермент дикого типа и различные условия реакции, был относительно легко получен ГК олигосахарид, содержащий 4 или 5 моноахаридов, удлиненных несколькими сахарами до более длинных версий, которые очень часто трудно получить в больших количествах. Мы выяснили, что, комбинируя растворимый мутант GlcUA-Tase и растворимый мутант GlcNAc-Tase в той же самой смеси реакции позволяет формирование ГК полимера, если система снабжена акцептором. В течение 3-х минут была сделана цепь из примерно 150 сахаров (-30 кДа). Любая одиночная мутант-синтаза не сформирует в результате цепь ГК. Поэтому, если дальнейший контроль реакции сделан путем выборочного комбинирования различных ферментов, UDP-сахаров и акцепторов, то могут быть получены определенные монодисперсные олигосахариды (рис. 5).

Иллюстрация 5. Приготовление определенных олигосахаридов.
В этом примере, акцептор ГК тетрасахарид удлинняется одиночной хондроитин дисахаридной единицей, используя два шага с иммобилизованным мутантом синтазы вида Pasteurella (показано белыми стрелками). Изображенный продукт является новым гексасахаридом. Повторение цикла еще раз производит олигосахарид, два цикла формируют декасахарид, и т.д. Если акцептор был ранее соединен с другой молекулой (например препарат или лекарство), тогда новый конъюгат был бы удлиннен коротким ГК, хондроитином или гибридной цепью как и желательно.

Например, в одном воплощении, смесь UDP-GlcNAc, UDP-GlcUA и акцептора постоянно циркулирует через отдельные биореакторы с иммобилизованными мутант-синтазами, которые передают только одиночный сахар. С каждым циклом инкубации биореактора другая сахарная группа добавляется к акцептору, чтобы сформировать маленькие определенные ГК олигосахариды. Использование похожего пмЦС мутанта (например GalNAc-Tase) в одном из шагов позволило происходить формированию смешанных олигосахаридов при использовании UDP-GlcNAc. Биологическая активность и терапевтический потенциал маленьких ГК олигосахаридов - сложная область для исследования, которая потребует определенных, монодисперсных сахаров для однозначной интерпретации.

Заключение

Очевидно, существуют два различных класса ГК синтаз. Наиболее хорошо охарактеризован фермент класса II вида Рasteurella, удлинняющий цепь ГК повторяющимся присоединением одиночного сахара на невосстанавливающийся конец цепи ГК. Направление и способ работы синтаз класса I (стрептококковые, вирусные и ферменты позвоночных) остаются неясными. Относительно прикладных наук, способность пмГКС удлиннять экзогенно расположенные акцепторные молекулы полезна для создания новых молекул и/или устройств с потенциальным медицинским применением.

В данном историческом обзоре, посвященном гиалуроновой кислоте , мы постарались привлечь внимание посетителя вебсайта к наиболее важным открытиям и исследованиям, на которых строились все последующие работы в области изучения этого уникального полисахарида. Выбор данных и источников для обзора является полностью субъективным.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящий момент никаких принципиально новых данных о гиалуроновой кислоте не существует, поэтому мы решил сделать темой этой небольшой статьи «Гиалуроновая кислота - история». При существующем в настоящее время темпе движения научной мысли далеко не каждый человек имеет достаточно времени для того, чтобы оглянуться назад и просмотреть данные литературы, в которой описаны ключевые открытия в области гиалуроновой кислоты , поэтому мы постарались кратко изложить существующие результаты. Выбор источников и данных основан только на наших знаниях и мнении, поэтому может расходиться с взглядами других людей.

КАК ВСЕ НАЧИНАЛОСЬ

Венгерский ученый Bandi Balazs эмигрировал из Венгрии в 1947 году. Приехав в Швецию, он начала работать в Стокгольме над проблемой биологической роли внеклеточных полисахаридов, причем особенно много внимания он уделял именно гиалуронату .

В те годы культуральная работа с клетками выглядела совсем по-другому. До появления антибиотиков все манипуляции выполнялись в строго стерильных условиях близких к условиям в операционной. Клетки растили на подвешенных сгустках фибрина. Фибробласты выделялись из измельченных куриных сердец, кусочки которых клались на фибриновые сгустки, а скорость роста культуры определялась по изменению площади колонии, которая указывала на скорость и расстояние миграции клеток.

Одним из первых открытий было выделение из ткани пуповины гиалуроната для того, чтобы затем вводить его в культуру фибробластов.

Гиалуронат выделялся из пуповинной крови и преципитировался в спирту. Затем его очищали от белков путем встряхивания экстракта в смеси хлороформа и изоамилового спирта (по методу Sewag). Была предпринята попытка разработать метод стерилизации вязкого раствора гиалуроната. Его нельзя было подвергать фильтрации, поэтому в конечном итоге ученые пришли к использованию автоклавирования.

В самом начале работы было сделано три очень важных наблюдения, которые заложили основу для дальнейших исследований.

Во-первых, удалось выделить гиалуронат из ткани пуповины, причем при разных ионных условиях был получен материал с различной степенью вязкости. Самая высокая вязкость была у раствора, приготовленного на дистиллированной воде. Ученые предположили, что вязкость раствора гиалуроната может колебаться в зависимости от значения рН и ионной силы растворителя. Сейчас это уже знает каждый, однако на тот момент этот феномен был описан Raymond Fuoss только для растворов синтетических полиэлектролитов. В журнале «Journal of Polymer Chemistry» была опубликована статья "The viscosity function of hyaluronic acid as a polyelectrolyte" (Показатель взякости гиалуроновой кислоты как полиэлектролита). С этого момент ученые вплотную занялись исследованиями физических и химических свойств гиалуроната.

Во-вторых, при попытке простерилизовать гиалуронат с помощью УФ-излучения он полностью утратил вязкость в растворе. В дальнейшем было показано, что при воздействии потока электронов гиалуронат также полностью подвергается деградации. Сейчас уже можно сказать, что то наблюдение было одним из первых описаний свободнорадикального расщепления гиалуроната.

В-третьих, исследовались и биологические эффекты гиалуроната и ряда сульфатированных полисахаридов - гепарина, гепарансульфата (который в те годы назывался «гепарин-односерной кислотой») и синтетически сульфатированного гиалуроната. Ученые сравнили их влияние на рост культуры клеток, антикоагулянтную активность и антигиалуронидазную активность. Главной задачей было выяснить действительно ли гепарин представляет собой сульфатированный гиалуронат, как это утверждалось в работах Asboe-Hansen, однако был сделан вывод, что это утверждение было ошибочно.

Гиалуронат, в отличие от сульфатированных полисахаридов, ускорял рост клеток и это, пожалуй, было одно из первых описаний взаимодействия гиалуроната с живыми клетками - сегодня мы знаем, что это взаимодействие опосредовано клеточным рецептором. Интересно, что это было также одно из первых исследований, посвященных изучению биологической активности гепарансульфата.

Все вышесказанные исследования были выполнены в короткий промежуток времени, начиная с сентября 1949 по декабрь 1950, то есть заняли лишь немногим больше 1 года.

ОТКРЫТИЕ ГИАЛУРОНАТА И ГИАЛУРОНИДАЗЫ

Karl Meyer открыл гиалуронат в 1934 году во время работы в глазной клинике в Университете штата Колумбия. Он выделил это соединение из стекловидного тела глаза коровы в кислых условиях и назвал его гиалуроновой кислотой от греческого hyalos - стекловидный и уроновой кислоты, которая входила в состав этого полимера. Сразу следует сказать, что до этого были выделены и другие полисахариды (хондроитинсульфат и гепарин). Более того, еще в 1918 году Levene and Lopez-Suarez выделили из стекловидного тела и пуповинной крови полисахарид, состоявший из глюкозамина, глюкуроновой кислоты и небольшого количества сульфат-ионов. Тогда его назвали мукоитин-серной кислотой, однако в настоящее время он боле известен как гиаулуронат, который в их работе был выделен с небольшой примесью сульфата.

В течение следующих десяти лет Karl Meyer и еще целый ряд авторов выделили гиалуронат из различных тканей. Так, например, он был обнаружен в суставной жидкости, пуповине и ткани петушиного гребня. Самым интересным было то, что в 1937 году Kendall удалось выделить гиалуронат из капсул стрептококков. В дальнейшем практически из всех тканей организма позвоночных был выделен гиалуронат.

