Гиалуронан (также называется гиалуроновой кислотой, гиалуронатом или ГК) представляет собой анионный, несульфатированный гликозаминогликан, широко распространенный по всем соединительной, эпителиальной и нервной тканям. Он является уникальным среди гликозаминогликанов в том, что он не сульфатирован, образуется в плазматической мембране вместо аппарата Гольджи, и может быть очень большим, с молекулярной массой, которая зачастую достигает миллионов. Являясь одним из главных компонентов внеклеточного матрикса, гиалуроновая кислота значительно способствует пролиферации и миграции клеток, а также может быть вовлечена в процессе роста некоторых злокачественных опухолей.
Человек со средним весом 70 кг (154 фунтов) имеет примерно 15 грамм гиалуроновой кислоты в организме, одна треть которой перерабатывается (расщепляется и синтезируется) каждый день. Гиалуроновая кислота также является компонентом внеклеточной капсулы стрептококков группы А, и, как полагают, играет определенную роль в вирулентности.
Функции гиалуроновой кислоты
До конца 1970-х годов, гиалуроновая кислота описывалась как «клейкая» молекула, вездесущий углеводный полимер, который является частью внеклеточного матрикса. Например, гиалуроновая кислота является основным компонентом синовиальной жидкости, и было обнаружено, что она увеличивает вязкость жидкости. Наряду с лубрицином, она является одним из основных смазочных компонентов жидкости.
Гиалуроновая кислота является важным компонентом суставного хряща, где она присутствует в виде слоя вокруг каждой клетки (хондроцита). Когда мономеры аггрекана связываются с гиалуроновой кислотой в присутствии связующего белка, образуются большие, отрицательно заряженные агрегаты. Эти агрегаты впитывают воду и отвечают за упругость хряща (его сопротивление сжатию). Молекулярная масса (размер) гиалуроновой кислоты в хряще с возрастом уменьшается, но количество увеличивается.
Гиалуроновая кислота также является основным компонентом кожи, где она принимает участие в регенерации тканей. Когда кожа подвергается чрезмерному воздействию УФ-В лучей, она воспаляется (солнечный ожог), клетки в дерме прекращают производить гиалуроновую кислоту, и при этом скорость ее расщепления увеличивается. Продукты распада гиалуроновой кислоты затем накапливаются в коже после воздействия ультрафиолетового облучения.
В то время как она находится в изобилии во внеклеточных матриксах, гиалуроновая кислота также играет важную роль в пролиферации и миграции клеток, гидродинамике тканей, а также в ряде взаимодействий рецепторов поверхности клеток, особенно с первичными рецепторами, CD44 и RHAMM. Регуляция CD44 себя широко признается в качестве маркера активации клеток в лимфоцитах. Участие гиалуроновой кислоты в процессе развития опухоли может быть связано с ее взаимодействием с CD44. Рецептор CD44 участвует во взаимодействиях при адгезии клеток, требуемых опухолевыми клетками.
Несмотря на то, что гиалуроновая кислота связывается с рецептором CD44, есть доказательство, что продукты распада кислоты преобразовывают их воспалительный сигнал через толл-подобные рецепторы макрофагов и дендритных клеток TLR2, TLR4 или оба TLR2 и TLR4. Гиалуроновая кислота и TLR играют роль в системе врожденного иммунитета.
Высокая концентрация гиалуроновой кислоты в мозге крысят, а также сниженные концентрации в мозге взрослых крыс дают повод предполагать, что кислота играет важное значение в развитии мозга.
Свойства гиалуроновой кислоты впервые были определены в 1930-х годах в лаборатории Карла Мейера.
Гиалуроновая кислота представляет полимер дисахаридов, состоящих из D-N-ацетилглюкозамина и D-глюкуроновой кислоты, соединенных поочередно β-1,4 и β-1, 3- гликозидными связями. Гиалуроновая кислота может содержать по 25000 подобных дисахаридных звеньев. Полимеры гиалуроновой кислоты могут варьироваться в размере от 5000 до 20000000 Да в естественных условиях. Средний молекулярный вес в синовиальной жидкости человека составляет 3-4 миллиона Да; гиалуроновая кислота, выделенная из человеческой пуповины имеет 3140000 Да.
Гиалуроновая кислота энергетически стабильна, отчасти из-за стереохимии составляющих ее дисахаридов. Громоздкие группы на каждой молекуле сахара находятся в пространственно приемлемых положениях, в то время как меньшие молекулы водорода выбирают менее благоприятные аксиальные позиции.
Биологический синтез
Гиалуроновая кислота синтезируется классом интегральных мембранных белков, называемых гиалуронан-синтазами, из которых в организме позвоночных содержатся 3 типа - HAS1, HAS2 и HAS3. Данные ферменты удлиняют гиалуроновую кислоту, последовательно добавляя N-ацетилглюкозамин и глюкуроновую кислоту к исходному полисахариду, при этом передавая полимер с помощью ABC-транспортера через клеточные мембраны в межклеточное пространство.
