Kyselina hyaluronová

Kyselina hyaluronová
Schéma chemické struktury
Název (INN)kyselina hyaluronová
Název podle IUPAC(2-acetamido-2-deoxy-D-gluko)-D-glukuronoglykan
Kódy
Číslo CAS9004-61-9
Klasifikace ATCD03AX05 M09AX01 R01AX09 S01KA01
ChemSpider ID2341172
PubChem24759
Chemie
Sumární vzorec(C14H21NO11)n
InChIInChI=1S/C28H44N2O23/c1-5(33)29-9-18(11(35)7(3-31)47-25(9)46)49-28-17(41)15(39)20(22(53-28)24(44)45)51-26-10(30-6(2)34)19(12(36)8(4-32)48-26)50-27-16(40)13(37)14(38)21(52-27)23(42)43/h7-22,25-28,31-32,35-41,46H,3-4H2,1-2H3,(H,29,33)(H,30,34)(H,42,43)(H,44,45)/t7-,8-,9-,10-,11-,12-,13+,14+,15-,16-,17-,18?,19?,20+,21+,22+,25-,26+,27-,28-/m1/s1
Některá data mohou pocházet z datové položky.

Kyselina hyaluronová je přirozeně se vyskytující glykosaminoglykan, což je jeden z lineárních polysacharidů, o vysoké molekulové hmotnosti. Je složena z opakujících se disacharidových jednotek, kdy každá z těchto jednotek obsahuje kyselinu D-glukuronovou a N-acetylglukosamin.[1] Kyselina hyaluronová může jako kyselina existovat pouze v silně kyselém prostředí. Protože v organismu je až na výjimky hodnota pH v rozsahu od mírně kyselé po mírně alkalické, existuje v tomto prostředí kyselina hyaluronová pouze v podobě soli, nejčastěji sodné. Proto se nedoporučuje používat označení kyselina hyaluronová pro látku vyskytující se v organismu nebo do organismu přidávanou. Přesnější je použití obecného označení hyaluronan (v případě, že neudáváme konkrétní kationt), či hyaluronát (vždy s udáním kationtu, např. hyaluronát sodný).[2][3] Termín kyselina hyaluronová se používá spíše v kosmetice a medicínských aplikacích.

Hyaluronan tvoří jednu z hlavních složek mezibuněčné hmoty. Je součástí pojivových, epiteliálních a nervových tkání. Ve velkém množství se nachází v očním sklivci, synoviální tekutině, pupečníkové šňůře a kůži. Rovněž tvoří slizovité obaly vajíček některých organizmů.[2]

Biologické funkce

Hyaluronan má vysokou afinitu k vodě, což pozitivně ovlivňuje elasticitu (hydrataci) tkání, např. kůže, chrupavky apod.[4][5]

Je organizátorem tvorby mezibuněčné hmoty. Spolu s proteoglykany vytváří nadmolekulární útvary, jakési sítě, do kterých se organizovaně ukládá kolagen a další složky pojivových tkání (elastin, glykoproteiny apod.).[6]

Hyaluronan se váže na celou řadu buněčných receptorů, čímž jednak fixuje buňky do sítí extracelulární matrix a jednak reguluje procesy probíhající v buňkách a sekreci regulačních molekul z buněk. Nosiče léčiv, které na svém povrchu mají fragmenty hyaluronanu, se mohou s buňkami právě prostřednictvím receptoru spojovat a pomocí endocytózy přenášet léčivé látky do buňky.[7][8]

Fragmenty hyaluronanu vykazují různé biologické aktivity v závislosti na jejich molekulové hmotnosti. Vysokomolekulární hyaluronan působí protizánětlivě. Některé fragmenty působí přímo na buňky imunitního systému a tím, že ovlivňují produkci cytokinů a chemokinů, zánět regulují (např. první fáze hojení ran). Prostřednictvím regulace produkce některých cytokinů působí fragmenty hyaluronanu i proti zánětu ve tkáních, jiné regulují tvorbu pojivových struktur. Hyaluronan zháší volné kyslíkové radikály, ovlivňuje proliferaci a diferenciaci buněk.[9] [10] [11] [12]

Hyaluronan tím, že váže některé růstové faktory, brání nadměrnému ukládání kolagenu do jizev, čímž podporuje bezjizevnaté hojení ran. Mechanismus není dosud detailně popsán a pravděpodobně bude multifaktoriální. [13] [14]

Hyaluronan s vysokou molekulovou hmotností má analgetický účinek.[11]