Еще до открытия гиалуроната Duran-Reynals обнаружил в семенниках некий биологически активный фактор. В дальнейшем его стали называть «распространяющийся фактор». Похожим действием обладали яд пчел и медицинских пиявок. При его введении подкожно в смеси с тушью отмечалось очень быстрое распространение черного окрашивания. Этим фактором оказался фермент, разрушающий гиалуронаты , который в дальнейшем назвали гиалуронидазой . Даже в крови млекопитающих присутствует определенное количество гиалуронидаз, но их активация происходит только при кислотных значениях рН.

ВЫДЕЛЕНИЕ ГИАЛУРОНАТА

Самый первый метод выделения гиалуроната был стандартным протоколом для выделения полисахаридов, то есть по методу Sewag или с помощью протеаз из экстракта удалялся весь белок. Затем полимер преципитировался на фракции добавлением этилового спирта.

Большим шагом вперед стало разделение разнозаряженных полисахаридов, которое разработал John Scott при исследовании методов преципитации с катионным детергентом (ЦПХ, цетилпиридинхлоридом), в котором изменялась концентрация солей. Гиалуронат с высокой эффективностью отделялся от сульфатированных полисахаридов. Этим методом также можно было пользоваться и для фракционирования по молекулярной массе. По своей сути, схожие результаты могут быть получены при использовании метода ионно-обменной хроматографии.

СТРУКТУРА И КОНФОРМАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Химическая структура полисахаридной молекулы была расшифрована Karl Meyer и его коллегами в 1950-е. Сейчас все знают, что гиалуронат является длинной полимерной молекулой, состоящей из дисахаридных звеньев, компонентами которых являются N-ацетил-D-глюкозамин и D-глюкуроновая кислота, связанные между собой В1-4 и В1-3 связями. Karl Meyer не пользовался стандартным методом для исследования структуры интактного полисахарида. Вместо этого он проводил гиалуронидазное расщепление полисахарида, получив смесь дисахаридов и олигосахаридов, которую ему удалось полностью охарактеризовать. На основании полученных им результатов он и сделал свой вывод о возможной структуре исходной полимерной молекулы.

Конформационный анализ «волокон», состоящих из гиалуроната был впервые предпринят с использованием метода рентгеновской кирсталлографии. На конференции в г. Турку в 1972 году шли горячие споры между группами специалистов о том, имеет ли гиалуронат спиральную структуру или нет. Очевидно, что гиалуронат может формировать спирали различной структуры в зависимости от ионного состава растворителя и доли воды в нем. В 70-е и 80-е годы в литературе появлялись самые различные версии структуры гиалуроната.

Прорывом в этой области стала работа John Scott. Опираясь на то, что гиалуронат обладает малой реакционной способностью при пероксидазном окислении в водном растворе, он сделал вывод о том, что в воде он принимает конформацию с внутрицепочечными водородными связями. В дальнейшем его гипотеза нашла свое подтверждение при ЯМР-анализе, а в 1927 году Atkins с соавторами охарактеризовали конформацию как двойную спиральную.

ФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Пятьдесят лет назад не была известна химическая структура гиалуроната и его макромолеуклярные свойства - масса, гомогенность, форма молекулы, степень гидратированности и взаимодействия с прочими молекулами. В последние 20 лет это стало объектом внимания A. G. Ogston и его сотрудников в Оксфорде, доктора Balazs с коллегами в Бостоне, Torvard С Laurent, работающего в Стокгольме, и еще нескольких лабораторий.

Основной проблемой являлось выделение гиалуроната, очищенного от белков и прочих компонентов, которое необходимо проводить перед любыми физическими методами исследования. Всегда имеется риск деградации полимерной структуры в процессе очистки. Ogston использовал технику ультрафильтрации, предположив, что свободные белки преодолеют фильтр, а белки, связанные с гиалуронатом , будут задержаны фильтром. Объектом исследования стал комплекс с содержанием белка равным 30%. Другие авторы пытались использовать разнообразные методы физической, химической и ферментативной очистки, которые позволяли снижать содержание белка до нескольких процентов. В то же время результаты физико-химического анализа дали более полное описание молекулы гиалуроната . Ее молекулярный вес близок к нескольким миллионам, хотя разброс между образцами был достаточно высок. Рассеивание света показало, что молекула ведет себя как случайным образом скрученная, достаточно плотно упакованная цепь с радиусом изгиба порядка 200 нм. Упакованность и малоподвижность цепи связана с наличием внутрицепочечных водородных связей, о которых уже говорилось выше. Случайно скрученная структура полностью соответствует полученному соотношению вязкости и молекулярной массы вещества. Ogston и Stanier использовали методы седиментации, диффузии, разделения в зависимости от градиента скорости сдвига и вязкости а также метод двойного преломления, которые показали, что молекула гиалуроната имеет форму высоко гидратированной сферы, что вполне отвечает известным свойствам молекул с упаковкой в виде случайно скрученной спирали.

АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДИКИ

Единственно возможным путем количественного исследования гиалуроновой кислоты было выделение полисахарида в чистом виде и измерение содержания в нем уроновой кислоты и/или N-ацетилглюкозамина. Методами выбора в данном случае являлись карбазольный методы Дише для оценки содержания уроновой кислоты и реакция Эльсона-Моргана на уровень гексозамина.

В данном случае трудно переоценить важность использования карбазольного метода. При анализе гиалуроната иногда приходилось использовать миллиграммы вещества.

Следующим шагом стало открытие специфичных ферментов. Гиалуронидаза грибов Streptomyces действовала только на гиалуронат , при этом образовывались ненасыщенные гекса- и тетрасахариды. При анализе содержания гиалуроната можно было использовать это свойство грибов, особенно при наличии в среде других полисахаридов и примесей, а ненасыщенная форма гиалуроновой кислоты может использоваться для снижения лимита обнаружения продукта. Ферментативный метод значительно повысил чувствительность обнаружения гиалуроната, доведя ее до уровня микрограммов.

Последним этапом стало использование аффинных белков, специфично связывающихся с гиалуронатом. Tengblad использовал гиалуронат-связывающие белки из хрящей, а Delpech в дальнейшем использовал гиалуронектин, выделенный из головного мозга. Эти белки могут использоваться при анализе по аналогии с иммунологическими методами, а после разработки этого метода точность количественного определения гиалуроната возросла до уровня нанограммов, что позволило определять содержание гиалуроната в образцах тканей и физиологических жидкостях. Метод Tengblad стал основой для большей части работ Uppsala, выполненных позже.

ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Обнаружение гиалуроната в срезах тканей тесно связано с анализом полимеров в тканевой жидкости. С самого начала использовались методы неспецифического окрашивания со стандартными красителями. John Scott удалось повысить специфичность по такому же принципу, которым он руководствовался при разработке метода фракционирования анионных полисахаридов в детергентах. Он окрашивал их красителем алциановый синий в разных ионных концентрациях, при этом ему удалось добиться различимого окрашивания разных полисахаридов. В дальнейшем он перешел на использование купромеронового синего.

В то же время гиалуронат можно хорошо выявлять на срезах ткани с помощью специфично связывающихся с ним белков. Первые сообщения о таком методе были опубликованы в 1985. Этот метод использовался с большим успехом и, благодаря ему, были получены ценные данные о распределении содержания гиалуроната в разных органах и тканях.

Гиалуронат также может быть обнаружен при электронной микроскопии. На первых изображениях, которые были опубликованы Jerome Gross к сожалению, не удалось увидеть каких-либо тонких деталей структуры. Первой хорошо объяснявшей результаты работой можно считать статью Fessler и Fessler. В ней было указано, что гиалуронат имеет протяженную одноцепочечную структуру.

