Hüaluroonhape on loomset päritolu toode, mida kasutatakse laialdaselt meditsiinis ja kosmetoloogias. Selle aine omadusi pole veel täielikult mõistetud ja selle mõju inimkehale on paljulubav uue põlvkonna ravimite loomiseks. See ühend osaleb aktiivselt embrüogeneesi, rakkude jagunemise, nende diferentseerumise ja liikumise protsessides immuunvastuse ajal.
Avastuste ajalugu ja terminoloogia
Hüaluroonhape vastav alt valemile viitab glükoosaminoglükaanidele, mille molekulid koosnevad korduvatest ühikutest, mis ei sisalda sulfaatrühmi. Esimest korda eraldati see suure molekulmassiga ühend veiste klaaskehast. Alguses eeldasid teadlased, et aine on iseloomulik ainult imetajatele. 1937. aastal lükati see aga ümber – see saadi vedelast söötmest, milles kasvatati hemolüütilist streptokokki. 1954. aastal avaldati see esmakordselt Briti üldteaduslikus ajakirjas Naturehüaluroonhappe struktuurvalem.
Aine üldnimetus on seotud selle avastamise ajalooga (ing. "hyaloid" - klaaskeha, "uroonhape" - uroonhape). Rahvusvahelises keemiaterminoloogias on ka nimetus "hüaluronaan", mis ühendab happe ja selle soolad. Hüaluroonhappe keemiline valem on: C28H44N2O23.
Praegu on selle kasutusala väga lai: meditsiin, kosmetoloogia, apteek. Põhi- ja abiainena kasutatakse hüaluroonhapet. Viimastel aastatel avastatud ühendi omadustel on suured väljavaated tulevikus kasutamiseks, mistõttu nõudlus selle biopolümeeri järele kasvab pidev alt.
Ehitis
Hüaluroonhappe valem on tüüpiline anioonne polüsahhariid. Molekulid on ühendatud pikkadeks lineaarseteks ahelateks. Seotud ainetel - glükoosi aminoglükaanidel - on suur hulk sulfaaditud rühmi. See seletab erinevate isomeeride moodustumist – ühendeid, mis erinevad aatomite ruumilise paigutuse poolest. Nende keemilised omadused on samuti erinevad. Hüaluroonhape on erinev alt glükoosaminoglükaanidest alati keemiliselt identne. Selle omadused ei sõltu hankimismeetoditest ja lähtematerjalide tüübist.
Hüaluroonhappe koostis sisaldab D-glükuroonhapet ja N-atsetüül-D-glükosamiini, mis on omavahel seotud beeta-glükosiidsidemega ja moodustavad selle disahhariidühikud (glükopüranoosi tsüklid molekulmassiga umbes 450 Da). Nende arv selle ühendi molekulides võib ulatuda 25 000-ni. Tänu sellele on happel kõrge molekulmass (5 000–20 000 000 Da).
Hüaluroonhappe disahhariidi fragmendi struktuurivalem on näidatud alloleval joonisel.
Happe koostis sisaldab hüdrofoobseid ja hüdrofiilseid alasid, mille tõttu näeb see kõrgmolekulaarne ühend kosmoses välja nagu keeratud lint. Mitme keti kombinatsioon moodustab lahtise struktuuriga palli. Võime siduda ja hoida kuni 1000 veemolekuli on veel üks hüaluroonhappe valemi omadus. Selle aine biokeemia tuleneb eelkõige selle kõrgest hügroskoopsusest, mis tagab kudede küllastumise veega ja sisemise mahu säilimise.
Keemilised omadused
Hüaluroonhappel on järgmised iseloomulikud keemilised omadused:
- suure hulga vesiniksidemete moodustumine;
- keskkonna happelise reaktsiooni tekitamine vesilahustes deprotoonitud karboksüülrühma olemasolu tõttu;
- leelismetallidega lahustuvate soolade moodustumine;
- moodustumine tugeva geelstruktuuriga vesilahuses (pseudogeel), mis sisaldab märkimisväärses koguses niiskust (valgukompleksid sadestuvad sageli);
- lahustumatute komplekside loomine raskmetallide ja värvainetega.
Väliselt meenutavad aine vesilahused konsistentsilt munavalget. Hüaluroonhappe struktuurvalem võimaldab teil võttasellel on mitu vormi, olenev alt kandja ioonkeskkonnast:
- vasakpoolne üksikspiraal;
- mitmekiulised lamedad struktuurid;
- topeltspiraal;
- tiheda molekulaarvõrguga superspiraalstruktuurid.
Viimane vorm on tertsiaarne ja suudab absorbeerida suures koguses vett, elektrolüüte ja suure molekulmassiga valke.
Erinevused erineva päritoluga hüaluroonhappes
Nagu eespool mainitud, on selle aine struktuur väga sarnane, olenemata selle tootmisallikast. Bakteriaalse ja loomse päritoluga hapete erinevus seisneb nende polümerisatsiooniastmes. Loomse päritoluga hüaluroonhappe valem on pikem kui bakteriaalsel kujul (vastav alt 4000–6000 ja 10 000–15 000 monomeeri).