Было показано, что синтез гиалуроновой кислоты (HAS) ингибируется 4-метилумбеллифероном («химекромон», «хепарвит»), производным 7-гидрокси-4-метилкумарина. Это селективное ингибирование (без ингибирования других гликозаминогликанов) может оказаться полезным в предотвращении метастазирования клеток злокачественных опухолей.
Bacillus Subtilis недавно была генетически модифицирована (ГМО), чтобы культивировать формулу с выделением гиалуроновой кислоты, в запатентованном процессе производства продукции, предназначенной для людей.
Клеточные рецепторы для гиалуроновой кислоты
До сих пор клеточные рецепторы, которые были определены для гиалуроновой кислоты, подразделялись на три основные группы: CD44, рецептор для ГК-опосредованной подвижности (RHAMM) и внутриклеточные молекулы адгезии-1 (ICAM-1). CD44 и ICAM-1 уже были известны как молекулы адгезии клеток с другими признанными лигандами, прежде чем было обнаружено их ГК-связывание.
CD44 широко распространены по всему организму, и формальная демонстрация связывания HA-CD44 было предложено Aруффо и соавторами в 1990 году. На сегодняшний день, он признается в качестве основного рецептора на поверхности клетки для гиалуроновой кислоты. CD44 опосредует взаимодействие клеток с гиалуроновой кислотой и связывание обоих оказывает важное влияние в различных физиологических событиях, таких как агрегация клеток, миграция, пролиферация и активация; адгезия «клетка-клетка» и «клетка-субстрат»; эндоцитоз гиалуроновой кислоты, которая приводит к ее катаболизму в макрофагах; а также сборка околоклеточных матриксов из протеогликанов и гиалуроновой кислоты. Две значительные роли CD44 в коже были предложены Кая и соавторами. Первая заключается в регуляции пролиферации кератиноцитов в ответ на внеклеточные стимулы, а вторая - в поддержании местного гомеостаза гиалуроновой кислоты.
ICAM-1 известен в основном как метаболический рецептор клеточной поверхности для гиалуроновой кислоты, и этот белок может быть ответственным, в основном, за выделение кислоты из лимфы и плазмы крови, что составляет большую часть метаболизма всего организма. Связывание лиганда этого рецептора, таким образом, вызывает высоко скоординированный каскад событий, который включает в себя образование эндоцитотического пузырька, его слияние с первичными лизосомами, ферментативное расщепление до моносахаридов, активный трансмембранный транспорт этих сахаров в клеточный сок, фосфорилирование GlcNAc и ферментативное деацетилирование. Как и его название, ICAM-1 также может служить молекулой клеточной адгезии, и связывание гиалуроновой кислоты с ICAM-1 может способствовать контролю ICAM-1-опосредованной активации воспаления.
Расщепление гиалуроновой кислоты
Гиалуроновая кислота расщепляется семейством ферментов, называемых «гиалуронидазы». У людей есть, как минимум, семь видов гиалуронидазоподобных ферментов, некоторые из которых - опухолевые супрессоры. Продукты расщепления гиалуроновой кислоты, олигосахариды и гиалуронат с крайне низкой молекулярной массой, проявляют проангиогенные свойства. Также недавние исследования доказали, что фрагменты гиалуроновой кислоты, а не нативная высокая молекулярная масса, способны вызывать воспалительные реакции в дендритных клетках и макрофагах при повреждениях ткани и отторжении трансплантата кожи.
Роль гиалуроновой кислоты в процессе регенерации раны
Кожа служит механическим барьером к внешней среде и действует для предупреждения проникновения инфекционных агентов. После повреждения, нижележащие ткани подвержены инфицированию; таким образом, быстрое и эффективное заживление оказывает решающее значение для восстановления барьерной функции. Заживление ран кожи является очень сложным процессом, и включает в себя множество взаимодействующих процессов, инициированных гемостазом и высвобождением тромбоцитарных факторов. Следующие стадии - это воспаление, образование грануляционной ткани, реэпителизация и ремоделирование. Гиалуроновая кислота, вероятно, играет многогранную роль в опосредовании этих клеточных и матричных событий. Предполагаемые роли гиалуроновой кислоты в этой последовательности событий заживления ран кожи более подробно освещены ниже.
Многие биологические факторы, такие как факторы роста, цитокины, эйкозаноиды и др., образуются в процессе воспаления. Эти факторы являются необходимыми для последующих стадий заживления ран вследствие их ролей в содействии миграции воспалительных клеток, фибробластов и эндотелиальных клеток в месте раны.