Затем Robert Fraser описал еще один изящный метод визуализации околоклеточно расположенного гиалуроната . Он добавлял суспензию частиц гиалуроната к культуре фибробластов. Частицы не были обнаружены в толстом слое, окружающем культуру фибробластов. Таким образом было показано, что в околоклеточном пространстве имеется гиалуронат, подвергающийся расщеплению под действием гиалуронидазы.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ И РЕОЛОГИЯ

Исходя из размеров одной из самых крупных молекул гиалуроната , несложно предположить, что при концентрации порядка 1 г/л они практически полностью насыщают раствор. При высоких концентрациях молекулы перепутываются, а раствор представляет собой некую сеть из цепей гиалуроната. Точка полимеризации определяется достаточно легко - это момент насыщения раствора, после которого его вязкость резко увеличивается по мере увеличения концентрации. Еще одним свойством раствора, которое зависит от его концентрации является скорость сдвига вязкости. Это явление описали Ogston и Stanier. Эластические свойства раствора изменяются по мере нарастания концентрации и молекулярной массы полимеров. Текучесть чистого гиалуроната была впервые определена Jensen и Koefoed, и более подробный анализ вязкости и эластичности раствора был выполнен Gibbs et al.

Является ли такое интересное поведение раствора следствием сугубо механического переплетения цепочек полимеров или оно связано и с их химическим взаимодействием? В ранних работах, опубликованных Ogston, обсуждались возможные взаимодействия, опосредованные через белки. Welsh с соавторами получил указания на существование взаимодействий цепочек между собой. Это было достигнуто путем добавления коротких цепочек гиалуроната (60 дисахаридов) к раствору, что вызывало уменьшение его эластичности и вязкости. Очевидно, что при этом происходило конкурентное взаимодействие коротких и длинных цепей. В более поздних работах John Scott было показано, что конформация гиалуроната с наличием гидрофобных связей между цепочками хорошо соответствовала склонности гиалуроната к формированию спиралей с находящимися рядом молекулами, которые стабилизировались гидрофобными связями. Таким образом, наиболее вероятным является межцепочечное взаимодействие, которое во многом и определяет реологические свойства гиалуроната .

ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГИАЛУРОНОВЫХ ПОЛИМЕРОВ

Открытие переплетение цепочек гиалуроната при нарастании концентрации, которое может происходить в тканях, стало основой для предположения, что гиалуронат может быть задействован во многих физиологических процессах за счет создания большой трехмерной сети цепочек. Обсуждались самые разнообразные свойства таких сетей.

Вязкость. Очень высокая вязкость концентрированных растворов гиалуроната, а также зависимость сдвига от вязкости, могут быть использованы для суставной смазки. Гиалуронат всегда присутствует во всех пространствах, разделяющих подвижные элементы организма - в суставах и между мышц.

Осмотическое давление. Осмотическое давление растворов гиалуроната в значительной мере зависит от их концентрации. При высоких концентрациях коллоидно-осмотическое давление такого раствора оказывается выше, чем у растворов альбуминов. Это свойство может быть использовано в тканях для поддержания гомеостаза.

Сопротивление потоку . Плотная сеть цепочек является достаточно хорошим препятствием току жидкости. Гиалуронат действительно может формировать препятствия для тока жидкости в тканях, что впервые было показано Day.

Исключенный объем. Трехмерная сеть цепочек вытесняет из раствора все остальные макромолекулы. Доступный объем может быть измерен в опыте диализного уравнивания раствора гиалуроната и буферного раствора, при этом оказалось, что полученный эффект совпал с расчетным по данным теоретических исследований, проведенных Ogston. Эффект исключения обсуждался в связи с разделением белка, содержащегося в сосудистом русле и внеклеточном пространстве, однако он также рассматривался и в качестве механизма накопления физиологических и патологических молекул в соединительной ткани. Исключение полимеров снижает растворимость многих белков.

Диффузионный барьер. Движение макромолекул через раствор гиалуроната может быть измерено при седиментационном и диффузионном анализе. Чем больше молекула тем ниже будет скорость ее движения. Этот эффект связали с формированием в тканях диффузионных барьеров. Например, околоклеточный слой гиалуроната может защищать клетки от воздействия макромолекул, выделяемых другими клетками.

ГИАЛУРОН-СВЯЗЫВАЮЩИЕ БЕЛКИ (ГИАЛАДГЕРИНЫ)

Протеогликаны. До 1972 года считалось, что гиалуронат является инертным соединением и не взаимодействует с другими макромолекулами. В 1972 Hardingham и Muir показали, что гиалуронат может связываться с протеогликанами хрящевой ткани. Исследования Hascall и Heinegard показали, что гиалуронат может специфично связываться с N-концевым доменом глобулярной части протеогликанов и соединительных белков. Данная связь является достаточно прочной и на одну цепь гиалуроната могут садиться несколько протеогликанов, в результате чего в хряще и иных тканях формируются крупные агрегации молекул.

Рецепторы гиалуроната. В 1972 Pessac и Defendi и Wasteson с соавторами показали, что суспензии некоторых клеток начинают агрегировать при добавлении гиалуроната. Это было первым сообщением, указывавшим на специфичное связывание гиалуроната с поверхностью клеток. В 1979 Underhill и Toole показали, что гиалуронат действительно связывается клетками, а в 1985 году был выделен отвечающий за это взаимодействие рецептор. В 1989 году сразу 2 группы авторов опубликовали работы, в которых было показано, что рецептор хоуминга лимфоцитов CD44 обладает способностью связываться с гиалуронатом в хрящевой ткани. Вскоре было показано, что рецептор, выделенный Underhill и Toole был полностью идентичен CD44. Еще одним гиалуронат -связывающим белком, выделенным позднее из супернатанта культуры клеток 3T3 в 1982 году Turley с соавторами оказался РГРП (рецептор гиалуроната, опосредующий подвижность). После этих работ был открыт еще целый ряд гиаладгеринов.

РОЛЬ ГИАЛУРОНАТА В КЛЕТКЕ

Вплоть до открытия гиаладгеринов считалось, что гиалуронат оказывает влияние на клетки только за счет физических взаимодействий. Данные о том, что гиалуронат может играть роль в биологических процессах были единичными и, в большинстве своем, были построены на отсутствии или наличии гиалуроната при разных биологических процессах. Многие из спекуляций того времени были построены на методах неспецифического гистологического окрашивания.

В начале 1970-х в Бостоне было выполнено очень интересное исследование. Bryan Toole и Jerome Gross показали, что во время регенерации конечности у головастиков гиалуронат синтезируется в самом начале, а затем его количество уменьшается под действием гиалуронидазы, при этом происходит замещение гиалуроната хондроитинсульфатом. Таким же образом развиваются события и при формировании роговицы у цыпленка. Toole указал, что накопление гиалуроната совпадает с периодами миграции клеток в ткани. Как уже было сказано выше, Toole также провел первые исследования мембранно-связанных гиаладгеринов, а с открытием рецепторов гиалуроната у нас есть все больше оснований полагать, что гиалуронат играет роль регуляции клеточной активности, например, при движении клеток. В последние 10 лет можно наблюдать всплеск числа публикаций, посвященных роли гиалуроната в миграции клеток, митозе, воспалении, опухолевом росте, ангиогенезе, оплодотворении и т.д.

БИОСИНТЕЗ ГИАЛУРОНАТА

Исследования биосинтеза гиалуроната можно условно разделить на 3 фазы. Первым автором и наиболее выдающимся ученым в первую фазу был Albert Dorfman. Он и его коллеги еще в начале 50-х описали источник моносахаридов, которые встраивались в гиалуроновые цепочки стрептококков. В 1955 году Glaser и Brown впервые показали возможность синтеза гиалуроната отдельной синтетической системой вне клетки. Они использовали фермент, выделенный из клеток куриной саркомы Rous и вводили в состав гиалуроновых олигосахаридов меченую изотопом 14С УТФ-глюкуроновую кислоту. Группа Dorfman также выделила молекулы-предшественники УТФ-глюкуроновой кислоты и УТФ-N-ацетилглюкозамина из экстракта стрептококков, а также синтезировала гиалуронат , пользуясь для этого ферментативной фракцией, выделенной из стрептококков.

Во второй фазе стало понятно, что гиалуронат должен синтезироваться по пути, отличному от гликозаминогликанов. Синтез гиалуроната, в отличие от сульфатированных полисахаридов, не требует активного синтеза белка. Ответственная за это синтаза расположена в мембране протопласта бактерий и плазматической мембране эукариотических клеток, но не в аппарате Гольджи. Синтетический аппарат, предположительно расположен на внутренней стороне мембраны, так как он оказался нечувствительным к воздействию внеклеточных протеаз. Кроме того, гиалуроновая цепочка пронизывает мембрану, так как воздействие на клетки гиалуронидазы усиливало продукцию гиалуроната . В 80-ые годы были предприняты несколько безуспешных попыток выделить синтазу из эукариотических клеток.

