هیالورونیک اسید محصولی با منشاء حیوانی است که در پزشکی و زیبایی کاربرد فراوانی دارد. خواص این ماده هنوز به طور کامل شناخته نشده است و تأثیر آن بر بدن انسان برای ساخت داروهای نسل جدید امیدوار کننده است. این ترکیب به طور فعال در فرآیندهای جنین زایی، تقسیم سلولی، تمایز و حرکت آنها در طول پاسخ ایمنی نقش دارد.
تاریخچه کشف و اصطلاحات
هیالورونیک اسید طبق فرمول به گلیکوزآمینوگلیکان ها اطلاق می شود که مولکول های آن از واحدهای تکرار شونده تشکیل شده است که حاوی گروه های سولفات نیستند. برای اولین بار این ترکیب با وزن مولکولی بالا از بدن زجاجیه گاو جدا شد. در ابتدا دانشمندان تصور می کردند که این ماده فقط مختص پستانداران است. با این حال، در سال 1937 این موضوع رد شد - از یک محیط مایع که در آن استرپتوکوک همولیتیک کشت می شد به دست آمد. در سال 1954، برای اولین بار در مجله علمی عمومی بریتانیا Nature منتشر شدفرمول ساختاری اسید هیالورونیک.
نام رایج این ماده با تاریخچه کشف آن مرتبط است (eng. "hyaloid" - vitreous، "uronic acid" - uronic acid). در اصطلاحات شیمیایی بین المللی، نام "هیالورونان" نیز وجود دارد که ترکیبی از اسید و نمک های آن است. فرمول شیمیایی اسید هیالورونیک عبارت است از: C28H44N2O23.
در حال حاضر، دامنه کاربرد آن بسیار گسترده است: پزشکی، آرایشی، داروسازی. اسید هیالورونیک به عنوان ماده اصلی و کمکی استفاده می شود. خواص این ترکیب که در سال های اخیر کشف شده است، چشم انداز زیادی برای استفاده در آینده دارد، بنابراین تقاضا برای این پلیمر زیستی دائما در حال افزایش است.
ساختمان
فرمول هیالورونیک اسید یک پلی ساکارید آنیونی معمولی است. مولکول ها در زنجیره های خطی بلند به هم متصل می شوند. مواد مرتبط - آمینوگلیکان های گلوکز - دارای تعداد زیادی گروه سولفاته هستند. این تشکیل ایزومرهای مختلف را توضیح می دهد - ترکیباتی که در آرایش فضایی اتم ها متفاوت هستند. خواص شیمیایی آنها نیز متفاوت است. اسید هیالورونیک برخلاف گلیکوزآمینوگلیکان ها از نظر شیمیایی همیشه یکسان است. خواص آن به روش های تهیه و نوع مواد منبع بستگی ندارد.
ترکیب اسید هیالورونیک شامل D-گلوکورونیک اسید و N-استیل-D-گلیکوزامین است که توسط یک پیوند بتا گلیکوزیدی به هم متصل شده و واحدهای دی ساکارید آن را تشکیل می دهند (حلقه های گلوکوپیرانوز با وزن مولکولی حدود 450 Da). تعداد آنها در مولکول های این ترکیب می تواند به 25000 برسد.به همین دلیل، اسید وزن مولکولی بالایی دارد (5000-20000000 Da).
فرمول ساختاری قطعه دی ساکارید هیالورونیک اسید در شکل زیر نشان داده شده است.
ترکیب اسید حاوی نواحی آبگریز و آبدوست است که به همین دلیل این ترکیب مولکولی بالا در فضا مانند یک نوار پیچ خورده به نظر می رسد. ترکیب چندین زنجیره یک توپ از ساختار شل را تشکیل می دهد. قابلیت اتصال و نگهداری تا 1000 مولکول آب یکی دیگر از ویژگی های فرمول اسید هیالورونیک است. بیوشیمی این ماده در درجه اول به دلیل رطوبت بالای آن است که اشباع بافت ها با آب و حفظ حجم داخلی را تضمین می کند.
