Hyaluronzuur is een product van dierlijke oorsprong, dat veel wordt gebruikt in de geneeskunde en cosmetica. De eigenschappen van deze stof zijn nog niet volledig begrepen en het effect ervan op het menselijk lichaam is veelbelovend voor de creatie van nieuwe generatie medicijnen. Deze verbinding is actief betrokken bij de processen van embryogenese, celdeling, hun differentiatie en beweging tijdens de immuunrespons.
Ontdekkingsgeschiedenis en terminologie
Hyaluronzuur verwijst volgens de formule naar glycosaminoglycanen, waarvan de moleculen bestaan uit herhalende eenheden die geen sulfaatgroepen bevatten. Voor het eerst werd deze verbinding met een hoog molecuulgewicht geïsoleerd uit het glasvocht van runderen. Aanvankelijk gingen wetenschappers ervan uit dat de stof alleen kenmerkend was voor zoogdieren. In 1937 werd dit echter weerlegd - het werd verkregen uit een vloeibaar medium waarin hemolytische streptokokken werden gekweekt. In 1954 werd het voor het eerst gepubliceerd in het Britse algemene wetenschappelijke tijdschrift Naturestructuurformule van hyaluronzuur.
De algemene naam van de stof wordt geassocieerd met de geschiedenis van zijn ontdekking (eng. "hyaloïde" - glasvocht, "uronzuur" - uronzuur). In internationale chemische terminologie is er ook de naam "hyaluronan", die het zuur en zijn zouten combineert. De chemische formule van hyaluronzuur is: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Momenteel is het toepassingsgebied erg breed: geneeskunde, cosmetologie, farmacie. Als hoofd- en hulpstof wordt hyaluronzuur gebruikt. De eigenschappen van de verbinding, die de afgelopen jaren zijn ontdekt, bieden goede vooruitzichten voor gebruik in de toekomst, dus de vraag naar dit biopolymeer groeit voortdurend.
Gebouw
Hyaluronzuurformule is een typisch anionisch polysacharide. Moleculen zijn verbonden in lange lineaire ketens. Verwante stoffen - glucose-aminoglycanen - hebben een groot aantal gesulfateerde groepen. Dit verklaart de vorming van verschillende isomeren - verbindingen die verschillen in de ruimtelijke ordening van atomen. Hun chemische eigenschappen verschillen ook. Hyaluronzuur is, in tegenstelling tot glycosaminoglycanen, altijd chemisch identiek. De eigenschappen zijn niet afhankelijk van de verkrijgingsmethoden en het type bronmateriaal.
De samenstelling van hyaluronzuur omvat D-glucuronzuur en N-acetyl-D-glycosamine, die onderling verbonden zijn door een bèta-glycosidische binding en de disaccharide-eenheden ervan vormen (glucopyranoseringen met een molecuulgewicht van ongeveer 450 Da). Hun aantal in de moleculen van deze verbinding kan 25.000 bereiken. Hierdoor heeft het zuur een hoog molecuulgewicht (5.000-20.000.000 Da).
De structuurformule van het disacharidefragment van hyaluronzuur wordt weergegeven in de onderstaande figuur.
De samenstelling van het zuur bevat hydrofobe en hydrofiele gebieden, waardoor deze hoogmoleculaire verbinding in de ruimte eruitziet als een gedraaid lint. De combinatie van meerdere kettingen vormen een bal van losse structuur. Het vermogen om tot 1000 watermoleculen te binden en vast te houden is een ander kenmerk van de hyaluronzuurformule. De biochemie van deze stof is voornamelijk te danken aan zijn hoge hygroscopiciteit, die zorgt voor de verzadiging van weefsels met water en het behoud van het interne volume.
Chemische eigenschappen
Hyaluronzuur heeft de volgende karakteristieke chemische eigenschappen:
- vorming van een groot aantal waterstofbruggen;
- creatie van een zure reactie van het medium in waterige oplossingen door de aanwezigheid van een gedeprotoneerde carboxylgroep;
- vorming van oplosbare zouten met alkalimetalen;
- vorming in een waterige oplossing van een sterke gelstructuur (pseudogel) die een aanzienlijke hoeveelheid vocht bevat (eiwitcomplexen slaan vaak neer);
- creatie van onoplosbare complexen met zware metalen en kleurstoffen.
Uiterlijk lijken waterige oplossingen van een stof qua consistentie op eiwit. De structuurformule van hyaluronzuur stelt u in staat omhet heeft verschillende vormen, afhankelijk van de ionische omgeving van het medium:
- linker enkele helix;
- multifilament platte structuren;
- dubbele helix;
- supercoiled structuren met een dicht moleculair netwerk.
De laatste vorm is tertiair en kan een grote hoeveelheid water, elektrolyten en eiwitten met een hoog molecuulgewicht opnemen.
Verschillen in hyaluronzuur van verschillende oorsprong
Zoals hierboven vermeld, lijkt de structuur van deze stof erg op elkaar, ongeacht de productiebron. Het verschil tussen zuren van bacteriële en dierlijke oorsprong is de mate van polymerisatie. Hyaluronzuurformule van dierlijke oorsprong is langer dan de bacteriële vorm (respectievelijk 4.000-6.000 en 10.000-15.000 monomeren).