В начале 90-ых было показано, что гиалуронат -синтаза является фактором вирулентности стрептококков группы А. Взяв эти данные за основу, две группы авторов смогли определить ген и локус, отвечающий за синтез гиалуроновой капсулы. Вскоре удалось и клонировать ген этой синтазы и полностью его просеквенировать. Гомологичные белки, выделенные в последние годы у всех позвоночных, дали ценную информацию о ее строении. Важной областью исследования может стать изучение механизмов регуляции активности этой синтазы.

МЕТАБОЛИЗМ И ДЕГРАДАЦИЯ ГИАЛУРОНАТА

Обнаружение гиалуроната в крови, а также его переноса от тканей по лимфатической системе стало основой для проведения совместного исследования, проводившегося доктором Robert Fraser в Мельбурне и лабораторией в г. Уппсала. Следовые количества полисахарида, меченого тритием по ацетильной группе были обнаружены в крови после введения его кроликам и людям, а метка соединения исчезала с периодом полувыведения равным нескольким минутам. Вскоре стало понятно, что большая часть радиации была накоплена печенью, где полимер быстро подвергался расщеплению. Меченая тритием вода обнаруживалась в крови через 20 минут. Авторадиограммы показали, что накопление радиации происходило также в селезенке, лимфоузлах и костном мозге. Методом фракционирования клеток было также показано, что в печени накопление происходило в основном в эндотелии синусов, что было позднее подтверждено при исследовании in vitro и при радиографии in situ. На этих клетках имеется рецептор для эндоцитоза гиалуроната, который принципиально отличается от прочих гиалуронат-связывающих белков. Далее полисахарид расщепляется в лизосомах. Исследования гиалуроната проводились и в других тканях, и теперь существует цельная картина метаболизма этого полисахарида.

В последнее время еще один аспект катаболизма гиалуроната стал объектом большого числа исследований. Из работ Gunther Kreil (Австрия) и Robert Stern и его коллег (Сан-Франциско) стали известны структуры и свойства различных гиалуронидаз. Эти данные стали основой для исследований, прояснивших биологическую роль этих ферментов.

ГИАЛУРОНАТ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЯХ

С самого начала интерес ученых был прикован к свойствам гиалуроната, содержащегося в суставной жидкости, особенно к изменению его уровня при заболеваниях суставов. Было также показано, что гиперпродукция гиалуроната наблюдается при целом ряде заболеваний, например, при злокачественных опухолях - мезотелиомах, однако в то время еще не существовало достаточно точных и чувствительных методов обнаружения гиалуроната. Такая ситуация имела место вплоть до 1980 годов, когда были разработаны новые аналитические методики, что вновь привлекло интерес ученых к колебаниям содержания гиалуроната при разных заболеваниях. Были определены содержание гиалуроната в крови в норме и при патологии, особенно при циррозе печени. При ревматоидном артрите содержание гиалуроната в крови возрастало при физических нагрузках, особенно по утрам, что давало объяснение симптому «утренней скованности» в суставах. При различных воспалительных заболеваниях уровень гиалуроната в крови повышался как местно, так и системно. Органные дисфункции также могли быть объяснены накоплением гиалуроната, что вызывало интерстициальные отеки тканей.

КЛИНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Основной прорыв в медицинском использовании гиалуроната целиком является заслугой д-ра Balazs. Он разработал основные положения и идеи, первым синтезировал форму гиалуроната, которую хорошо переносили больные, продвигал идею промышленного производства гиалуроната и популяризовал идею применения полисахаридов в качестве лекарственных средств.

В 50-ые годы Balazs сконцентрировал усилия на изучении состава стекловидного тела и начал проводить опыты с заменителями для возможного протезирования при лечении отслойки сетчатки. Одним из наиболее серьезных препятствий на пути применения гиалуроновых протезов стала высокая сложность выделения чистого гиалуроната, свободного от всех примесей, вызывающих воспалительную реакцию.

Balazs разрешил эту проблему и получившийся в итоге препарат получил название НВФ-NaГУ (невоспалительная фракция гиалуроната натрия). В 1970 гиалуронат был впервые введен в суставы беговым лошадям, страдавшим от артритов, причем был получен клинический выраженный ответ на лечение с уменьшением симптомов заболевания. Двумя годами позже Balazs смог убедить руководство компании Pharmacia AB в г. Уппсала начать производство гиалуроната для использования в клинической и ветеринарной практике. Miller и Stegman по совету д-ра Balazs начали использовать гиалуронат в составе имплантируемых внутриглазных линз и гиалуронат быстро стал одним из самых употребительных компонентов в хирургической офтальмологии, получив торговое название Healon®. С того момента были предложены и испытаны многие другие варианты использования гиалуроната. Его производные (например, поперечно структурированные гиалуронаты ) также были испытаны для использования в клинике. Особенно хочется отметить, что еще в 1951 году Balazs уже сообщал о биологической активности самых первых из полученных тогда производных гиалуроната.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном докладе нам удалось охватить лишь основные и наиболее значимые события в истории исследования гиалуроната, и еще многие другие интересные факты и данные будут обсуждаться на нашем веб-сайте. Из представленных статей будет ясно, что исследования гиалуроната становятся все более актуальными и необходимыми. Сегодня ежегодно в научной литературе публикуется от 300 до 400 статей, посвященных гиалуронату .

Первая международная конференция, целиком посвященная гиалуронату, проводилась в г. Сен-Тропез в 1985 году, после чего были проведены конгрессы в Лондоне (1988), Стокгольме (1996) и Падуе (1999).

Рост интереса связан, во многом, с успешными работами Endre Balazs, который сделал очень много в области исследования свойств гиалуроната, получил самые первые данные о нем, указал на возможность клинического применения гиалуроната и является вдохновителем, подвигающим научное сообщество на новые исследования.

Молекулярная формула: (C14H21NO11)n
Растворимость в воде: растворим (натриевая соль)
LD50:
2400 мг / кг (мыши, пероральное введение, натриевая соль)
4000 мг / кг (мыши, подкожное введение, натриевая соль)
1500 мг / кг (мыши, внутрибрюшное введение, натриевая соль)
Связанные соединения: D-глюкуроновая кислота и DN-ацетилглюкозамина (мономеры)
Гиалуроновая кислота (гиалуронат или ГК) является анионным, не сульфатированным гликозаминогликаном, широко распространяется в соединительной, эпителиальной и нервной ткани. Является уникальным среди гликозаминогликанов соединением, поскольку представляет собой не сульфатированную форму, формируется в плазматической мембране, а не в Гольджи, и может достигать очень больших размеров, с молекулярной массой, часто достигающей миллионов. Являясь одним из основных компонентов внеклеточного матрикса, гиалуроновая кислота в значительной степени способствует пролиферации и миграции клеток, а также может быть вовлечена в развитие некоторых злокачественных опухолей. В среднем, у человека с весом 70 кг (154 фунтов) содержится в организме около 15 граммов гиалуроновой кислоты, одна треть из которой восполняется (деградирует и синтезируется) каждый день. Гиалуроновая кислота является также составной частью стрептококковой группы А внеклеточной капсулы А, и, как полагают, играет важную роль в вирулентности (степени патогенности микроорганизма).