Ткань раны в начале воспалительной фазы заживления раны изобилует гиалуроновой кислотой, что вероятно, является отражением усиленного синтеза. Гиалуроновая кислота действует как промоутер раннего воспаления, что имеет решающее значение в целом для процесса заживления раны кожи. В мышиной модели воздушного кармана, в процессе каррагинан/IL-1-индуцированного воспаления, отмечалось, что гиалуроновая кислота усиливает клеточную инфильтрацию. Кобаяши и соавторы показали дозозависимое увеличение про-воспалительных цитокинов TNF -α и производство IL-8 фибробластами человеческой матки в концентрации гиалуроновой кислоты 10 мкг/мл до 1 мг/мл через CD44-опосредованный механизм. Эндотелиальные клетки, в ответ на воспалительные цитокины, такие как TNF-α, и бактериальный липополисахарид, также синтезируют гиалуроновую кислоту, что, как было показано, усиливает первичную адгезию цитокин-активированных лимфоцитов, экспрессирующих ГК-связывающие варианты CD44 в условиях ламинарного и статического потока. Интересно отметить, что гиалуроновая кислота имеет противоречивые двойные функции в воспалительном процессе. Она не только может способствовать воспалению, как утверждалось выше, но также может смягчить воспалительную реакцию, которая может способствовать стабилизации грануляционной ткани матрикса, как описано в следующей части.
Грануляция и организации матрикса грануляционной ткани
Грануляционная ткань является хорошо кровоснабжаемой, волокнистой соединительной тканью, которая замещает фибриновые сгустки в заживающих ранах. Она обычно растет от основания раны и может заполнить раны практически любого размера. Гиалуроновая кислота содержится в изобилии в грануляционной ткани матрикса. Множество различных функций клеток, которые существенно необходимы для восстановления тканей, можно приписать этой сети, богатой гиалуроновой кислотой. Эти функции включают усиление миграции клеток в предварительный матрикс раны, клеточной пролиферации и организации матрикса грануляционной ткани. Безусловно, инициация воспаления является чрезвычайно важной для образования грануляционной ткани, поэтому про-воспалительная роль гиалуроновой кислоты, как обсуждалось выше, также способствует этой стадии заживления раны.
Гиалуроновая кислота и миграция клеток
Миграция клеток имеет важное значение для образования грануляционной ткани. В ранней стадии грануляционной ткани преобладает внеклеточный матрикс, богатый гиалуроновой кислотой, которая считается благоприятной средой для миграции клеток в этот временный матрикс раны. Содействие гиалуроновой кислотой миграции клеток можно отнести к ее физико-химическим свойствам, как указано выше, а также ее прямому взаимодействию с клетками. По прежнему сценарию, гиалуроновая кислота представляет собой открытый гидратированный матрикс, который усиливает миграцию клеток, тогда как в последнем сценарии, управляемая миграция и контроль локомоторных механизмов клеток опосредуются через специфическое взаимодействие клеток между гиалуроновой кислотой и поверхностными ГК-рецепторами клеток.
Как уже говорилось ранее, тремя основными поверхностными рецепторами клеток для гиалуроновой кислоты являются CD44, RHAMM, и ICAM-1. RHAMM больше связан с миграцией клеток. Он образует связи с несколькими протеинкиназами, связанных с локомоцией клеток, например, протеинкиназа (ERK), регулируемая внеклеточным сигналом, p125fak, и pp60c-src. Во время внутриутробного развития, пути миграции, через которые мигрируют клетки нервного гребня, богаты гиалуроновой кислотой. Гиалуроновая кислота тесно связана с процессом миграции клеток в матриксе грануляционной ткани, и исследования показывают, что движение клетки может быть ингибировано, по крайней мере, частично, расщеплением гиалуроновой кислоты или блокированием занятости ГК-рецепторов.
Обеспечивая клетку динамической силой, синтез гиалуроновой клетки, как было показано, связывается с миграцией клеток. В основном, кислота синтезируется на плазматических мембранах и выделяется прямо во внеклеточную среду. Это может содействовать гидратированному микроокружению в местах синтеза, и имеет важное значение для миграции клеток, так как способствует отделению клеток.
Роль гиалуроновой кислоты в ведении воспалительной реакции
Хотя воспаление является неотъемлемой частью образования грануляционной ткани, для нормального восстановления тканей, чтобы продолжить, воспаление должно управляться. В первоначально образовавшейся грануляционной ткани процесс воспаления является очень интенсивным с высокой скоростью метаболизма ткани, опосредованным ферментами, расщепляющих матрикс и реактивными метаболитами кислорода, которые являются продуктами воспалительных клеток.
