L'àcid hialurònic és un producte d'origen animal, molt utilitzat en medicina i cosmetologia. Les propietats d'aquesta substància encara no s'entenen del tot i el seu efecte sobre el cos humà és prometedor per a la creació de fàrmacs de nova generació. Aquest compost participa activament en els processos d'embriogènesi, divisió cel·lular, la seva diferenciació i moviment durant la resposta immune.
Historial i terminologia de descobriments
L'àcid hialurònic segons la fórmula fa referència als glicosaminoglicans, les molècules dels quals consisteixen en unitats repetitives que no contenen grups sulfat. Per primera vegada, aquest compost d' alt pes molecular es va aïllar del cos vitri del bestiar. Al principi, els científics van suposar que la substància només era característica dels mamífers. Tanmateix, l'any 1937 això es va refutar: es va obtenir a partir d'un medi líquid en el qual es cultivava estreptococ hemolític. El 1954, a la revista científica general britànica Nature, es va publicar per primera vegadafórmula estructural de l'àcid hialurònic.
El nom comú de la substància s'associa amb la història del seu descobriment (eng. "hialoide" - vitri, "àcid urònic" - àcid urònic). En la terminologia química internacional, també hi ha el nom "hialuronà", que combina l'àcid i les seves sals. La fórmula química de l'àcid hialurònic és: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Actualment, el ventall de la seva aplicació és molt ampli: medicina, cosmetologia, farmàcia. L'àcid hialurònic s'utilitza com a substància principal i auxiliar. Les propietats del compost, descobertes en els últims anys, tenen grans perspectives d'ús en el futur, de manera que la demanda d'aquest biopolímer està en constant creixement.
Edifici
La fórmula d'àcid hialurònic és un polisacàrid aniònic típic. Les molècules estan connectades en llargues cadenes lineals. Les substàncies relacionades, els aminoglicans de glucosa, tenen un gran nombre de grups sulfatats. Això explica la formació de diversos isòmers, compostos que es diferencien en la disposició espacial dels àtoms. Les seves propietats químiques també difereixen. L'àcid hialurònic, a diferència dels glicosaminoglicans, sempre és químicament idèntic. Les seves propietats no depenen dels mètodes d'obtenció i del tipus de materials d'origen.
La composició de l'àcid hialurònic inclou àcid D-glucurònic i N-acetil-D-glicosamina, que estan interconnectats per un enllaç beta-glicosídic i formen les seves unitats de disacàrids (anells de glucopiranosa amb un pes molecular d'uns 450 Da). El seu nombre en les molècules d'aquest compost pot arribar als 25.000. A causa d'això, l'àcid té un pes molecular elevat (5.000-20.000.000 Da).
La fórmula estructural del fragment de disacàrid de l'àcid hialurònic es mostra a la figura següent.
La composició de l'àcid conté zones hidròfobes i hidròfiles, per la qual cosa aquest compost d' alta molècula a l'espai sembla una cinta retorçada. La combinació de diverses cadenes formen una bola d'estructura solta. La capacitat d'unir i contenir fins a 1000 molècules d'aigua és una altra característica de la fórmula de l'àcid hialurònic. La bioquímica d'aquesta substància es deu principalment a la seva alta higroscopicitat, que garanteix la saturació dels teixits amb aigua i el manteniment del volum intern.
Propietats químiques
L'àcid hialurònic té les següents propietats químiques característiques:
- formació d'un gran nombre d'enllaços d'hidrogen;
- creació d'una reacció àcida del medi en solucions aquoses a causa de la presència d'un grup carboxil desprotonat;
- formació de sals solubles amb metalls alcalins;
- formació en una solució aquosa d'una estructura de gel forta (pseudogel) que conté una quantitat significativa d'humitat (els complexos proteics sovint precipiten);
- creació de complexos insolubles amb metalls pesants i colorants.
A l'exterior, les solucions aquoses d'una substància s'assemblen a la clara d'ou en consistència. La fórmula estructural de l'àcid hialurònic li permet prendreté diverses formes, depenent de l'entorn iònic del medi:
- hèlix simple esquerra;
- estructures planes multifilaments;
- doble hèlix;
- estructures superenrotllades amb una xarxa molecular densa.
L'última forma és terciària i és capaç d'absorbir una gran quantitat d'aigua, electròlits i proteïnes d' alt pes molecular.
Diferències en l'àcid hialurònic de diversos orígens
Com s'ha esmentat anteriorment, l'estructura d'aquesta substància és molt semblant, independentment de l'origen de la seva producció. La diferència entre els àcids d'origen bacterià i animal és el grau de polimerització. La fórmula d'àcid hialurònic d'origen animal és més llarga que la forma bacteriana (4.000-6.000 i 10.000-15.000 monòmers, respectivament).