Медицинское применение

Гиалуроновая кислота иногда используется для лечения остеоартрита коленного сустава в виде препарата для инъекций в сустав. Эффективность гиалуроновой кислоты при таком применении, однако, не была доказана, и такое использование может быть связано потенциально с серьезными побочными эффектами. Такие симптомы, как сухая, чешуйчатая кожиа (ксероз), вызванные, например, атопическим дерматитом (экземой), могут лечиться с использованием лосьона для кожи, содержащего гиалуронат натрия в качестве активного ингредиента. При некоторых видах рака, уровни гиалуронана коррелируют со злокачественностью и плохим прогнозом. Гиалуроновая кислота, таким образом, часто используется в качестве опухолевого маркера для определения рака предстательной железы и рака молочной железы. Вещество также может использоваться для мониторинга прогрессирования заболевания. Гиалуроновая кислота также может быть использована в послеоперационном периоде для заживления тканей, особенно после хирургии катаракты. Современные модели заживления ран предлагают использовать более крупные полимеры гиалуроновой кислоты на ранних стадиях заживления, что позволит физически освободить место для белых кровяных клеток, опосредующих иммунный ответ. Гиалуроновая кислота также используется в синтезе биологических каркасов для заживления ран. Эти каркасы, как правило, содержат белки, такие как фибронектин, прикрепленные к гиалуроновой кислоте, чтобы облегчить миграцию клеток в рану. Это особенно важно для людей, страдающих диабетом и хроническими ранами. В 2007 году EMA продлила свое одобрение на препарат Hylan GF-20 для лечения боли при остеоартрите лодыжки и предплечья.

Функции

До конца 1970-х годов, гиалуроновую кислоту считали «вязкой» молекулой, распространенным углеводным полимером и частью внеклеточного матрикса. Гиалуроновая кислота является основным компонентом синовиальной жидкости, которое повышает вязкость жидкости. Наряду с лубрицином, гиалуроновая кислота является одним из основных смазочных компонентов жидкости. Гиалуроновая кислота является важным компонентом суставного хряща, где она служит покрытием вокруг каждой ячейки (хондроцитов). Когда аггрекановые мономеры связываются с гиалуроновой кислотой в присутствии белка, образуются большие, высоко отрицательно заряженные агрегаты. Эти агрегаты впитывают воду и отвечают за упругость хряща (его устойчивость к компрессии). Молекулярная масса (размер) гиалуроновой кислоты в хряще уменьшается с возрастом, но при этом ее количество увеличивается. Гиалуроновая кислота является также основным компонентом кожи и участвует в процессах восстановления тканей. Когда кожа подвергается чрезмерному воздействию ультрафиолетовых лучей спектра B, она становится воспаленной (образуются солнечные ожоги), и клетки в дерме прекращают производство большого количества гиалуроновой кислоты, и увеличивают скорость ее деградации. После ультрафиолетового облучения, продукты деградации гиалуроновой кислоты накапливаются в коже. Присутствуя в изобилии во внеклеточной матрице, гиалуроновая кислота также воздействует на гидродинамику ткани, движение и пролиферацию клеток, а также участвует в ряде взаимодействий рецепторов клеточной поверхности, в том числе основных рецепторов, CD44 и RHAMM. Стимуляция CD44 широко применяется в качестве маркера активации клеток в лимфоцитах. Воздействие Гиалуронана на рост опухоли может быть связано с его взаимодействием с CD44. Рецептор CD44 участвует во взаимодействиях клеточной адгезии, опосредованной с опухолевыми клетками. Несмотря на то, что гиалуроновая кислота связывается с рецептором CD44, есть свидетельства того, что продукты деградации ГК преобразуют их импульс воспаления через толл-подобный рецептор 2 (TLR2), TLR4 или через оба рецептора TLR2 и TLR4 в макрофаги и дендритные клетки. Толл-подобный рецептор и гиалуроновая кислота играют важную роль в формировании врожденного иммунитета. Высокие концентрации гиалуроновой кислоты в мозге крысят, и пониженные концентрации в мозге взрослых крыс, наводят на мысль, что ГК играет важную роль в развитии мозга.

Структура

Свойства ГК впервые были установлены в 1930 году в лаборатории Карла Мейера. Гиалуроновая кислота представляет собой полимер дисахаридов, которые входят в состав D-глюкуроновой кислоты и DN-ацетилглюкозамина, связанные через чередующиеся β-1,4 и β-1,3 гликозидные связи. Гиалуроновая кислота может состоять из 25000 повторяющихся единиц дисахарида в длину. Полимеры ГК могут варьироваться в размере от 5000 до 20000 тысяч Да в естественных условиях. Средняя молекулярная масса гиалуроновой кислоты в синовиальной жидкости человека составляет 3-4 млн Да, а молекулярная масса гиалуроновой кислоты, выделенной из пуповины человека, составляет 3140000 Да. Гиалуроновая кислота является энергетически стабильным веществом, отчасти из-за стереохимии составляющих ее дисахаридов. Громоздкие группы в каждой молекуле сахара находятся на пространственно привилегированных позициях, в то время как меньшие атомы водорода занимают менее благоприятные осевые положения.

Биологический синтез

Гиалуроновая кислота синтезируется классом интегральных мембранных белков, называемых гиалуроновыми синтазами, три типа которых присутствуют у позвоночных: Has1, HAS2, и HAS3. Эти ферменты постепенно удлиняют гуалуронан, попеременно добавляя к нему N – ацетилглюкозамин и глюкуроновую кислоту, в то время пока он выталкивается через ABC-транспортер и через клеточную мембрану во внеклеточное пространство. Синтез гиалуроновой кислоты ингибируется 4-метилумбеллифероном (гимекромон, гепарвит), производной 7-гидрокси-4-метилкумарина. Это селективное ингибирование (без ингибирования других гликозаминогликанов) может оказаться полезным в предотвращении метастазирования злокачественных опухолевых клеток. Недавно была создана генетически модифицированная (ГМО) сенная палочка для получения ГК, в виде запатентованного продукта, пригодного для употребления человеком.

Клеточные рецепторы гиалуроновой кислоты

На настоящий момент, клеточные рецепторы ГК делятся на три основных группы: CD44, рецептор для ГК-опосредованной моторики (RHAMM) и молекула межклеточной адгезии -1. CD44 и ICAM-1 уже были известны как молекулы клеточной адгезии с другими признанными лигандами, до того как было открыто их связывание с ГК. Рецептор CD44 широко распространен по всему телу. Формальная демонстрация связывания ГК-CD44 была предложена Аруффо и соавторами в 1990 году. На сегодняшний день CD44 признан в качестве основного клеточного поверхностного рецептора ГК. CD44 опосредует взаимодействие клеток с ГК и связывание двух функций в качестве важной части в различных физиологических функциях, таких как агрегация, миграция, пролиферация и активация клеток; адгезия клетка-клетка и клетка-субстрат; эндоцитоз ГК, который приводит к катаболизму ГК в макрофагах и т.д. Две значимые роли CD44 в кожных процессах были выдвинуты Кая и другими. Первая заключается в регулировании пролиферации кератиноцитов в ответ на внеклеточные стимулы, а вторая – в поддержании местного гомеостаза ГК. ICAM-1 (фактор межклеточной адгезии 1) известен, главным образом, как метаболический рецептор клеточной поверхности ГК, этот белок может отвечать в основном за клиренс ГК из лимфы и плазмы крови, на его долю приходится, возможно, большая часть всего метаболизма ГК в организме. Таким образом, связь лиганда данного рецептора вызывает высоко скоординированный каскад событий, который включает в себя формирование эндоцитозного пузырька, его соединение с первичными лизосомами, ферментативное расщепления до моносахаридов, активный трансмембранный перенос этих сахаров в клеточном соке, фосфорилирование аспарагиновой кислоты и ферментативное ацетилирование. ICAM-1 может также служить в качестве молекулы клеточной адгезии, связь ГК с ICAM-1 может способствовать контролю ICAM-1-опосредованной воспалительной активации.

Расщепление

Гиалуроновая кислота расщепляется семейством ферментов, называемым гиалуронидазы. В организме человека присутствует, по крайней мере, семь типов ферментов гиалуронидазы, некоторые из которых являются опухолевыми супрессорами. Продукты распада гиалуроновой кислоты, олигосахариды и ГК с очень с низким молекулярным весом, проявляют проангиогенные свойства. В дополнение к этому, недавние исследования показали, что фрагменты гиалуроновой кислоты могут вызывать воспалительные реакции макрофагов и дендритных клеток на месте поврежденной ткани и пересажанной кожи.

Действие

Заживление ран

Кожа обеспечивает механический барьер для внешней среды и действует для предотвращения проникновения инфекционных агентов. Поврежденная ткань подвержена инфицированию; поэтому, быстрое и эффективное лечение имеет решающее значение для реконструкции барьерной функции. Заживление ран на коже представляет собой сложный процесс, и включает в себя множество взаимодействующих процессов, опосредованных гемостазом и выделением тромбоцитарных факторов. Следующими этапами являются: воспаление, образование грануляционной ткани, эпителизация и реконструкция. ГК, вероятно, играет многогранную роль в ходе этих клеточных и матричных процессов. ГК, предположительно, играет роль в заживлении ран кожи.