Стабилизация матрикса грануляционной ткани может быть достигнута путем модерирования воспаления. Гиалуроновая кислота функционирует в качестве важного модератора в этом процессе, что противоречит ее роли в воспалительной стимуляции, как описано выше. Гиалуроновая кислота может защитить от вредного воздействия свободных радикалов на клетки. Это благодаря свойству очистки от свободных радикалов, физико-химическому свойству, разделяемому полиионными крупными полимерами. В крысиной модели свойства очистки от свободных радикалов, исследованной Фоши и его коллегами, было показано, что гиалуроновая кислота уменьшает повреждение грануляционной ткани.
В дополнение к роли очистки от свободных радикалов, гиалуроновая кислота может также функционировать в отрицательной обратной связи воспалительной активации через свои специфические биологические взаимодействия с биологическими компонентами воспалениия. TNF-α, важный цитокин, образующийся при воспалении, стимулирует экспрессию TSG-6 (TNF-стимулированный ген 6) в фибробластах и воспалительных клетках. TSG-6, ГК-связывающий белок, также образует стабильный комплекс с сывороточным ингибитором протеиназы IαI (Inter-α-ингибитор) с синергетическим эффектом на плазмин-ингибирующей активности последнего. Плазмин участвует в активации протеолитического каскада матричных металлопротеиназ и других протеиназ, ведущих к воспалительному повреждению тканей.
Таким образом, действия комплекса TSG-6 / IαI, которые могут быть дополнительно организованы путем связывания с гиалуроновой кислотой во внеклеточном матриксе, могут служить мощной отрицательной обратной связью, чтобы смягчить воспаление и стабилизировать грануляционную ткань по мере прогрессирования заживления. В мышиной модели воздушного кармана каррагинан/IL-1 (интерлейкин-1β)-индуцированного воспаления, где гиалуроновая кислота, как было показано, имеет провоспалительные свойства, уменьшение воспаления может быть достигнуто путем введения TSG-6, и результат сравним с системным лечением дексаметазоном.
Реэпителизация
Гиалуроновая кислота играет важную роль в нормальном эпидермисе. Гиалуроновая кислота также имеет важные функции в процессе реэпителизации в связи с ее несколькими свойствами. Она служит в качестве неотъемлемой части внеклеточного матрикса базальных кератиноцитов, которые являются основными составляющими эпидермиса, ее функция очистки от свободных радикалов и ее роли в пролиферации и миграции кератиноцитов.
В нормальной коже, гиалуроновая кислота находится в относительно высокой концентрации в базальном слое эпидермиса, где находятся пролиферирующие кератиноциты. CD44 находится совместно с гиалуроновой кислотой в базальном слое эпидермиса, где дополнительно, как было показано, экспрессируется преимущественно на плазматических мембранах, стоящих перед карманами матрикса, богатого кислотой. Поддержание внеклеточного пространства и обеспечение открытой, а также увлажненной, структуры для прохождения питательных веществ, являются основными функциями гиалуроновой кислоты в эпидермисе.
Тамми Р. и его коллеги обнаружили увеличение содержания гиалуроновой кислоты в присутствии ретиноевой кислоты(витамина А). Предполагаемые эффекты ретиноевой кислоты против повреждения светом и старения кожи могут коррелироваться, по крайней мере частично, с увеличением содержания гиалуроновой кислоты в коже, что приводит к увеличению гидратации тканей. Было высказано предположение, что свойство очистки от свободных радикалов гиалуроновой кислоты вносит свой вклад в защиту от солнечного излучения, поддерживая роли CD44, выступающим в качестве ГК-рецепторов в эпидермисе.
Эпидермальная гиалуроновая кислота также функционирует в роли манипулятора в процессе пролиферации кератиноцитов, что крайне важно в нормальном функционировании эпидермиса, а также во время реэпителизации в восстановлении тканей. В процессе заживления раны, гиалуроновая кислота экспрессируется в крае раны, в матриксе соединительной ткани, и выстраиваясь согласно экспрессии CD44 в миграции кератиноцитов.
Kая и соавторы нашли подавление экспрессии CD44 эпидермис-специфичным антисенсорным трансгеном, приведшему у животных накоплению дефектной гиалуроновой кислоты в поверхностной дерме, сопровождаемому различными морфологическими изменениями базальных кератиноцитов и дефектной пролиферации кератиноцитов в ответ на митоген и факторы роста. Также наблюдались снижение эластичности кожи, нарушенная местная воспалительная реакция и нарушенная регенерация тканей. Их наблюдения решительно поддерживают важные роли гиалуроновой кислоты и CD44 в физиологии кожи и регенерации тканей.
