Способ получения гиалуроновой кислоты. Гиалуронат: история исследования гиалуроновой кислоты В каких выделениях человека есть гиалуроновая кислота

1

Дан краткий исторический очерк об открытии и комплексном изучении гиалуроновых кислот. В сравнительном плане проведена систематизация данных научной литературы по особенностям химического строения, физико-химических свойств, гистологической и цитологической принадлежности, функций и метаболизма гиалуроновых кислот у организмов различных таксономических групп. Выявлены особенности ферментного состава, обеспечивающие синтез и деградацию биополимера у микроорганизмов и в клетках тканей млекопитающих. Проанализированы традиционные технологии извлечения из животного сырья и способы его получения на основе культур Streptococcus equi subsp. equi, S. equi subsp. zooepidеmiсus и Bacillus subtilis. Обоснована научно-техническая разработка инновационных биотехнологий гиалуроновых кислот различной молекулярной массы и перспективы их производственной реализации. Представлены сведения о применении продукции на их основе в различных сферах современной жизни.

гиалуроновая кислота

технологии микробного синтеза

биотехнология

бактерии

1. Белодед А. В. Микробиологический синтез и деградация гиалуроновой кислоты бактериями р. Streptococcus: Автореф. дис. канд. биол. наук: МГУПБ - М., 2008. - 23 с.

2. Бычков С.М., Колесников М.Ф. Способ получения гиалуроновой кислоты //A. с № 219752 СССР, 1968. - Бюл. № 19. - С. 90.

3. Забненкова О.В. Внутридермальные филлеры на основе гиалуроновой кислоты. Показания к применению, возможные комбинации // Пластическая хирургия и косметология: научно-практический журнал, 2010. - № 1 - С. 101-115. URL: http://www.pscj.ru/upload/iblock/569/11.pdf (дата обращения: 24.11.2016)

4. Костина Г., Радаева И. Использование гиалуроновой кислоты в медицине и косметологии // Косметика и медицина, 1999. - № 2-3. - С. 53-57.

5. Лупына Т. П., Волошина Е. С. Микробиологический способ получения гиалуроновой кислоты и перспективы её использования в фармацевтике. Национальный университет пищевых технологий, Украина. - 2014. - С. 4.

6. Препараты Princess filler и Princess volume в коррекции возрастных изменений лица и атрофических рубцов // Инъекционные методы в косметологии, 2013. - №2 /http://corneal.ru/events/publications/43/ (дата обращения:24.11.2016)

7. Португалова B.B., Ерзикян К.Л. Гиалуроновая кислота и ее роль в жизнедеятельности организмов // Успехи соврем. биол., 1986. - Т. 101, № 3. - С. 344-358.

8. Радаева И.Ф., Костина Г.А., Змиевский A.B. Гиалуроновая кислота: биологическая роль, строение, синтез, выделение, очистка и применение // Прикл. биохим. микробиол., 1997. - Т. 33, №2. - С. 133-137.

9. Ряшенцев В.Ю., Никольский С.Ф., Вайнермен Е.С. и др. Способ получения гиалуроновой кислоты // Патент № 2017751 РФ, 1994. - Бюл. № 15. - С. 75-76.

10. Толстых П.И., Стекольников Л.И., Рыльцев В.В. и др. Лекарственные препараты животного происхождения для наружного применения // Хим.-фарм. журн., 1991. - Т. 25, № 4. - С. 83-87

11. Филлеры: что это такое [Электронный ресурс] // Стоматология & косметология http://24stoma.ru/filleri.html (дата обращения: 24.11.2016 г.)

12. Abatangelo G., Martinelli M., Vecchia P. Healing of hyaluronic acid-enriched wounds:histological observations // J. Surg. Res., 1983. - V. 35, № 5. - P. 410-416.

13. Ahmet Tezel & Clenn H. Fredrickon Дермальные филлеры на основе гиалуроновой кислоты: взгляд с позиции науки [Калифорнийский университет, Санта-Барбара, США] [Электронный ресурс] // SKIN AESTHETIC http://estetika.uz/upload/files/da25b536d87b2edf853c5bc5d10f2968.pdf (дата обращения: 24.11.2016)

14. Carter G.R. Pasteurellosis: Pasteurella multocida and Pasteurella hemolytica. // Adv. Vet. Sci., 1967. - V. 11. - P. 321-379.

15. DeAngelis P.L., Jing W., Graves M.V., Burbank D.E., van Etten J.L. Hyaluronan synthase оf chlorella virus PBCV-1 // Science, 1997. - V. 278. - P. 1800-1803.