Воспаление

Многие биологические факторы, такие как факторы роста, цитокины, эйкозаноиды и т.д., генерируются в процессе воспаления. Эти факторы являются необходимыми на последующих стадиях заживления ран, поскольку отвечают за миграцию воспалительных клеток, фибробластов и эндотелиальных клеток в месте раны. В начале воспалительной фазы процесса заживления раны, поврежденная ткань насыщена ГК. Вероятно, это является отражением повышенного синтеза ГК. ГК действует как стимулятор на ранней стадии воспаления и имеет решающее значение в процессе заживления всей поврежденной ткани. Для совершенствования клеточной инфильтрации, велись наблюдения за ГК в мышиной модели воздушного мешка (доклинические исследования; в спинной области мышей создается полость при помощи подкожного введения стерильного воздуха) воспаления, индуцированного каррагинаном/IL-1. Кабаши и его коллеги показали дозозависимое увеличение производства провоспалительных цитокинов TNF -α и IL-8 с помощью маточных фибробластов человека в концентрации ГК от 10 мкг/мл до 1 мг/мл через опосредованный CD44- механизм. Клетки эндотелия, в ответ на воспалительные цитокины, такие как TNF-α, и бактериальные липополисахариды, также синтезируют ГК, что облегчает первичную адгезию цитокин-активированных лимфоцитов, экспрессирующих виды ГК-связи CD44 при условиях ламинарного и статического потока. Интересно отметить, что ГК имеет противоположные двойные функции в воспалительном процессе. Она не только может способствовать заживлению воспаления, как указано выше, но также может вызывать умеренную воспалительную реакцию, которая может способствовать стабилизации матрицы грануляционной ткани.

Гранулирование и организация матрицы грануляционной ткани

Грануляционная ткань является перфузируемой, волокнистой соединительной тканью, которая заменяет сгусток фибрина при заживлении ран. Она, как правило, растет от основания раны и способна заполнить рану практически любых размеров. ГК присутствует в изобилии в матрице грануляционной ткани. Все разнообразие функций клеток, которое необходимо для восстановления тканей, можно приписать к богатой ГК сети. Эти функции включают в себя содействие миграции клеток в предварительной матрице раны, клеточную пролиферацию и организацию матрицы грануляционной ткани. Инициирование воспаления имеет решающее значение для формирования грануляционной ткани, поэтому провоспалительная роль ГК, как описано выше, также вносит свой вклад в эту стадию заживления ран.

ГК и миграция клеток

Миграция клеток имеет важное значение для формирования грануляционной ткани. Ранняя стадия развития грануляционной ткани опосредована богатым ГК внеклеточным матриксом, который рассматривается в качестве благоприятной среды для миграции клеток в этой временной матрице раны. Роль ГК в миграции клеток можно объяснить ее физико-химическими свойствами, как указано выше, а также ее прямым взаимодействием с клетками. Для осуществления первого сценария, ГК предоставляет собой открытую водосодержащую матрицу, которая облегчает миграцию клеток, тогда как в последнем случае, направленная миграция и контроль двигательных механизмов клетки опосредованы через специфическое взаимодействие клеток между ГК и поверхностными клеточными рецепторами ГК. Как уже говорилось ранее, тремя главными поверхностными клеточными рецепторами ГК являются CD44, RHAMM, и ICAM-1. RHAMM больше связан с клеточной миграцией. Он образует связи с несколькими протеинкиназами, связанными с клеточной локомоцией, например, внеклеточной регулируемой протеинкиназой (ERK), p125fak и pp60c-Src. Во время эмбрионального развития, путь миграции, через который мигрируют клетки нервного гребня, богат ГК. ГК тесно связана с процессом миграции клеток в матрице грануляционной ткани, исследования показывают, что движение клеток может быть перекрыто, по крайней мере, частично, деградацией ГК или путем блокирования связывания ГК с рецептором. Обеспечивая динамическую силу в клетке, синтез ГК также связан с клеточной миграцией. Как правило, ГК синтезируется в плазматической мембране и выходит непосредственно во внеклеточную среду. Это может способствовать гидратации микросреды в местах синтеза, и имеет важное значение для миграции клеток путем содействия клеточному отщеплению.

Роль ГК при регулировании воспалительного ответа

Хотя воспаление является составной частью формирования грануляционной ткани, для нормального восстановления тканей, должно процесс воспаления следует сдержать. Гранулированная ткань подвержена воспалениям, имеет высокую скорость метаболизма, опосредованного деградацией матричных ферментов и реакционноспособных метаболитов кислорода, которые являются продуктами воспалительных клеток. Стабилизация матрицы грануляционной ткани может быть достигнута путем сдерживания воспаления. ГК функционирует как важный фактор в этом процессе замедления, что противоречит ее роли в воспалительной стимуляции, как описано выше. ГК может защитить от вредного воздействия свободных радикалов на клетки. В исследованиях Фоши Д. и коллег на крысиной модели, было показало, что ГК поглощает свободные радикалы, тем самым уменьшая ущерб, нанесенный грануляционной ткани. В дополнение к роли поглощения свободных радикалов, ГК может также функционировать в отрицательной обратной петле воспалительной активации через ее специфические биологические взаимодействия с биологическими компонентами воспаления. ФНО-α, важный цитокин, генерируемый при воспалении, стимулирует экспрессию TSG-6 (ФНО-стимулирующего гена 6) в фибробластах и воспалительных клетках. TSG-6, ГК-связывающий белок, также образует стабильный комплекс с сывороточным ингибитором протеиназы IαI (Inter-α-ингибитор), оказывая синергический эффект на плазмин-ингибирующую активность последнего. Плазмин вовлечен в активацию протеолитического каскада матриксных металлопротеиназ и других белков, ведущих к воспалительному повреждению ткани. Таким образом, действие TSG-6/IαI комплексов, которые могут быть дополнительно организованны посредством связывания с ГК во внеклеточном матриксе, могут служить в качестве мощной петли отрицательной обратной связи при умеренном воспалении и стабилизировать грануляционную ткань, по мере того как заживление будет прогрессировать. В мышиной модели воздушного мешка при воспалении, индуцированном каррагенаном/ИЛ-1 (интерлейкином-1β), где ГК проявляла противовоспалительные свойства, уменьшение воспаления могло быть достигнуто путем введения TSG-6. Результат при этом сопоставим с системной терапией дексаметазоном.

Реэпителизация

ГК играет важную роль в нормализации эпидермиса. ГК имеет важные функции в процессе реэпителизации, за счет нескольких своих свойств. Она служит в качестве неотъемлемой части внеклеточного матрикса базальных кератиноцитов, которые являются основными составляющими эпидермиса; ГК служит для «очищения» кожи от свободных радикалов и играет роль в пролиферации и миграции кератиноцитов. В нормальной коже, ГК в относительных высоких концентрациях содержится в базальном слое эпидермиса, где находятся пролиферирующие кератиноциты. CD44 соединяется с ГК в базальном слое эпидермиса, где он экспрессируется на плазме мембраны, сталкиваясь с богатыми ГК матричными мешочками. Основными функциями ГК в эпидермисе являются поддержание внеклеточного пространства и обеспечение открытой и гидратированной структуры для прохождения питательных веществ. Тамми П. и другие его коллеги обнаружили увеличение содержания ГК при наличии ретиноевой кислоты (витамина А). Предлагаемые эффекты ретиноевой кислоты в отношении фото-повреждения и старения кожи могут быть связаны, по крайней мере, частично, с увеличением содержание ГК в коже, порождая увеличение гидратации ткани. Было высказано предположение, что свойство ГК по удалению свободных радикалов способствует защите от солнечного излучения, поддерживает роль CD44 в качестве рецептора ГК в эпидермисе. Эпидермальная ГК также функционирует в качестве манипулятора в процессе пролиферации кератиноцитов, что очень важно для нормального функционирования эпидермиса, а также во время эпителизации при восстановлении тканей. В процессе заживления ран, ГК экспрессируется по краям раны, в матрице соединительной ткани. Кая и соавторы показали, что подавление экспрессии CD44 с помощью определенного трансгена, приводит в результате у животных к дефициту ГК и различным морфологическим изменениям базальных кератиноцитов и неправильному распространению кератиноцитов в ответ на митоген и факторы роста. Наблюдалось также снижение эластичности кожи, нарушение местной воспалительной реакции и нарушения репарации тканей. Их наблюдения поддерживают важную роль ГК и CD44 в физиологии кожи и восстановлении тканей.