V synoviální tekutině v kloubech slouží komplexy hyaluronanu s dalšími látkami jako lubrikant (díky jejich viskoelastickým vlastnostem) a jako tlumič nárazů (díky silné schopnosti hydratovat chrupavku).[15]

Použití

Použití hyaluronanu je velmi široké, zejména v medicíně a v kosmetice, a to jak ve formě vysokomolekulárního chemicky nemodifikovaného biopolymeru, tak i ve formě fragmentů, které mohou být i chemicky modifikované.[3] Hyaluronan s vysokou a střední molekulovou hmotností, a to ve formě nativní či modifikované (síťované), se hojně využívá ve formě intraartikulárních injekcí přímo do kloubů, nejčastěji kolenního, ale i dalších kloubů včetně malých (např. na rukou či nohou), jak po úrazech, tak u pacientů s osteoartrózou. Aplikací hyaluronanu s vyšší molekulovou hmotností dojde jednak k přímému potlačení bolesti, ale také ke krátkodobému zvýšení koncentrace hyaluronanu v kloubu, což vede ještě k druhotnému potlačení bolesti tím, že je kloub lépe lubrikován. Dodaný hyaluronan je navíc schopen aktivovat syntézu vlastního hyaluronanu buňkami synoviální membrány, zlepšuje metabolizmus chrupavky a chrání ji před působením degradačních enzymů.[16] [17] [18]

V očním lékařství se hyaluronan používá při různých operacích, nejčastěji při výměně oční čočky (metodou zvanou fakoemulzifikace). Roztokem hyaluronanu se vyplňuje prostor přední komory, což pomáhá jednak k odstranění úlomků oční čočky rozbité ultrazvukem a dále přítomný hyaluronan chrání oční tkáně před jejich poškozením během operace. Díky své schopnosti vázat velké množství vody se hyaluronan používá v očních kapkách určených ke zmírnění potíží u syndromu suchého oka, protože vytváří na povrchu oka tenký film, který zabezpečí bezbolestné klouzání víčka po oční bulvě. Hyaluronan se rovněž používá v kapkách pro uživatele kontaktních čoček.[16] [19] [20]

Nativní hyaluronan nalezneme i v přípravcích na hojení ran, zejména určených pro obtížně se hojící rány jako jsou bércové vředy, rány na nohou diabetiků a přípravky pro léčbu rozpadlých ran po operacích, zejména v kardiochirurgii či chirurgii břicha.[21] [22] Hyaluronan se rovněž využívá v reprodukční medicíně, kde je součástí media pro transfer embryí nebo např. jako selekční medium pro určení kondice spermií.[23] [24] Nativní hyaluronan se dále využívá v ORL v nosních kapkách, při augmentaci hlasivek [25], při poškození sliznice po ozařování nádorů hlavy a krku [26], při léčbě různých patologických stavů poševní sliznice a v některých dalších aplikacích.[27] [28] Chemicky modifikovaný hyaluronan, nejčastěji síťovaný do 3D sítě, nachází uplatnění v přípravcích na hojení ran a v tkáňovém inženýrství.[29]

V kosmetice se využívá schopnost hyaluronanu vázat vodu a vytvářet na pokožce tenký film, který vyvolává sametový efekt při dotyku. Fragmenty hyaluronanu, zejména chemicky modifikované, slouží k přenášení aktivních látek do pokožky. V kosmetice se rovněž hojně využívá síťovaných derivátů hyaluronanu ve formě dermálních fillerů. Obdobné přípravky se používají v korektivní dermatologii a plastické chirurgii.[30] [31]

Kromě využití v medicíně a kosmetice se hyaluronan uplatňuje ve výživových doplňcích. Orálně podívaný hyaluronan má prokázaný vliv na pojivové tkáně obecně, zejména na klouby a šlachy, kvalitu kůže a kožních adnex, hojení oftalmologických operačních ran apod.[32] [33] [34] [35]

Výroba

Lyofilizovaná kyselina jako finální produkt určený pro použití v kosmetických přípravcích

Hyaluronan se dnes vyrábí fermentačním způsobem s využitím bakterií, které ho přirozeně produkují jako kapsuli pro svoji ochranu. Geneticky změněné kmeny bakterií se průmyslově prakticky nepoužívají, a to zejména z etických důvodů.[2] [3] Biotechnologickým způsobem vyrábí hyaluronan i česká firma Contipro, která je významným světovým producentem této látky. K výrobě používá vlastní kmeny bakterií Streptococcus zooepidemicus equi zbavené patogenů a schopnosti hemolýzy.[36]