خواص شیمیایی
هیالورونیک اسید دارای خواص شیمیایی مشخصه زیر است:
- تشکیل تعداد زیادی پیوند هیدروژنی؛
- ایجاد واکنش اسیدی محیط در محلول های آبی به دلیل وجود یک گروه کربوکسیل deprotonated؛
- تشکیل نمکهای محلول با فلزات قلیایی؛
- تشکیلدر محلول آبی ساختار ژل قوی (شبه ژل) حاوی مقدار قابل توجهی رطوبت (کمپلکس های پروتئینی اغلب رسوب می کنند)؛
- ایجاد کمپلکس های نامحلول با فلزات سنگین و رنگ ها.
از نظر ظاهری، محلول های آبی یک ماده شبیه سفیده تخم مرغ است. فرمول ساختاری اسید هیالورونیک به شما اجازه می دهد که مصرف کنیدبسته به محیط یونی محیط، اشکال مختلفی دارد:
- مارپیچ منفرد چپ;
- ساختارهای مسطح چند رشته ای؛
- مارپیچ دوبل;
- ساختارهای ابرپیچ با شبکه مولکولی متراکم.
آخرین شکل سوم است و می تواند مقدار زیادی آب، الکترولیت ها، پروتئین های با وزن مولکولی بالا را جذب کند.
تفاوت در اسید هیالورونیک با ریشه های مختلف
همانطور که در بالا ذکر شد، ساختار این ماده صرف نظر از منبع تولید آن بسیار شبیه است. تفاوت اسیدهای با منشا باکتریایی و حیوانی در میزان پلیمریزاسیون آنهاست. فرمول اسید هیالورونیک حیوانی طولانی تر از فرم باکتریایی است (به ترتیب 4000-6000 و 10000-15000 مونومر).
حلالیت در آب برای این مواد یکسان است و عمدتاً به وجود گروه های هیدروکسیل و نمک در باقی مانده های دی ساکارید بستگی دارد. از آنجایی که ساختار شیمیایی اسید ذاتاً در تمام افراد زنده مشابه است، این امر خطر واکنش‌های ایمونولوژیک نامطلوب و پس زدن آن را هنگام تجویز به انسان و حیوانات به حداقل می‌رساند.
نقش در طبیعت
محل اصلی اسید هیالورونیک ترکیب ماتریکس بین سلولی (یا خارج سلولی) بافت پستانداران است. همانطور که مطالعات علمی نشان می دهد، در کپسول برخی از باکتری ها - استرپتوکوک ها، استافیلوکوک ها و سایر میکروارگانیسم های انگلی نیز وجود دارد. سنتز این ترکیب در بدن حیوانات بی مهره نیز اتفاق می افتد (تک یاخته،بندپایان، خارپوستان، کرم ها).
دانشمندان پیشنهاد می کنند که توانایی تولید اسید هیالورونیک در باکتری ها برای افزایش خواص بدخیم آنها در ارگانیسم میزبان تکامل یافته است. به دلیل وجود آن، میکروارگانیسم ها به راحتی می توانند به پوست نفوذ کرده و آن را کلونی کنند. چنین باکتری‌های انگلی می‌توانند پاسخ ایمنی میزبان را خنثی کرده و ایجاد یک فرآیند التهابی فعال‌تر را نسبت به دیگر گونه‌های میکروب تحریک کنند.
هیالورونیک اسید توسط پروتئین هایی تولید می شود که در دیواره سلولی یا غشای اندامک های درون سلولی تعبیه شده اند. بیشترین غلظت یک ماده در بدن انسان در مایعی است که حفره مفاصل، بند ناف، زجاجیه چشم و پوست را پر می‌کند.
متابولیسم
سنتز هیالورونیک اسید به شکل واکنش های آنزیمی در 3 مرحله انجام می شود:
- گلوکز-6-فسفات – گلوکز-1-فسفات (گلوکز فسفریله) – UDP-گلوکز – اسید گلوکورونیک.
- آمینو قند – گلوکوزامین-6-فسفات – N-استیل گلوکوزامین-1-فسفات – UDP-N-استیل گلوکوزامین-1-فسفات.
- واکنش گلیکوزید ترانسفراز شامل آنزیم هیالورونات سنتتاز.