Эмбриональное заживление ран и рубцов

Отсутствие волокнистых рубцов является основным признаком заживления ран у плода. Даже в течение более длительных периодов, содержание ГК в ранах плода выше, чем в ранах у взрослых, что позволяет предположить, что ГК, по крайней мере, частично, снижает отложение коллагена и поэтому приводит к снижению образования рубцов. Это предположение согласуется с исследованиями Веста и др., которые показали, что изъятие ГК у взрослых и у плода на поздних сроках беременности вызывает появление фиброзных рубцов.

Роль в метастазировании

Синтазы гиалуроновой кислоты (ГКС) играют роль во всех стадиях раковых метастазов. При производстве анти-адгезионной ГК, ГКС может позволить опухолевым клеткам освободиться от первичной опухолевой массы, и если ГК связывается с рецепторами, такими как CD44, активация ГТФазы может способствовать эпителиальным-мезенхимальным переходам (ЭМП) раковых клеток. Во время процессов интровазации или экстравазации, взаимодействие ГКС, производящих ГК рецепторы, такие как CD44 и RHAMM, провоцирует изменения в клетках, которые позволяют раковым клеткам проникать в кровеносную или лимфатическую системы. Во время передвижения в этих системах, ГК, производимая ГКС, защищает раковые клетки от механических повреждений. Наконец, в формировании метастатических поражений, ГКС производит ГК, чтобы позволить раковым клеткам взаимодействовать с родными клетками на вторичном узле, и производить опухоль. Гиалуронидазы (HAase или HYAL) также играют множество ролей в формировании раковых метастаз. Помогая разрушать внеклеточный матрикс, окружающий опухоль, гиалуронидазы помогают раковым клеткам уходить от первичной массы опухоли и играют важную роль в интровазии, позволяя осуществлять распад базальной лимфатической мембраны или кровеносного сосуда. Гиалуронидазы участвуют в создании метастатического поражения, способствуя экстравазации и очищая внеклеточный матрикс. Наконец, гиалуронидазы играют ключевую роль в процессе ангиогенеза. Фрагменты ГК стимулируют ангиогенез и гиалуронидазы, производящие эти фрагменты. Интересно, что гипоксия также увеличивает производство ГК и активность гиулоронидазов. Рецепторы гиалуроновой кислоты, CD44 и RHAMM, наиболее хорошо изучены с точки зрения их роли в раковом метастазировании. Повышенная экспрессия CD44 клинически положительно коррелирует с метастазами в ряде типов опухолей. CD44 влияет на адгезию опухолевых клеток друг к другу и к эндотелиальным клеткам, перестраивает цитоскелет через Rho ГТФазу, и увеличивает активность разрушающих ферментов внеклеточного матрикса. Повышенная экспрессия RHAMM также клинически коррелировала с метастазами рака. С точки зрения механики, RHAMM способствует подвижности раковых клеток через ряд путей, включая фокальную киназу адгезии (ФАК), МАР-киназу (МАРК), PP60 (с-SRC), и ГТФазы. Рецептор ГК-индуцированной подвижности может также взаимодействовать с CD44, стимулируя ангиогенез в сторону метастатического поражения.

Инъекции гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота является распространенным ингредиентом в продуктах по уходу за кожей. До недавнего времени, наполнители гиалуроновой кислоты вводили, используя классическую острую иглу для подкожных инъекций. Игла проходила через нервы и сосуды, вызывая боль и синяки. В 2009 году была разработана новая техника, с помощью которой кожа прокалывается острой иглой, а затем микроскопическая полая игла скользит под кожей, не прокалывая ее глубже.

Добавки в коневодстве

Гиалуроновая кислота используется для лечения суставных заболеваний у лошадей, в особенности во время соревнований или тяжелой работы. ГК предписывается при запястной и скакательной дисфункции, при отсутствии подозрений на сепсис или перелом. Часто используется при синовите, связанном с остеоартритом у лошадей. Вещество может вводиться непосредственно в пораженный сустав, или внутривенно при менее локализованных нарушениях. Может вызывать слабое нагревание связок при прямом введении, но не влияет на клинические результаты. При внутрисуставном введении, лекарство полностью метаболизируется, менее чем за неделю. Обратите внимание, что, в соответствии с канадским регулированием, гиалуроновая кислота, HY-50, не должна вводиться животным, предназначенным на убой. В Европе, однако, не считают, что этот препарат оказывает какой-либо эффект и влияет на вкусовые качества конины.

Этимология

Гиалуроновая кислота извлекается из гилоса (от греч. «стекловидное тело») и уроновой кислоты, так как она была впервые выделена из стекловидного тела и обладает высоким содержанием уроновой кислоты. Термин «гиалуронат» относится к сопряженной основе гиалуроновой кислоты. Поскольку молекула, как правило, присутствует в естественных условиях в полианионном виде, ее обычно называют гиалуроновой кислотой.

История

Гиалуроновая кислота содержится во многих тканях организма, таких как кожа, хрящи и стекловидное тело. Поэтому она хорошо подходит в качестве дополнения биомедицинских добавок, ориентированных на эти ткани. Первый биомедицинский продукт из ГК, Геалон, был разработан в 1970-х и 1980-х гг. компаний Pharmacia, и предназначался для использования в хирургии глаза (а именно, при пересадке роговицы, хирургии катаракты, глаукомы, и операциях по восстановлению отслоенной сетчатки). Другие биомедицинские компании также производят марки ГК для использования в глазной хирургии. Исходный гиалуронан имеет относительно короткий период полураспада (что было показано в опытах на кроликах), поэтому для увеличения длины цепи и стабилизации молекулы для ее использования в медицинских целях были разработаны различные технологии производства. Использовались такие методы, как внедрение перекрестных связей на основе белка, внедрение молекул, поглощающих свободные радикалы, таких как сорбит, и минимальная стабилизация цепей ГК с помощью химических агентов, например, стабилизированная гиалуроновая кислота неживотного происхождения. В конце 1970-х, интраокулярная имплантация линз часто сопровождалась тяжелым отеком роговицы, за счет повреждения эндотелия клеток во время операции. Было очевидно, что необходима вязкая, прозрачная, физиологическая смазка для предотвращения такого соскоба из эндотелиальных клеток.

Исследования

Благодаря своей высокой биосовместимости и присутствию во внеклеточном матриксе тканей, гиалуроновая кислота становится популярной в качестве биоматериала в исследованиях тканевой инженерии. В частности, ряд научно-исследовательских групп обнаружили особые свойства гиалуроновой кислоты в области тканевой инженерии. Эта дополнительная функция позволяет исследователям сформировать требуемую форму, а также воспроизвести терапевтические молекулы. Гиалуроновая кислота может быть создана путем присоединения тиолов (торговое название: Extracel, HyStem), метакрилатов, гексадисиломидов (торговое название: Hymovis), и тираминов (торговое название: Corgel). Гиалуроновая кислота также может быть создана нарямую из формальдегида (торговое название: Hylan-A) или из дивинилсульфона (торговое название: Hylan-B). Благодаря своей способности регулировать ангиогенез путем стимулирования пролиферации эндотелиальных клеток, гиалуроновая кислота может быть использована для создания гидрогелей для изучения морфогенеза сосудов. Эти гидрогели имеют свойства, подобные человеческим мягким тканям, но также легко контролируются и изменяются, что делает ГК очень подходящим веществом для исследований в области тканевой инженерии. Например, гидрогели ГК применяются для воспроизводства сосудистой сети из эндотелиальных клеток-предшественников с использованием соответствующих факторов роста, таких как VEGF и Ang-1, чтобы способствовать пролиферации и образованию сосудистой сети. В этих гелях имеется вакуоль (небольшая полость) и образование просвета, сопровождаемые разветвлением и прорастанием через деградацию гидрогеля и, в конечном счете, образующие конструкцию сложной сети. Способность генерировать сосудистые сети, используя гидрогели ГК, приводит к возможности клинического применения ГК. В исследовании в естественных условиях, когда гидрогель ГК с эндотелиальными колониеобразующими клетками были имплантированы мышам через три дня после формирования гидрогеля, воспроизведенная сосудистая сеть прижилась в течение 2 недель после имплантации. Это указывает на жизнеспособность и функциональность сосудистой сети.