Заживление ран и рубцевание у плода
Отсутствие фиброзного рубцевания является основной особенностью заживления ран плода. Даже в течение длительного времени, содержание гиалуроновой кислоты в ранах плода по-прежнему выше, чем в ранах взрослых, что дает повод предполагать, что кислота может, по крайней мере, частично, уменьшить отложение коллагена, что следовательно, приводит к сниженному рубцеванию. Это предложение согласуется с исследованием Веста и его коллег, которые показали, что в заживлении ран взрослых и плода на поздних сроках беременности, удаление гиалуроновой кислоты приводит к фиброзному рубцеванию.
Синтазы гиалуроновой кислоты (СГК) играют роль на всех стадиях метастазирования рака. Производя анти-адгезивную гиалуроновую кислоту, СГК может позволять опухолевым клеткам освобождаться от основной массы опухоли, и если кислота связывается с рецепторами, такими как CD44, активация Rho GTPаз может способствовать эпителиально-мезенхимальному переходу раковых клеток. Во время процесса интравазации или экстравазации взаимодействие гиалуроновой кислоты, выделенной СГК с рецепторами, такими как CD44 или RHAMM, усиливают изменения в клетках, которые позволяют раковым клеткам проникать в сосудистую или лимфатическую системы. Во время путешествия в этих системах, гиалуроновая кислота, выделенная СГК, защищает раковые клетки от физического повреждения. Наконец, в формировании метастатического поражения, СГК производит гиалуроновую кислоту, чтобы позволить раковым клеткам взаимодействовать с родными клетками на вторичном участке и производить опухоль самой по себе.
Гиалуронидазы (ГКазы или ГИАЛ) также играют множество ролей в метастазировании рака. Помогая расщеплять внеклеточный матрикс, окружающий опухоль, гиалуронидазы помогают раковым клеткам отделиться от первичной массы опухоли и играют важную роль в интравазации, способствуя расщеплению базальной мембраны лимфатических или кровеносных сосудов. Гиалуронидазы вновь играют эти роли в обосновании метастатического образования, помогая с экстравазацией и удалением внеклеточного матрикса с вторичного участка. Наконец, гиалуронидазы играют ключевую роль в процессе ангиогенеза. Фрагменты гиалуроновой кислоты усиливают ангиогенез и гиалуронидазы производят эти фрагменты. Интересно, что гипоксия также усиливает продукцию гиалуроновой кислоты и активность гиалуронидаз.
Рецепторы гиалуроновой кислоты, CD44 и RHAMM, наиболее хорошо изучены с точки зрения их ролей в метастазировании рака. Усиленная клиническая экспрессия CD44 положительно коррелировалась с метастазированием в ряде типов опухолей. С точки зрения механики, CD44 влияет на адгезию раковых клеток друг с другом и к эндотелиальным клеткам, перестраивает цитоскелет посредством Rho GTPаз, и усиливает активность ферментов, расщепляющих внеклеточный матрикс. Увеличение экспрессии RHAMM также было клинически скоррелировано с метастазированием рака. С точки зрения механики, RHAMM способствует подвижности раковых клеток через ряд путей, включая киназу очаговой адгезии (FAK), МАР-киназу (МАРК), PP60 (c-src), и ниже по течению мишени Rho-киназы (ROK). RHAMM также может сотрудничать с CD44 с целью содействовать ангиогенезу в сторону метастатического образования.
Применение гиалуроновой кислоты в медицине
Гиалуроновая кислота содержится во многих тканях организма, таких как кожа, хрящи и стекловидное тело. Таким образом, она хорошо подходит для биомедицинских приложений, нацеленных на эти ткани. Первый биомедицинский продукт гиалуронана, «Healon», был разработан в 1970 - 1980-х годах компанией «Pharmacia» и был предназначен для использования в хирургии глаза (например, пересадка роговицы, операции по удалению катаракты, операции при глаукоме, и операции по восстановлению отслоившейся сетчатки). Другие биомедицинские компании также производят бренды гиалуроновой кислотой для глазной хирургии.
Нативная гиалуроновая кислота имеет сравнительно короткий период полураспада, так что были привлечены различные методы производства для увеличения длины цепи и стабилизации молекулы для применения в медицинских целях. Введение перекрестных связей на основе белка, введение молекул, очищающих от свободных радикалов, таких как сорбитол, и минимальная стабилизация цепей гиалуроновой кислоты с помощью химических реактивов, например, стабилизация NASHA - это все методы, которые были использованы.
В конце 1970-х годов имплантация интраокулярного хрусталика часто сопровождалась тяжелым отеком роговицы, вследствие повреждения клеток эндотелия во время операции. Было очевидно, что требовалась вязкая, прозрачная, физиологическая смазка для предотвращения такого соскабливания эндотелиальных клеток. Эндре Балаш запатентовал метод выделения гиалуроновой кислоты, физиологический смазки (которую он назвал «Healon») из гребней петухов в начале 1970-х годов.