Reference

  1. ↑ NEŠPOROVÁ, Kristina; PAVLÍK, Vojtěch. Nepostradatelná kyselina. Vesmír. 2024-06-03, roč. 103, čís. 6, s. 354–357. Dostupné online. 
  2. ↑ a b c NECAS, J; BARTOSIKOVA, L; BRAUNER, P, et al. Hyaluronic acid (hyaluronan): a review. Veterinarni Medicina. 2008, roč. 53, čís. 8, s. 397–411. Dostupné v archivu pořízeném dne 2017-07-13.  Archivováno 13. 7. 2017 na Wayback Machine.
  3. ↑ a b c FALLACARA, A.; BALDINI, E.; MANFREDINI, S. Hyaluronic Acid in the Third Millennium. Polymers. Roč. 2018, čís. 10, s. 701–737. 
  4. ↑ KUCERIK, J.; PRUSOVA, A.; ROTARU, A. DSC study on hyaluronan drying and hydration. Thermochimica Acta. Roč. 2011, čís. 523, s. 245–249. 
  5. ↑ PRUSOVA, A.; SMEJKALOVÁ, D.; CHYTIL, M. An alternative DSC approach to study hydration of hyaluronan. Carbohydrate Polymers. Roč. 2010, čís. 82, s. 498–503. 
  6. ↑ THEOCHARIS, A. D.; SKANDALIS, S. S.; GIALELI, C. Extracellular matrix structure. Advanced Drug Delivery Reviews. Roč. 2016, čís. 97, s. 4–27. 
  7. ↑ LIANG, J.; JIANG, D.; NOBLE, P. Hyaluronan as a therapeutic target in human diseases. Advanced Drug Delivery Reviews. Roč. 2016, čís. 97, s. 186–203. 
  8. ↑ BAJORATH, J.; GREENFIELD, B.; MUNRO, S. Identification of CD44 Residues Important for Hyaluronan Binding and Delineation of the Binding Site. Journal of the Biological Chemistry. Roč. 1998, čís. 273, s. 338–343. 
  9. ↑ STERN, R.; ASARIB, A. A.; SUGAHARAC, N. Hyaluronan fragments: An information-rich system. European Journal of Cell Biology. Roč. 2006, čís. 85, s. 699–715. 
  10. ↑ KE, C.; SUN, L.; OIAO, D. Antioxidant acitivity of low molecular weight hyaluronic acid. Food and Chemical Toxicology. Roč. 2011, čís. 49, s. 2670–2675. 
  11. ↑ a b BAEVA, L. F.; LYLE, D. B.; RIOS, M. Different molecular weight hyaluronic acid effects on human macrophage interleukin 1b production. J Biomed Mater Res Part A. Roč. 2014, čís. 102A, s. 305–314. 
  12. ↑ MAHARJAN, A. S.; PILLING, D.; GOMER, R. H. High and Low Molecular Weight Hyaluronic Acid Differentially Regulate Human Fibrocyte Differentiation. PLoS ONE. Roč. 2011, čís. 6, s. e26078. 
  13. ↑ SIDWGWICK, G. P.; BAYAT, A. Extracellular matrix molecules implicated in hypertrophic and keloid scarring. , Journal of the European Academy of Dermatology and Venereology. Roč. 2012, čís. 26, s. 141–152. 
  14. ↑ SUN, G.; SHEN, Y.-I; HARMON, J. W. Engineering Pro-Regenerative Hydrogels for Scarless Wound Healing. Advanced Healthcare Materials. Roč. 2018, čís. 1800016. 
  15. ↑ SEROR, J.; MERKHER, Y.; KAMPF, N. Normal and Shear Interactions between Hyaluronan - Aggrecan Complexes Mimicking Possible Boundary Lubricants in Articular Cartilage in Synovial Joints. Biomacromolecules. Roč. 2012, čís. 13, s. 3823–3832. 
  16. ↑ a b HUYNH, A.; PRIEFER, R. Hyaluronic acid applications in ophthalmology, rheumatology, and dermatology. Carbohydrate Research. Roč. 2020, čís. 489, s. 107950. 
  17. ↑ ROSEN, J.; NIAZI, F.; DYSART, S. Cost-Effectiveness of Treating Early to Moderate Stage Knee Osteoarthritis with Intra-articular Hyaluronic Acid Compared to Conservative Interventions. Advances in Therapy. Roč. 2020, čís. 37, s. 344–352. 
  18. ↑ STITIK, T. P.; LEVY, J. A. Viscosupplementation (Biosupplementation) for Osteoarthritis. American Journal of Physical Medicine & Rehabilitation. Roč. 2006, čís. 85, s. S32 - S50. 