La solubilitat en aigua d'aquestes substàncies és la mateixa i depèn principalment de la presència de grups hidroxil i sal en els residus de disacàrids. Com que l'estructura química de l'àcid és inherentment similar en tots els individus vius, això minimitza el risc de reaccions immunològiques adverses i de rebuig quan s'administra a humans i animals.
Papel a la natura
La localització principal de l'àcid hialurònic és la composició de la matriu intercel·lular (o extracel·lular) dels teixits dels mamífers. Com mostren estudis científics, també està present a les càpsules d'alguns bacteris: estreptococs, estafilococs i altres microorganismes paràsits. La síntesi del compost també es produeix al cos dels animals invertebrats (protozous,artròpodes, equinoderms, cucs).
Els científics suggereixen que la capacitat de produir àcid hialurònic en bacteris ha evolucionat per augmentar les seves propietats virulentes a l'organisme hoste. Per la seva presència, els microorganismes poden penetrar fàcilment a la pell i colonitzar-la. Aquests bacteris paràsits són capaços de neutralitzar la resposta immune de l'hoste i provocar el desenvolupament d'un procés inflamatori més actiu que altres soques de microbis.
L'àcid hialurònic és produït per proteïnes que estan incrustades a la paret cel·lular o a les membranes dels orgànuls intracel·lulars. La concentració més alta d'una substància en el cos humà s'observa en el líquid que omple la cavitat de les articulacions, al cordó umbilical, al cos vitri de l'ull i a la pell.
Metabolisme
La síntesi d'àcid hialurònic té lloc en forma de reaccions enzimàtiques en 3 etapes:
- Glucosa-6-fosfat – glucosa-1-fosfat (glucosa fosforilada) – UDP-glucosa – àcid glucurònic.
- Aminosucre – glucosamina-6-fosfat – N-acetilglucosamina-1-fosfat – UDP-N-acetilglucosamina-1-fosfat.
- Reacció de la glicòsid transferasa que implica l'enzim hialuronat sintetasa.
Uns 5 g d'aquesta substància es produeixen i es descomponen al cos humà al dia. La quantitat total d'àcid és d'unes set mil·lèsimes de per cent en pes. En els vertebrats, la síntesi d'àcid es produeix sota la influència de 3 tipus de proteïnes enzimàtiques (hialuronat sintetases). Són metaloproteïnes formades per cations metàl·lics i fosfats de glucòsids. Les hialuronat sintetases són els únics enzimscatalitzant la producció d'àcid.
El procés de destrucció de molècules de C₂₈H₄₄N₂O₂₃ es produeix sota l'acció d'enzims hialurònics-lítics. Al cos humà, n'hi ha almenys set, i alguns d'ells suprimeixen els processos de formació de tumors. Els productes de degradació de l'àcid hialurònic són oligo i polisacàrids, que estimulen la formació de nous vasos sanguinis.
Funcions en el cos humà
El col·lagen i l'àcid hialurònic en la composició de la pell humana són les substàncies més valuoses de les quals depèn l'elasticitat i la suavitat de la dermis. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ realitza les funcions següents:
- conservació de l'aigua, que assegura l'elasticitat de la pell i la seva turgesca;
- creació del grau de viscositat requerit del líquid intersticial;
- participació en la reproducció de les cèl·lules principals i immunocompetents de l'epidermis;
- afavoreix el creixement i la reparació de la pell danyada;
- enfortiment de les fibres de col·lagen;
- enfortiment de la immunitat local;
- protecció contra els radicals lliures, els agents químics i biològics.
La concentració més alta d'aquesta substància s'observa a la pell de l'embrió. Amb l'envelliment, la major part de l'àcid s'uneix a les proteïnes, la qual cosa redueix el nivell d'hidratació de la pell. La capacitat d'autoregular el metabolisme es redueix especialment en persones majors de 50 anys.
També s'han determinat les propietats següents de l'àcid hialurònic al líquid sinovial:
- formacióestructura homogènia per contenir un component específic del cartílag: sulfat de condroitina;
- enfortir l'estructura del col·lagen del cartílag;
- ofereix lubricació de les parts mòbils de les articulacions, reduint-ne el desgast.
El paper biològic de les molècules d'àcid difereix segons el seu pes molecular. Així, els compostos que contenen fins a 1500 monòmers tenen un efecte antiinflamatori i participen activament en la construcció de la xarxa de col·lagen. Els polímers amb una cadena de fins a 2.000 monòmers tenen un paper important en el manteniment de l'equilibri hidràulic, i els compostos de molècula alta tenen les propietats antioxidants més pronunciades.