Во-первых, Балаш считал «Healon» невоспалительным заменителем стекловидного тела. Клаус Дольман использовал «Healon» Балаша в одном случае, в котором произошло уплощение передней камеры после сложной пересадки роговицы. Хотя можно представить, что вязкая гиалуроновая кислота может привести к увеличению внутриглазного давления, Дольман сообщил об отсутствии такого увеличения. С того времени Балаш получил лицензию на процесс синтеза компанией Pharmacia, шведской фармкомпанией.
Хотя «Pharmacia» не видела рынка для сбыта заменителя стекловидного тела, когда их ученые разработали способ увеличения вязкости гиалуроновой кислоты, они почувствовали, что кислота могла бы сработать как инъекционное средство в лечении артрита как у человека, так и у лошадей. Рынок для артрита у лошадей оказался небольшим и лечение остеоартрита человека произвело только незначительное улучшение, так что «Pharmacia» решила отказаться от «Healon». На этот раз, Дэвид Миллер осознал, что «Healon» является смазкой, необходимой для глазного хирурга.
Балаш договорился с «Pharmacia», чтобы она отправила доктору Дэвиду Миллеру 20 стерильных флаконов для экспериментов на кроликах. К 1976 году, Миллер и его коллеги опубликовали исследование, показывающее, что «Healon» хорошо работал в защите эндотелия роговицы у кроликов при имплантации интраокулярного хрусталика (ИОХ). С возможностью нового применения «Healon», Миллер встретился с «Pharmacia» и выполнил извлечение хрусталика и имплантацию ИОХ, используя «Healon» для глаза кролика. Демонстрация открыла новый путь для хирургии глаза с «Healon». Небольшое пилотное исследование на людях в израильском госпитале «Бет Бостон», проведенное Миллером подтвердило полезные эффекты «Healon».
Проведя большое, хорошо контролируемое клиническое испытание, доктор Роберт Стегманн, из Претории, Южной Африки сумел дать количественную оценку преимуществ применения «Healon» в имплантации ИОХ, показав значительно более высокие показатели эндотелия в роговице после операции с применением «Healon», в отличие от контрольной группы.
В США «Управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств» быстро одобрило «Healon» как хирургический препарат в 1980 году, и «Healon» был успешно запущен. К 2009 году, по оценкам, четверть миллиарда пациентов получили результат от полезных свойств «Healon» в глазной хирургии.
В 1992 году Миллер и Стегманн получили премию «Инноваторов» от «Американского общества хирургии катаракты и рефракционной хирургии» за разработку применения «Healon» в лечении пораженных глаз.
Гиалуроновая кислота также используется для лечения остеоартрита коленного сустава. Такая процедура, называемая «вискосапплементацией», назначается в виде курса инъекций, которые вводятся в коленный сустав, и, как полагают, являются добавкой к вязкости суставной жидкости, таким образом, смазывая и амортизируя сустав, и производя обезболивающий эффект. Также было высказано предположение, что гиалуроновая кислота оказывает положительное биохимическое воздействие на клетки хрящевой ткани. Тем не менее, некоторые плацебо-контролируемые исследования ставят под сомнение эффективность инъекций гиалуроновой кислоты, и гиалуронан рекомендуется в основном в качестве последней альтернативы до операции.
Позже было предложено назначение гиалуроновой кислоты внутрь, хотя в этом случае ее эффективность еще должна быть доказана. В настоящее время существует несколько предварительных клинических исследований, которые предполагают, что пероральное назначение гиалуроновой кислоты оказывает положительное влияние на остеоартрит, но все еще предстоит выяснить, есть ли реальная польза от лечения.
Сухую, шелушащуюся кожу (ксероз - сухость кожи), вызванную атопическим дерматитом (экземой) можно лечить, прописав лосьон для кожи, содержащий гиалуронат натрия в качестве активного ингредиента.
Благодаря своей высокой биосовместимости и ее распространенности во внеклеточном матриксе тканей, гиалуроновая кислота приобретает все большую популярность в качестве каркаса биоматериала в исследованиях по выращиванию тканей. В частности, ряд научно-исследовательских групп обнаружил, что свойства гиалуроновой кислоты для тканевой инженерии и регенеративной медицины значительно улучшают формирование перекрестных связей, образуя гидрогель. Это дополнительное свойство позволяет исследователю подобрать нужную форму, что значительно облегчает доставку лечебных молекул в клетки хозяина. Формирование перекрестных связей у гиалуроновой кислоты можно вызвать присоединением тиолов (торговые названия – «Extracel», «HyStem»), метакрилатов, и тираминов (торговое название - «Corgel»). Гиалуроновая кислота также может быть соединена прямо с формальдегидом (торговое название – «Hylan-A») или с дивинилсульфоном (торговое название - «Hylan-B»).