  19. ↑ JUMELLEA, C.; GHOLIZADEHB, S.; ANABIB, N. Advances and limitations of drug delivery systems formulated as eye drops. Journal of Controlled Release. Roč. 2020, čís. 321, s. 1–22. 
  20. ↑ LINEBARGER, E.; HARDTEN, D. R.; SHAH, G. K. Phacoemulsification and Modern Cataract Surgery. Survey of Ophthalmology. Roč. 1999, čís. 44, s. 123–147. 
  21. ↑ ROEHRS, H.; STOCCO, J. G. D.; POTT, F. Dressings and topical agents containing hyaluronic acid for chronic wound healing. Cochrane Database of Systematic Reviews. Roč. 2016, čís. 5. DOI 10.1002/14651858.CD012215. 
  22. ↑ MOGOSANU, D. G.; GRUMEZESCUB, A. M. Natural and synthetic polymers for wounds and burns dressing. International Journal of Pharmaceutics. Roč. 2014, čís. 463, s. 127–136. 
  23. ↑ FOULADI-NASHTA, A. A.; RAHEEM, K. A.; MAREI, W. F. Regulation and roles of the hyaluronan system in mammalian reproduction. Reproduction. Roč. 2017, čís. 153, s. R43 - R58. 
  24. ↑ YOGEV, L.; KLEIMAM, S. E.; HAUSER, R. Assessing the predictive value of hyaluronan binding ability for the freezability potential of human sperm. Fertility and Sterility. Roč. 2010, čís. 93, s. 154–158. 
  25. ↑ KWONA, T.-K.; BUCKMIREB, R. Injection laryngoplasty for management of unilateral vocal fold paralysis. Current Opinion in Otolaryngology & Head and Neck Surgery. Roč. 2004, čís. 12, s. 538–542. 
  26. ↑ COSETINO, D.; PIRO, F. Hyaluronic acid for treatment of the radiation therapy side effects: a systematic review. European Review for Medical and Pharmacological Sciences. Roč. 2018, čís. 22, s. 7562–7572. 
  27. ↑ VALENTA, C. The use of mucoadhesive polymers in vaginal delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. Roč. 2005, čís. 57, s. 1692–1712. 
  28. ↑ JABBOUR, S.; KECHICHIAN, E.; HERSANT, B. . Labia Majora Augmentation: A Systematic Review of the Literature. Aesthetic Surgery Journal. Roč. 2017, čís. 37, s. 1157–1164. 
  29. ↑ NEWSON, J. P.; PAYNE, K. A.; KREBS, M. D. Microgels: Modular, tunable constructs for tissue regeneration. Acta Biomaterialia. Roč. 2019, čís. 88, s. 32–41. 
  30. ↑ GUTOWSKI, K.A. Hyaluronic Acid Fillers: Science and Clinical Uses. Clinics in Plastic Surgery. Roč. 2016, čís. 43, s. 489–496. 
  31. ↑ SUNA, F.; NIUA, H.; WANGA, D. Novel moisture-preserving derivatives of hyaluronan resistant tohyaluronidase and protective to UV light. Carbohydrate Polymers. Roč. 2017, čís. 157, s. 1198–1204. 
  32. ↑ KALMAN, D. S.; HEIMER, M.; VALDEON, A. Effect of a natural extract of chicken combs with a high content of hyaluronic acid (Hyal-Joint®) on pain relief and quality of life in subjects with knee osteoarthritis: a pilot randomized double-blind placebo-controlled trial. Nutrition Journal. Roč. 2008, čís. 7. DOI 10.1186/1475-2891-7-3. 
  33. ↑ KIMURU, M.; MAESHIMA, T.; KUBOTA, T. Absorption of Orally Administered Hyaluronan. Journal of Medicinal Food. Roč. 2016, čís. 19, s. 1172–1179. 
  34. ↑ KAWADA, C.; KIMURU, M.; MASUDA, Y. Oral administration of hyaluronan prevents skin dryness and epidermal thickening in ultraviolet irradiated hairless mice. Journal of Photochemistry & Photobiology, B: Biology. Roč. 2015, čís. 153, s. 215–221. 
  35. ↑ KIM, Y.; MOON, C. H.; KIM, B. Y. Oral Hyaluronic Acid Supplementation for the Treatment of Dry Eye Disease: A Pilot Study. Journal of Ophthalmology. Roč. 2019. DOI 10.1155/2019/5491626. 
  36. ↑ CONTIPRO. Pharmaceutical Sodium Hyaluronate Manufacturer. Contipro [online]. [cit. 2020-08-24]. Dostupné online. (anglicky) 

Média použitá na této stránce