De oplosbaarheid in water van deze stoffen is hetzelfde en hangt voornamelijk af van de aanwezigheid van hydroxyl- en zoutgroepen in disaccharideresiduen. Aangezien de chemische structuur van het zuur inherent gelijk is bij alle levende individuen, minimaliseert dit het risico op ongunstige immunologische reacties en afstoting bij toediening aan mens en dier.
Rol in de natuur
De belangrijkste locatie van hyaluronzuur is de samenstelling van de intercellulaire (of extracellulaire) matrix van zoogdierweefsels. Zoals wetenschappelijke studies aantonen, is het ook aanwezig in de capsules van sommige bacteriën - streptokokken, stafylokokken en andere parasitaire micro-organismen. De synthese van de verbinding vindt ook plaats in het lichaam van ongewervelde dieren (protozoa,geleedpotigen, stekelhuidigen, wormen).
Wetenschappers suggereren dat het vermogen om hyaluronzuur in bacteriën te produceren is geëvolueerd om hun virulente eigenschappen in het gastheerorganisme te vergroten. Door zijn aanwezigheid kunnen micro-organismen gemakkelijk de huid binnendringen en koloniseren. Dergelijke parasitaire bacteriën zijn in staat om de immuunrespons van de gastheer te neutraliseren en de ontwikkeling van een actiever ontstekingsproces uit te lokken dan andere stammen van microben.
Hyaluronzuur wordt geproduceerd door eiwitten die zijn ingebed in de celwand of membranen van intracellulaire organellen. De hoogste concentratie van een stof in het menselijk lichaam wordt waargenomen in de vloeistof die de gewrichtsholte vult, in de navelstreng, het glasachtig lichaam van het oog en de huid.
Metabolisme
De synthese van hyaluronzuur vindt plaats in de vorm van enzymatische reacties in 3 fasen:
- Glucose-6-fosfaat – glucose-1-fosfaat (gefosforyleerde glucose) – UDP-glucose – glucuronzuur.
- Aminosuiker – glucosamine-6-fosfaat – N-acetylglucosamine-1-fosfaat – UDP-N-acetylglucosamine-1-fosfaat.
- Glycosidetransferasereactie waarbij het enzym hyaluronaatsynthetase betrokken is.
Per dag wordt in het menselijk lichaam ongeveer 5 g van deze stof geproduceerd en afgebroken. De totale hoeveelheid zuur is ongeveer zevenduizendste van een gewichtsprocent. Bij gewervelde dieren vindt zuursynthese plaats onder invloed van 3 soorten enzymeiwitten (hyaluronaatsynthetasen). Het zijn metalloproteïnen die zijn samengesteld uit metaalkationen en glucosidefosfaten. Hyaluronaatsynthetasen zijn de enige enzymenkatalyseren van de productie van zuur.
Het proces van vernietiging van C₂₈H₄₄N₂O₂₃-moleculen vindt plaats onder invloed van hyaluronan-lytische enzymen. In het menselijk lichaam zijn er minstens zeven, en sommige onderdrukken de processen van tumorvorming. De afbraakproducten van hyaluronzuur zijn oligo- en polysachariden, die de vorming van nieuwe bloedvaten stimuleren.
Functies in het menselijk lichaam
Collageen en hyaluronzuur in de samenstelling van de menselijke huid zijn de meest waardevolle stoffen waarvan de elasticiteit en gladheid van de dermis afhangt. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ vervult de volgende functies:
- behoud van water, dat zorgt voor de elasticiteit van de huid en haar turgor;
- het creëren van de vereiste mate van viscositeit van de interstitiële vloeistof;
- deelname aan de reproductie van de belangrijkste en immunocompetente cellen van de epidermis;
- ondersteuning van groei en herstel van beschadigde huid;
- versterking van collageenvezels;
- versterking van de lokale immuniteit;
- bescherming tegen vrije radicalen, chemische en biologische agentia.
De hoogste concentratie van deze stof wordt waargenomen in de huid van het embryo. Bij het ouder worden bindt het meeste zuur zich aan eiwitten, wat de hydratatie van de huid vermindert. Vooral bij 50-plussers is het vermogen om het metabolisme zelf te reguleren sterk verminderd.
De volgende eigenschappen van hyaluronzuur in gewrichtsvloeistof zijn ook bepaald:
- formatiehomogene structuur om een specifieke component van kraakbeen vast te houden - chondroïtinesulfaat;
- versterking van het collageenraamwerk van het kraakbeen;
- smering van bewegende delen van de gewrichten, waardoor slijtage wordt verminderd.
De biologische rol van zuurmoleculen is afhankelijk van hun molecuulgewicht. Zo hebben verbindingen die tot 1500 monomeren bevatten een ontstekingsremmende werking en nemen ze actief deel aan de opbouw van het collageennetwerk. Polymeren met een keten van maximaal 2000 monomeren spelen een rol bij het handhaven van de hydrobalans, en hoogmoleculaire verbindingen hebben de meest uitgesproken antioxiderende eigenschappen.