При некоторых раковых заболеваниях, уровни гиалуроновой кислоты хорошо коррелируют со злокачественностью и неблагоприятным прогнозом. Гиалуроновая кислота, таким образом, часто используется в качестве маркера опухоли при раке простаты и молочной железы. Она также может быть использована для мониторинга прогрессирования заболевания.
Гиалуроновая кислота также может быть использована после операции, чтобы вызвать заживление тканей, особенно после хирургии катаракты. Современные модели заживления раны предполагают, что более крупные полимеры гиалуроновой кислоты появляются на ранних стадиях заживления для того, чтобы физически освободить место для белых кровяных клеток, которые опосредуют иммунный ответ.
Гиалуроновая кислота также используется в синтезе биологических каркасов аппликаций для заживления ран. Эти каркасы обычно имеют белки, такие как фибронектин, прикреплямые к гиалуроновой кислоте для облегчения миграции клеток в рану. Это особенно важно для людей с диабетом, страдающих от хронических ран.
В 2007 году «Европейское Агентство лекарственных средств» расширило свое одобрение «Hylan GF-20» как препарата для лечения боли в лодыжках и плечах при остеоартрозе.
Гиалуроновая кислота также используется в анти-адгезивных продуктах, таких как «Hyalobarrier», широко используемых при операциях на органах малого таза и брюшной полости для предотвращения послеоперационных спаек.
В мае 2011 года, доктор Эндре Балаш был удостоен премии «Helen Keller Award for Vision Research» за работу в выведении в лидеры разработок гиалуроновой кислоты и «Healon». Награда была вручена Фондом по поддержке исследований и образования им. Хелен Келлер.
Применение гиалуроновой кислоты в косметических целях
Гиалуроновая кислота является распространенным ингредиентом продуктов по уходу за кожей.
В 2003 году FDA одобрило инъекции гиалуроновой кислоты для заполнения дефектов мягких тканей, таких как морщины на лице. «Restylane» является общим торговым названием для данного продукта. Инъекции гиалуроновой кислоты временно разглаживают морщины, добавляя объем под кожей, с эффектом, обычно длящимся шесть месяцев.
«Juvéderm» является бактериальным инъекционным наполнителем гиалуроновой кислоты, похожим на «Restylane», но слегка отличающимся по эффективности и длительности действия. Он используется для увеличения губ, уменьшения складок и морщин и удаления шрамов. Эффект от лечения «Juvéderm» также временный, и затраты, аналогичные таковым у «Restylane».
До недавнего времени, такие наполнители гиалуроновой кислоты вводились с помощью классической острой иглы для подкожных инъекций, режущей сквозь нервы и сосуды и вызывающей боль и синяки у пациента. В 2009 году, «пионеры-первопроходцы» разработали новую технику при помощи микроканюли с тупым наконечником. Этот метод состоит в прокалывании кожи острой иглой, затем введении гибкой и атравматической микроканюли с тупым кончиком под кожу, что щадит нервы и сосуды, вызывая таким образом меньше кровоподтеков и синяков.
Присутствие гиалуроновой кислоты в эпителиальных тканях, как было показано, способствует пролиферации кератиноцитов и увеличивает присутствие ретиноевой кислоты, что приводит к увлажнению кожи. Взаимодействие гиалуроновой кислоты с CD44 управляет синтезом коллагена и нормальным функционированием кожи. Находясь во внеклеточном матриксе базальных кератиноцитов, гиалуроновая кислота имеет решающее значение для структурной целостности матрикса кожного коллагена. Эти преимущества делают гиалуроновую кислоту очень эффективной; однако, результаты могут поддерживаться только в рамках текущей программы лечения.
Кроме того, некоторые фармацевтические компании в последнее время изобрели крема против морщин на основе гиалуроновой кислоты, эффективность которых еще не доказана. Действительно, в то время как было научно доказано, что некоторые молекулы имеют возможности анти-старения, при использовании крема с гиалуроновой кислотой, это не тот случай.
Гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой
Гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой - это уменьшенная в размерах молекула кислоты после разрезания ферментами. Основная цель уменьшения размера этой молекулы – облегчить ее доставку в организм человека и повысить ее проникновение через кожный барьер. Недавние исследования показали, что гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой оказывает сильное торможение процессов перекисного окисления липидов и очищающей активности гидроксильных радикалов, радикала 1,1-дифенил-2-пикрилдидразил и супероксид-аниона (Чунлинь Ke, 2011г.). С другой стороны, гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой, как полагают, ускоряет процесс заживления раны путем транспортировки факторов роста, таких как виронектин, и усиление миграции клеток.