Nende ainete lahustuvus vees on sama ja sõltub peamiselt hüdroksüül- ja soolarühmade olemasolust disahhariidijääkides. Kuna happe keemiline struktuur on oma olemuselt sarnane kõigil elavatel isikutel, vähendab see inimestele ja loomadele manustamisel ebasoodsate immunoloogiliste reaktsioonide ja äratõukereaktsiooni riski.
Roll looduses
Hüaluroonhappe peamine asukoht on imetajate kudede rakkudevahelise (või ekstratsellulaarse) maatriksi koostis. Nagu näitavad teaduslikud uuringud, leidub seda ka mõnede bakterite – streptokokkide, stafülokokkide ja teiste parasiitmikroorganismide – kapslites. Ühendi süntees toimub ka selgrootute loomade (algloomade,lülijalgsed, okasnahksed, ussid).
Teadlased väidavad, et võime toota hüaluroonhapet bakterites on arenenud, suurendades nende virulentseid omadusi peremeesorganismis. Selle olemasolu tõttu võivad mikroorganismid kergesti tungida läbi naha ja asustada seda. Sellised parasiitbakterid on võimelised neutraliseerima peremeesorganismi immuunvastust ja kutsuma esile aktiivsema põletikulise protsessi arengu kui teised mikroobitüved.
Hüaluroonhapet toodavad valgud, mis on põimitud rakuseina või rakusiseste organellide membraanidesse. Aine kõrgeim kontsentratsioon inimkehas on vedelikus, mis täidab liigeste õõnsusi, nabanööris, silma klaaskehas ja nahas.
Ainevahetus
Hüaluroonhappe süntees toimub ensümaatiliste reaktsioonide vormis kolmes etapis:
- Glükoos-6-fosfaat – glükoos-1-fosfaat (fosforüülitud glükoos) – UDP-glükoos – glükuroonhape.
- Aminosuhkur – glükoosamiin-6-fosfaat – N-atsetüülglükoosamiin-1-fosfaat – UDP-N-atsetüülglükosamiin-1-fosfaat.
- Glükosiidtransferaasi reaktsioon, mis hõlmab ensüümi hüaluronaadi süntetaasi.
Päevas toodetakse ja lagunevad inimkehas umbes 5 g seda ainet. Happe koguhulk on umbes seitse tuhandikku massiprotsenti. Selgroogsetel toimub happe süntees 3 tüüpi ensüümvalkude (hüaluronaatsüntetaaside) mõjul. Need on metalloproteiinid, mis koosnevad metallikatioonidest ja glükosiidfosfaatidest. Hüaluronaadi süntetaasid on ainsad ensüümidkatalüüsib happe tootmist.
C28H4₄N2O23 molekulide hävitamise protsess toimub hüaluronaani lüütiliste ensüümide toimel. Inimkehas on neid vähem alt seitse ja mõned neist pärsivad kasvaja moodustumise protsesse. Hüaluroonhappe lagunemissaadused on oligo- ja polüsahhariidid, mis stimuleerivad uute veresoonte teket.
Funktsioonid inimkehas
Inimese naha koostises leiduv kollageen ja hüaluroonhape on kõige väärtuslikumad ained, millest sõltub pärisnaha elastsus ja siledus. C₂8H4₄N2O23 täidab järgmisi funktsioone:
- vee säilitamine, mis tagab naha elastsuse ja selle turgori;
- interstitsiaalse vedeliku nõutava viskoossusastme loomine;
- osalemine epidermise peamiste ja immuunkompetentsete rakkude paljunemises;
- toetage kahjustatud naha kasvu ja paranemist;
- kollageenikiudude tugevdamine;
- kohaliku immuunsuse tugevdamine;
- kaitse vabade radikaalide, keemiliste ja bioloogiliste mõjurite eest.
Selle aine kõrgeimat kontsentratsiooni täheldatakse embrüo nahas. Vananedes seondub suurem osa happest valkudega, mis vähendab naha niisutatuse taset. Ainevahetuse iseregulatsiooni võime on eriti tugev alt vähenenud üle 50-aastastel inimestel.
Määratud on ka järgmised sünoviaalvedelikus sisalduva hüaluroonhappe omadused:
- moodustaminehomogeenne struktuur kõhre spetsiifilise komponendi – kondroitiinsulfaadi – hoidmiseks;
- kõhre kollageenikarkassi tugevdamine;
- liigendite liikuvate osade määrimine, nende kulumise vähendamine.
Happemolekulide bioloogiline roll erineb sõltuv alt nende molekulmassist. Seega on kuni 1500 monomeeri sisaldavatel ühenditel põletikuvastane toime ja nad osalevad aktiivselt kollageenivõrgustiku ülesehitamises. Kuni 2000 monomeerist koosneva ahelaga polümeerid mängivad rolli hüdrotasakaalu säilitamisel ja kõrgemolekulaarsetel ühenditel on kõige tugevamad antioksüdantsed omadused.