روزانه حدود 5 گرم از این ماده در بدن انسان تولید و تجزیه می شود. مقدار کل اسید حدود هفت هزارم درصد وزنی است. در مهره داران، سنتز اسید تحت تأثیر 3 نوع پروتئین آنزیمی (هیالورونات سنتتاز) اتفاق می افتد. آنها متالوپروتئین هایی هستند که از کاتیون های فلزی و گلوکوزید فسفات ها تشکیل شده اند. هیالورونات سنتتازها تنها آنزیم ها هستندکاتالیزور تولید اسید.
فرآیند تخریب مولکول های C28H44N2O23 تحت عمل آنزیم های هیالورونان لیتیک رخ می دهد. در بدن انسان، حداقل هفت مورد از آنها وجود دارد، و برخی از آنها فرآیندهای تشکیل تومور را سرکوب می کنند. محصولات تجزیه هیالورونیک اسید اولیگو و پلی ساکاریدها هستند که تشکیل رگ های خونی جدید را تحریک می کنند.
عملکردها در بدن انسان
کلاژن و اسید هیالورونیک در ترکیب پوست انسان با ارزش ترین موادی هستند که خاصیت ارتجاعی و صافی درم به آنها بستگی دارد. C28H44N2O23 عملکردهای زیر را انجام می دهد:
- حفظ آب که خاصیت ارتجاعی پوست و تورگ آن را تضمین می کند؛
- ایجاد درجه ویسکوزیته مورد نیاز مایع بینابینی؛
- مشارکت در تولید مثل سلولهای اصلی و دارای ایمنی اپیدرم؛
- حمایت از رشد و ترمیم پوست آسیب دیده؛
- تقویت فیبرهای کلاژن؛
- تقویت ایمنی موضعی؛
- محافظت در برابر رادیکال های آزاد، عوامل شیمیایی و بیولوژیکی.
بیشترین غلظت این ماده در پوست جنین مشاهده می شود. با افزایش سن، بیشتر اسید به پروتئین ها متصل می شود که سطح هیدراتاسیون پوست را کاهش می دهد. توانایی خود تنظیمی متابولیسم به ویژه در افراد بالای 50 سال به شدت کاهش می یابد.
خواص زیر اسید هیالورونیک در مایع سینوویال نیز مشخص شده است:
- تشکیل ساختار همگن برای نگه داشتن یک جزء خاص از غضروف - کندرویتین سولفات؛
- تقویت چارچوب کلاژن غضروف؛
- روانکاری قسمت های متحرک مفاصل، کاهش سایش آنها.
نقش بیولوژیکی مولکول های اسید بسته به وزن مولکولی آنها متفاوت است. بنابراین، ترکیبات حاوی حداکثر 1500 مونومر اثر ضد التهابی دارند و در ساخت شبکه کلاژن نقش فعالی دارند. پلیمرهایی با زنجیره ای تا 2000 مونومر در حفظ تعادل هیدرولیکی نقش دارند و ترکیبات با مولکولی بالا برجسته ترین خواص آنتی اکسیدانی را دارند.
هیالورونیک اسید همچنین در تشکیل و رشد جنین، در کنترل تحرک سلولی - مهاجرت سلولی از مکانی به مکان دیگر، در برخی از فعل و انفعالات با گیرنده های سلولی سطحی نقش دارد.
دریافت
2 گروه اصلی راه برای به دست آوردن یک ماده وجود دارد:
- فیزیکو شیمیایی (استخراج از بافت پستانداران، مهره داران و پرندگان). از آنجایی که مواد خام حیوانی اغلب حاوی اسید در ترکیب با پروتئین ها و سایر پلی ساکاریدها هستند، خالص سازی کامل محصول به دست آمده مورد نیاز است که بر هزینه داروی نهایی تأثیر می گذارد. برای بدست آوردن اسید در مقیاس صنعتی از بند ناف نوزادان و شانه جوجه های اهلی استفاده می شود. روش های دیگری برای استخراج وجود دارد - از چشم گاو، مایعی که حفره های مفاصل و کیسه های مفصلی را پر می کند. پلاسمای خون،غضروف، پوست خوک.
- روش های میکروبی مبتنی بر باکتری های کشت شده. تولید کنندگان اصلی باکتری پاستورلامولتوسیدا و استرپتوکوک هستند. این روش ها برای اولین بار در سال 1953 آزمایش شدند. آنها مقرون به صرفه تر هستند و همچنین به منابع فصلی مواد خام وابسته نیستند.