Гиалуроновая кислота была обнаружена в бычьем стекловидном теле Мейером и Палмер в 1934 году. Наиболее часто упоминается как гиалуроновая кислота в связи с тем, что она существует в естественных условиях, как полианион, а не в протонированной форме кислоты. Она является несульфатированным полисахаридом, который состоит из глюкуроновой кислоты и N-ацетилглюкозамина. Содержится в изобилии у людей в основном в коже и около 35% в мышцах и хрящах (Фонг и соавторы, 2005г.). В молодом возрасте организм человека очень богат гиалуроновой кислотой, по этой причине у молодых людей кожа хорошо увлажнена и процесс заживления усиленный, однако ее количество резко ухудшается с возрастом, что делает кожу восприимчивой к морщинам, обезвоживанию и инфекции. В связи с этим многие косметические компании считали важной роль этой молекулы в борьбе с процессом старения и ввели ее в свою технологию. Уменьшение размера этой молекулы и нахождение способов доставить ее через кожный барьер были и остаются вопросами большой важности.
Промышленно производимая гиалуроновая кислота выделяется либо из животных источников, из синовиальной жидкости, пуповины, кожи и гребней петухов, или от бактерий в процессе брожения или прямого выделения. Молекулярная масса гиалуроновой кислоты сильно зависит от ее источника; однако, очищение этих процессов выделения привело к коммерческой доступности многочисленных степеней молекулярной массы до максимума 5000 кДа (Милас и соавторы 2001г.). С другой стороны, продвинутые технологии сегодняшнего дня способны уменьшить размер этих молекул до высокой степени. Например, японская технология Forlle’d сумела достичь массы от 500 до 2000, то есть 5 нм в размере и менее, что делает эти молекулы способными пересекать межклеточное пространство базальных мембран (6-10 нм) и попадать в дерму.
Исследования in vitro показали, что биоактивность фрагментов сильно зависит от их молекулярной массы, которая отличается в размере. Эти находки были связаны с исследованиями травмы тканей, которые показали, что гиалуроновая кислота накапливается и стимулирует иммунные клетки в месте повреждения экспрессируя воспалительные гены. Это приводит к высвобождению энзимов и свободных радикалов, которые разрушают длинные цепи молекул на фрагменты с различными молекулярными массами. Гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой индуцирует высвобождение про-воспалительных цитокинов из клетки, в то время как кислота с высокой молекулярной массой способна подавлять эту активность (Джианг и соавторы 2007г.). Другие исследования показали взаимодействие этих молекул с рецепторами (CD44, ICAM-1 и RHAMM), через которые она активирует внутриклеточные пути сигналов, что приводит к мнению, что гиалуроновая кислота является ключом в опосредовании миграции клеток.
В косметике гиалуроновая кислота с низкой молекулярной массой используется как высоко эффективный увлажнитель, антиоксидант, стимулятор синтеза коллагена и пролиферации клеток и цитотаксиса; гиалуроновая кислота считается ключевым фактором в борьбе с процессом старения.
Применение у лошадей
Гиалуроновая кислота используется в лечении заболеваний суставов у лошадей, которые участвуют в соревнованиях или переносят тяжелые физические нагрузки. Она показана при нарушениях функций запястных и копытных суставов, но не тогда, когда подозревается сепсис суставов или перелом. В особенности применяется при синовите, связанном с лошадиным остеоартритом. Может вводиться прямо в пораженный сустав, или внутривенно при менее локализованных расстройствах. Может вызывать умеренное повышение температуры сустава, если вводить прямо в него, но это не влияет на клинический исход. Лекарство, введенное внутрь сустава, полностью метаболизируется в срок менее, чем за неделю.
Следует отметить, что согласно канадским рекомендациям, гиалуроновая кислота в препарате HY-50 не должен вводиться животным, которые предназначены на убой для получения конины. В Европе, однако, тот же препарат, как полагают, не имеет такого эффекта и на съедобности конины это не сказывается.
Название «гиалуроновая кислота» происходит от «hyalos» (греч. Стекловидная) и уроновой кислоты, так как она была впервые выделена из стекловидного тела и обладает высоким содержанием уроновой кислоты.
Термин «гиалуронат» относится к сопряженному основанию гиалуроновой кислоты. Так как молекула обычно присутствует в естественных условиях в полианионной форме, чаще всего называется «гиалуронаном».
Мне нравится0
Гость22.01.2013
спасибо, исключительно внятная и информативная статья!
Рекомендации и мнения, опубликованные на сайте, являются справочными или популярными и предоставляются широкому кругу читателей для обсуждения. Указанная информация не заменяет квалифицированную медицинскую помощь, основанную на истории болезни и результатах диагностики. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.
Размещенные на сайте информационные материалы, включая статьи, могут содержать информацию, предназначенную для пользователей старше 18 лет согласно Федеральному закону №436-ФЗ от 29.12.2010 года "О защите детей от информации, причиняющей вред их здоровью и развитию".