Hyaluronzuur is ook betrokken bij de vorming en ontwikkeling van het embryo, bij de controle van celmobiliteit - celmigratie van de ene plaats naar de andere, bij sommige interacties met celreceptoren aan het oppervlak.
Ontvangen
Er zijn 2 hoofdgroepen van manieren om een stof te verkrijgen:
- Fysisch-chemisch (extractie uit weefsels van zoogdieren, gewervelde dieren en vogels). Omdat dierlijke grondstoffen vaak zuur bevatten in combinatie met eiwitten en andere polysachariden, is een grondige zuivering van het resulterende product vereist, wat de kosten van het uiteindelijke medicijn beïnvloedt. Om zuur op industriële schaal te verkrijgen, worden de navelstreng van pasgeborenen en de kammen van gedomesticeerde kippen gebruikt. Er zijn andere extractiemethoden - uit de ogen van vee, de vloeistof die de holtes van de gewrichten en gewrichtszakken vult; bloed plasma,kraakbeen, varkensleer.
- Microbiële methoden op basis van gekweekte bacteriën. De belangrijkste producenten zijn de bacteriën Pasteurellamultocida en Streptococcus. Deze methoden werden voor het eerst getest in 1953. Ze zijn zuiniger en zijn ook niet afhankelijk van seizoensgebonden aanvoer van grondstoffen.
In het eerste geval worden biologische materialen vernietigd door maal- en homogenisatiemethoden en vervolgens wordt zuur geëxtraheerd in een mengsel met peptiden door blootstelling aan organische oplosmiddelen. De resulterende massa wordt behandeld met enzymen of eiwitten worden verwijderd door denaturatie met chloroform of een mengsel van ethanol en amylalcohol. Daarna wordt de stof geconcentreerd op actieve kool. De uiteindelijke zuivering gebeurt door ionenuitwisselingschromatografie of precipitatie met cetylpyridiniumchloride.
Medisch gebruik
Hyaluronzuur wordt gebruikt voor de volgende pathologieën:
- oogheelkunde – cataract; gebruik als chirurgische omgeving tijdens operaties;
- orthopedie - osteoartritis, bescherming van gewrichtskraakbeen tegen vernietiging, evenals om het herstel te stimuleren (gewrichtsvloeistof-endoprothesen);
- chirurgie - augmentatie van weke delen, operaties met uitgebreide kraakbeenexcisie;
- farmaceutica - productie van geneesmiddelen op basis van de polymeerstructuur van de verbinding (tabletten, capsules, crèmes, gels, zalven);
- voedingsindustrie - sportvoeding;
- gynaecologie - anti-adhesiefondsen;
- dermatologie - behandeling van brandwonden, posttrombotische trofische huidaandoeningen.
Volgens de voorspellingen van wetenschappers kan deze stof de basis worden voor een nieuwe groep geneesmiddelen voor de behandeling van kanker.
Andere eigenschappen van het zuur zijn ook veelbelovend:
- antimicrobieel, antiviraal effect (de verbinding is actief tegen het herpesvirus en andere);
- verbetering van de bloedmicrocirculatie;
- ontstekingsremmend effect;
- langdurige werking (geleidelijk oplossen in menselijke weefsels).
Vitaminen
Hyaluronzuur in de samenstelling van vitamines wordt gebruikt in de vorm van gezuiverd natriumhyaluronaat, dat het analoog is. Het belangrijkste doel van de stof is om de jeugdigheid van de huid te behouden, deze te hydrateren en wonden te genezen. Om de opname te verbeteren, wordt ascorbinezuur toegevoegd aan de samenstelling van vitaminecomplexen.
Er wordt ook onderzoek gedaan naar de ontwikkeling van medicijnen en voedingssupplementen met ontstekingsremmende en immunomodulerende effecten die op veel gebieden van menselijke activiteit kunnen worden gebruikt.
Cosmetologie
In de cosmetologie wordt deze verbinding gebruikt om leeftijdsgerelateerde veranderingen te corrigeren. Doordat de structuur van het zuur in alle levende organismen gelijk is, is het geschikt als dermale vuller (injectie), vooral rond de ogen. Om ervoor te zorgen dat de stof langer in de opperhuid blijft, wordt deze gemodificeerd met behulp van crosslink-moleculen.(verknopers). Verknoopte vulstoffen verschillen van elkaar in termen van gelviscositeit, zuurconcentratie en duur van resorptie in de huid.
Injecties worden intra- of subcutaan toegediend in de vorm van een 1-3% waterige oplossing. Dit helpt de elasticiteit en stevigheid van weefsels te vergroten, een merkbare verzachting van rimpels.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ wordt ook toegevoegd aan de samenstelling van externe cosmetica - gels, schuimen, crèmes en andere basisproducten. Hyaluronzuur in de samenstelling wordt hyaluronzuur genoemd (en natriumhyaluronaat is natriumhyaluronaat). Dit type cosmetisch product heeft dezelfde eigenschappen als fillers - het voorkomt de vorming van rimpels, acne en helpt de huid te verzadigen met vocht.