در حالت اول مواد بیولوژیکی با روش های آسیاب و همگن سازی از بین می روند و سپس اسید در مخلوطی با پپتیدها با قرار گرفتن در معرض حلال های آلی استخراج می شود. توده حاصل با آنزیم ها درمان می شود یا پروتئین ها با دناتوره شدن با کلروفرم یا مخلوطی از اتانول و آمیل الکل حذف می شوند. پس از آن، این ماده بر روی کربن فعال متمرکز می شود. خالص سازی نهایی با کروماتوگرافی تبادل یونی یا رسوب با کلرید ستیل پیریدینیم انجام می شود.
استفاده پزشکی
هیالورونیک اسید برای پاتولوژی های زیر استفاده می شود:
- چشم شناسی – آب مروارید; استفاده به عنوان یک محیط جراحی در طول عملیات؛
- ارتوپدی - استئوآرتریت، محافظت از غضروف مفصلی در برابر تخریب، و همچنین برای تحریک بازیابی آن (آندوپروتز مایع سینوویال)؛
- جراحی - افزایش بافت نرم، عملیات با برش گسترده غضروف؛
- داروها - تولید داروها بر اساس ساختار پلیمری ترکیب (قرص، کپسول، کرم، ژل، پماد)؛
- صنایع غذایی - تغذیه ورزشی؛
- زنان شناسی - ضد چسبندگیبودجه;
- درماتولوژی - درمان سوختگی، اختلالات تروفیک پوستی پس از ترومبوتیک.
طبق پیش‌بینی‌های دانشمندان، این ماده می‌تواند پایه‌ای برای گروه جدیدی از داروها برای درمان سرطان شود.
سایر خواص اسید نیز امیدوارکننده است:
- اثر ضد میکروبی و ضد ویروسی (این ترکیب در برابر ویروس هرپس و سایرین فعال است)؛
- بهبود میکروسیرکولاسیون خون؛
- اثر ضد التهابی؛
- عمل طولانی مدت (انحلال تدریجی در بافت های انسانی).
ویتامین
هیالورونیک اسید در ترکیب ویتامین ها به شکل هیالورونات سدیم خالص که مشابه آن است استفاده می شود. هدف اصلی این ماده حفظ جوانی پوست، مرطوب کردن آن و التیام زخم است. برای بهبود جذب، اسید اسکوربیک به ترکیب مجتمع‌های ویتامین وارد می‌شود.
تحقیقات نیز در حال انجام است تا داروها و مکمل های غذایی با اثرات ضد التهابی و تعدیل کننده سیستم ایمنی که می توانند در بسیاری از زمینه های فعالیت انسانی مورد استفاده قرار گیرند.
زیبایی
در زیبایی شناسی، از این ترکیب برای اصلاح تغییرات مرتبط با افزایش سن استفاده می شود. با توجه به اینکه ساختار اسید در همه موجودات زنده مشابه است، برای استفاده به عنوان پرکننده پوست (تزریق) به خصوص دور چشم مناسب است. برای اینکه این ماده مدت بیشتری در اپیدرم باقی بماند، با کمک مولکول های پیوند متقابل اصلاح می شود.(اتصال دهنده های عرضی). فیلرهای متقاطع از نظر ویسکوزیته ژل، غلظت اسید و مدت زمان جذب در پوست با یکدیگر متفاوت هستند.
تزریقات به صورت داخل یا زیر جلدی به صورت محلول آبی 1-3% انجام می شود. این به افزایش خاصیت ارتجاعی و استحکام بافت ها، صاف شدن قابل توجه چین و چروک ها کمک می کند.
C28H44N2O23 نیز به ترکیب لوازم آرایشی خارجی - ژل ها، فوم ها، کرم ها و سایر محصولات اساسی اضافه می شود. اسید هیالورونیک در ترکیب به عنوان اسید هیالورونیک (و هیالورونات سدیم هیالورونات سدیم است) نامیده می شود. این نوع از محصولات آرایشی دارای خواصی مشابه پرکننده ها هستند - از ایجاد چین و چروک، آکنه جلوگیری می کند و به اشباع پوست از رطوبت کمک می کند.