Hüaluroonhape osaleb ka embrüo tekkes ja arengus, rakkude liikuvuse kontrollis – rakkude migratsioonis ühest kohast teise, teatud interaktsioonides raku pinnaretseptoritega.
Võta vastu
Aine hankimiseks on kaks põhirühma:
- Füüsikalis-keemiline (ekstraheerimine imetajate, selgroogsete ja lindude kudedest). Kuna loomsed toorained sisaldavad sageli hapet koos valkude ja muude polüsahhariididega, on vaja saadud toodet põhjalikult puhastada, mis mõjutab lõpliku ravimi maksumust. Happe tööstuslikuks saamiseks kasutatakse vastsündinute nabanööri ja kodukanade kärgesid. Ekstraheerimiseks on ka teisi meetodeid - veiste silmadest vedelik, mis täidab liigeste õõnsused ja liigesekotid; vereplasma,kõhr, seanahk.
- Mikroobsed meetodid, mis põhinevad kultiveeritud bakteritel. Peamised tootjad on bakterid Pasteurellamultocida ja Streptococcus. Neid meetodeid katsetati esmakordselt 1953. aastal. Need on säästlikumad ega sõltu ka hooajalistest toorainevarudest.
Esimesel juhul hävitatakse bioloogilised materjalid jahvatamise ja homogeniseerimise meetoditega ning seejärel ekstraheeritakse hape segus peptiididega orgaaniliste lahustitega kokkupuutel. Saadud massi töödeldakse ensüümidega või valgud eemaldatakse denatureerimise teel kloroformi või etanooli ja amüülalkoholi seguga. Pärast seda aine kontsentreeritakse aktiivsöele. Lõplik puhastamine toimub ioonvahetuskromatograafia või tsetüülpüridiiniumkloriidiga sadestamise teel.
Meditsiiniline kasutamine
Hüaluroonhapet kasutatakse järgmiste patoloogiate korral:
- oftalmoloogia – katarakt; kasutada operatsioonide ajal kirurgilise keskkonnana;
- ortopeedia - osteoartriit, liigesekõhre kaitsmine hävimise eest, samuti selle taastumise stimuleerimine (sünoviaalvedeliku endoproteesid);
- kirurgia - pehmete kudede suurendamine, operatsioonid ulatusliku kõhre ekstsisiooniga;
- farmaatsia - ravimite tootmine ühendi polümeerstruktuuril (tabletid, kapslid, kreemid, geelid, salvid);
- toiduainetööstus - sporditoitumine;
- günekoloogia - antiadhesioonrahalised vahendid;
- dermatoloogia – põletuste, tromboosijärgsete troofiliste nahahaiguste ravi.
Teadlaste prognooside kohaselt võib see aine saada aluseks uuele vähiravimite rühmale.
Happe muud omadused on samuti paljulubavad:
- mikroobne, viirusevastane toime (ühend on aktiivne herpesviiruse ja teiste vastu);
- vere mikrotsirkulatsiooni paranemine;
- põletikuvastane toime;
- pikaajaline toime (järkjärguline lahustumine inimkudedes).
Vitamiinid
Vitamiinide koostises olevat hüaluroonhapet kasutatakse puhastatud naatriumhüaluronaadi kujul, mis on selle analoog. Aine põhieesmärk on säilitada naha nooruslikkust, niisutada, ravida haavu. Imendumise parandamiseks lisatakse vitamiinikomplekside koostisse askorbiinhapet.
Uuringud on käimas ka põletikuvastase ja immunomoduleeriva toimega ravimite ja toidulisandite väljatöötamiseks, mida saaks kasutada paljudes inimtegevuse valdkondades.
Kosmetoloogia
Kosmetoloogias kasutatakse seda ühendit vanusega seotud muutuste korrigeerimiseks. Tänu sellele, et happe struktuur on kõigil elusorganismidel sarnane, sobib seda kasutada naha täiteainena (süstena), eriti silmaümbruses. Selleks, et aine jääks epidermisesse kauemaks, muudetakse seda ristsidemetega molekulide abil.(ristsidujad). Ristseotud täiteained erinevad üksteisest geeli viskoossuse, happekontsentratsiooni ja nahas resorptsiooni kestuse poolest.
Süsteid manustatakse intra- või subkutaanselt 1-3% vesilahusena. See aitab suurendada kudede elastsust ja tugevust ning siluda kortse märgatav alt.
C₂₈H₄₄N₂O₂3 lisatakse ka väliskosmeetika - geelid, vahud, kreemid ja muud põhitooted - koostisesse. Kompositsioonis sisalduvat hüaluroonhapet nimetatakse hüaluroonhappeks (ja naatriumhüaluronaat on naatriumhüaluronaat). Seda tüüpi kosmeetikatoodetel on samad omadused kui täiteainetel – see hoiab ära kortsude ja akne teket ning aitab nahka niiskusega küllastada.