Гиалуроновая кислота купить

Гиалуроновая кислота является достаточно важным компонентом, который входит в состав соединительной ткани, а также содержится в биологических жидкостях (в частности - синовиальной) и производится гиалуронат-синтетазами (класс мембранных белков). Гиалуроновая кислота является трансдермальной системой доставки многих других активных компонентов, необходимых для здоровья кожи лица. На рынке существует масса препаратов, содержащих в качестве компонента гиалуроновую кислоту, и применяемых в косметологии и медицине.

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.

Структура

Молекула гиалуроновой кислоты похожа на длинную ленту, построенную из чередующихся сахаров - D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. образующих базовую дисахаридную единицу (рис. 1 ).

Рис.1. Гиалуроновая кислота состоит из чередующихся дисахаридных едениц

В одной цепочке может быть до 250 тысяч дисахаридных единиц. Молекулярная масса этого природного полисахарида достигает 10 тысяч кДа. ГК входит в состав синовиальной жидкости, стекловидного тела, встречается в пупочном канатике, роговице, костях, клапанах сердца, оболочках яйцеклеток.

Принципиально важным является свойство гиалуроновой кислоты (ГК) связывать и удерживать (за счет водородных связей) большое количество воды: 1 молекула ГК связывает 200-500 молекул воды. При этом она обладает эффектом «памперса» - не отдает воду даже при уменьшении ее содержания в окружающей среде. Высокая плотность отрицательных зарядов, образующихся при диссоциации карбоксильных (кислотных) групп, притягивает массу катионов, таких как ионы Na+, которые являются осмотически активными и обуславливают поступление в матрикс еще большего количества воды. Формирующееся при этом высокое давление набухания и есть то, что мы называем тургором. Тургор дермы, определяющийся содержанием и свойствами ГК, обеспечивает тургор .

Поскольку в молекуле есть как гидрофильные, так и гидрофобные участки, в растворах высокомолекулярная ГК (М.м > 1000 кДа) приобретает пространственную структуру в виде хаотично закрученной ленты, которая в трехмерном пространстве образует рыхлый клубок. Такие клубки занимают огромный объем (в тысячи раз больший, чем объем самих макромолекул!), образуя вязкий гель даже при очень низкой концентрации.

Формирующиеся пространственные сети с ячейками определенного размера обеспечивают «естественный отбор» циркулирующих молекул. Такое природное «молекулярное сито» свободно пропускает ионы, сахара, аминокислоты, сигнальные молекулы, но задерживает (и накапливает) большие молекулы, в том числе и различные токсины.

Метаболизм

Синтез ГК происходит на внутренней поверхности плазматической мембраны фибробластов. Молекулы моносахаров, из которых выстраивается полимерная цепочка, образуются из глюкозы, донором аминогруппы является глутамин. По мере формирования макромолекула выводится наружу (рис. 2 ).

Рис.2. Синтез гликозаминогликатов фибропластами (по H. Heine, 1997)

Синтез ГК катализируется ферментом гиалуронатсинтетазой (HAS), представленной тремя разновидностями (Itano N.):

• HASi - осуществляет медленный синтез цепей с М.м около 200-2000 кДа,
• HAS2 - отвечает за быстрый синтез высокомолекулярной ГК с М.м. более 2000 кДа),
• HAS3 - самый активный из ферментов, участвующий в синтезе ГК с М.м. около 200-2000 кДа.

Гиалуроновой кислоты в дерме синтезируется намного больше, чем катаболизируется. Оказывается, значительная ее часть предназначена для дренирования через лимфатическую систему, что является важным механизмом детоксикации ткани, ведь вместе с ней удаляются «запутавшиеся» 8 молекулярных «сетях» экзо- и эндотоксины. В лимфатические сосуды способны проникать даже большие цепи ГК с М.м. около 1000 кДа.

Катаболизм ГК носит ступенчатый характер, и ему придается большое значение в регуляции состояния матрикса. В настоящее время биотрансформацию ГК рассматривают как важнейший фактор поддержания гомеостаза и один из универсальных механизмов развития патологических процессов (воспаления.опухолевой инвазии и метастазирования), ведь по мере уменьшения длины исходной цепочки образуются фрагменты с собственной биологической активностью (таблица 2 ).

Катаболизируется ГК с участием гиалуронидаз (I и II типа), катализирующих реакции гидролиза и деполимеризации (внеклеточная деградация). Мелкие фрагменты частично фагоцитируются макрофагами и подвергаются дальнейшему катаболизму с участием лизосомальных ферментов (3-глюкуронидазы и (3-ацетилглюкозаминидазы (внутриклеточная деградация). 90% ГК, попавшей в периферический лимфоток, разрушается в лимфоузлах, 9% - в эндотелиоцитах печени и 1% - в селезенке.

В организме взрослого человека весом 70 кг в составе всех органов и тканей суммарно содержится около 15 г гиалуроновой кислоты, причем 50% приходится именно на кожу.
Ежедневно около 5 г ГК разрушается и вновь синтезируется, то есть время «жизни» этой молекулы ограничивается несколькими днями. ГК - самый быстро обновляемый компонент внеклеточного матрикса. Для сравнения: «продолжительность жизни» зрелого коллагенового волокна - несколько месяцев, волокна эластина вообще относятся к практически необновляемым структурам.

Таблица 2. Биологические функции молекул гиалуроновой кислоты с различной молекулярной массой (Stern R et al, 2006)

ГК в жизни клеточного сообщества

ГК входит в состав не только , но и многих других органов и тканей. И на уровне всего организма регуляция ее биосинтеза фибробластами осуществляется нейроэндокринной системой. Важная роль принадлежит гормону передней доли гипофиза - соматотропину, который стимулирует деление и синтетическую активность клеток соединительной ткани. Кортикотропин и глюкокортикоиды (кортизон, гидрокортизон) угнетают деление фибробластов, способствуют их «ускоренному старению», что сопровождается уменьшением синтеза коллагена и гиалуроновой кислоты. Минералокортикоиды (альдостерон, дезоксикортикостерон), напротив, стимулируют образование ГК. Аналогичным эффектом обладают эстрогены (см. Приложение «ГК в организме человека: интересные факты»).

В дерме поддержание уровня ГК обеспечивается механизмами ауторегуляции по принципу обратной связи (схема 2 ).

Взаимодействие ГК с клетками происходит с участием специфичных белков- гиаладгеринов, которые могут быть как элементами рецепторного аппарата клеток (RHAMM, IHABP), так и внеклеточными структурами, к которым относятся верзикан, аггрекан, фибриноген, коллаген VI типа (см. Приложение «Взаимодействие ГК с рецепторами - механизм реализации ее биологической активности»).

На этом самом месте стоит, наверное, приостановиться и задуматься. С чем связано такое широкое распространение ГК в организме человека? И в животном мире вообще? Чем определяется многообразие механизмов регуляции ее метаболизма? Почему по мере деградации биологическая активность не исчезает, а видоизменяется? Обобщая все вышесказанное и заглядывая вперед, можно предположить: ответ кроется в многообразии биологических функций этого уникального биополимера (таблица 3 ).

Таблица 3 . Биологическая роль гиалуроновой кислоты

ГК и старение

Вопрос о том, изменяется ли с возрастом содержание ГК в коже, остается дискуссионным. Однако известно точно, что по мере старения организма все большее количество ГК переходит из свободного состояния в связанное (с белками). При этом она частично утрачивает свои уникальные способности, а именно: ингибировать реакции свободно-радикального окисления, вовлекаться в метаболический путь и стимулировать фибробласты, привлекать и удерживать воду. За счет снижения содержания воды кожа теряет упругость, и ее гладкий рельеф деформируется морщинами и складками.