L'àcid hialurònic també està implicat en la formació i desenvolupament de l'embrió, en el control de la mobilitat cel·lular - migració cel·lular d'un lloc a un altre, en algunes interaccions amb els receptors de les cèl·lules superficials.
Rebre
Hi ha 2 grups principals de maneres d'obtenir una substància:
- Físico-químic (extracció de teixits de mamífers, vertebrats i ocells). Com que les matèries primeres animals sovint contenen àcid en combinació amb proteïnes i altres polisacàrids, cal una purificació exhaustiva del producte resultant, que afecta el cost del medicament final. Per obtenir àcid a escala industrial s'utilitza el cordó umbilical dels nounats i les pintes de les gallines domèstiques. Hi ha altres mètodes d'extracció: dels ulls del bestiar, el líquid que omple les cavitats de les articulacions i les bosses articulars; plasma sanguini,cartílag, pell de porc.
- Mètodes microbians basats en bacteris cultivats. Els principals productors són els bacteris Pasteurellamultocida i Streptococcus. Aquests mètodes es van provar per primera vegada l'any 1953. Són més econòmics i tampoc depenen dels subministraments estacionals de matèries primeres.
En el primer cas, els materials biològics es destrueixen mitjançant mètodes de mòlta i homogeneïtzació, i després s'extreu l'àcid en una barreja amb pèptids per exposició a dissolvents orgànics. La massa resultant es tracta amb enzims o s'eliminen les proteïnes per desnaturalització amb cloroform o una barreja d'etanol i alcohol amílic. Després d'això, la substància es concentra en carbó actiu. La purificació final es fa mitjançant cromatografia d'intercanvi iònic o precipitació amb clorur de cetilpiridini.
Ús mèdic
L'àcid hialurònic s'utilitza per a les patologies següents:
- oftalmologia – cataracta; utilitzar com a entorn quirúrgic durant les operacions;
- ortopèdia - osteoartritis, protecció del cartílag articular de la destrucció, així com per estimular la seva recuperació (endopròtesis de líquid sinovial);
- cirurgia: augment de teixits tous, operacions amb extirpació extensa del cartílag;
- farmacèutics: producció de fàrmacs basats en l'estructura del polímer del compost (comprimits, càpsules, cremes, gels, ungüents);
- indústria alimentària - nutrició esportiva;
- ginecologia - antiadhesiófons;
- dermatologia: tractament de cremades, trastorns tròfics de la pell posttrombòtics.
Segons les previsions dels científics, aquesta substància pot esdevenir la base d'un nou grup de fàrmacs per al tractament del càncer.
Altres propietats de l'àcid també són prometedores:
- antimicrobià, efecte antiviral (el compost és actiu contra el virus de l'herpes i altres);
- millora de la microcirculació sanguínia;
- efecte antiinflamatori;
- acció prolongada (dissolució gradual en teixits humans).
Vitamines
L'àcid hialurònic en la composició de vitamines s'utilitza en forma d'hialuronat de sodi purificat, que és el seu anàleg. L'objectiu principal de la substància és preservar la joventut de la pell, hidratar-la i curar les ferides. Per millorar l'absorció, s'introdueix àcid ascòrbic a la composició dels complexos vitamínics.
També s'està investigant per desenvolupar fàrmacs i suplements dietètics amb efectes antiinflamatoris i immunomoduladors que es poden utilitzar en moltes àrees de l'activitat humana.
Cosmetologia
En cosmetologia, aquest compost s'utilitza per corregir els canvis relacionats amb l'edat. A causa del fet que l'estructura de l'àcid és similar en tots els organismes vius, és adequat per al seu ús com a farciment dèrmic (injecció), especialment al voltant dels ulls. Per tal que la substància romangui més temps a l'epidermis, es modifica amb l'ajuda de molècules d'enllaç creuat.(reticulats). Els farcits reticulats es diferencien entre si pel que fa a la viscositat del gel, la concentració d'àcids i la durada de la reabsorció a la pell.
Les injeccions s'administren per via intra o subcutània en forma d'una solució aquosa a l'1-3%. Això ajuda a augmentar l'elasticitat i la fermesa dels teixits, un suavitzat notable de les arrugues.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ també s'afegeix a la composició dels cosmètics externs: gels, escumes, cremes i altres productes bàsics. L'àcid hialurònic a la composició s'anomena àcid hialurònic (i el hialurònic de sodi és el hialurònic de sodi). Aquest tipus de producte cosmètic té les mateixes propietats que els farcits: prevé la formació d'arrugues, acne i ajuda a saturar la pell amb humitat.