16. DeAngelis P.L., Papaconstantinou J., Weigel P.H. Isolation of a Streptococcus pyogenes gene locus that directs hyaluronan biosynthesis in acapsular mutants and in heterologous bacteria // J. Biol. Chem, 1993. - V. 268. - P. 14568-14571.

17. Frost G.I., Csoka Т., Stern R. The hyaluronidases: a chemical, biological and clinical overview // Trends Glycosci. Glycotech., 1996. - V. 8. - P. 419-434.

18. Graves M.V., Burbank D.E., Roth R., Heuser J., DeAngelis P.L., van Etten J.L. Hyaluronan synthesis in virus PBCV-1-infected chlorella-like green algae // Virology, 1999. - V. 257. - P.15-23.

19. Karlstam В., Vincent J., Johansson В., Bryno C. A simple purification method of squeezed krill for obtaining high levels of hydrolytic enzymes // Prep. Biochem., 1991. - V. 21. - P. 237-256.

20. Kendall F.E., Heidelberger M., Dawson M.H. A serologically inactive polysaccharide elaborated by mucoid strains of group A hemolytic Streptococcus. // J. Biol. Chem., 1937. - V. 118. - P. 61-69.

21. Kim J.H., Yoo S.J., Oh D.K., Kweon Y.G. et al. Selection of a Streptococcus equi mutant and optimization of culture conditions for the production of high molecular weight hyaluronic acid. // Enzyme Microb. Technol., 1996. - V. 19. - P. 440-445.

22. Lansing M., Lellig S., Mausolf A., Martini I., Crescenzi F., Oregon M., Prehm P. Hyaluronate synthase: cloning and sequencing of the gene from Streptococcus sp. // Biochem. J., 1993. -V. 289. - P. 179-184.

23. Linker A., Meyer K. Production of Unsaturated Uronides by Bacterial Hyaluronidases //Nature, 1954. - V. 174. - P. 1192-1194.

24. Matsubara C, Kajiwara M., Akasaka H., Haze S. Carbon-13 nuclear magnetic resonance studies on the biosynthesis of hyaluronic acid // Chem. Pharm. Bull., 1991. - V. 39. - P. 2446-2448.

25. Meyer K. Highly viscous sodium hyaluronate // J. Biol. Chem., 1948. - V. 176. - № 2. - P. 993-997.

26. Meyer K. Hyaluronidases // The Enzymes. - V. 5. / ed. Boyer P.D. - New York: Academic Press, 1971. - P . 307-320.

27. Meyer K., Palmer J. The polysaccharide of the vitreous humor // J. Biol. Chem., 1934. -V. 107. - P. 629-634.

28. Mortimer E.A., Vastine E.L. Production of Capsular Polysaccharide (Hyaluronic Acid)by L Colonies of Group A Streptococci. // J. Bacteriol., 1967. - V. 94, № 1. - P. 268-271.

29. Prehm P. Hyaluronan. // Biopolymers: biology, chemistry, biotechnology, applications. -V. 5: Polysaccharides I. Polysaccharides from prokaryotes. / eds. Vandamme E.J., DeBaets S.,Steinbuchel A. - Weinheim: Wiley-VCH, 2000. - P. 379-404.

30. Prehm P. Synthesis of hyaluronate in differentiated teratocarcinoma cells: characterization of the synthase. // Biochem. J., 1983. - V. 211. - P. 181-189.

31. Roseman S., Moses F.E., Ludowieg J., Dorfman A. The biosynthesis of hyaluronic acidby group A Streptococcus. Utilization of l-C14-glucose // J. Biol. Chem., 1953. - V. 203. - P.213-225.

32. Scott J.E., Cummings C, Brass A., Chen Y. Secondary and tertiary structures of hyaluronan in aqueous solution, investigated by rotary shadowing-electron microscopy and computer simulation. Hyaluronan is a very efficient network-forming polymer // Biochem. J., 1991. - V.274. - P. 699-705.

33. Shimada Е., Matsumura G.J. Molecular Weight of Hyaluronic Acid from Rabbit Skin //J. Biochem., 1977. - V. 81. - № l. - P. 79-91.

34. Stern R., Asari A.A., Sugahara K.N. Hyaluronan fragments: an information-rich system // Eur. J. Cell Biol., 2006. - V. 85. - P. 699-715.

35. Sugahara K., Schwartz N.B., Dorfman A. Biosynthesis of Hyaluronic Acid by Streptococcus // J. Biol. Chem., 1979. - V. 254, № 14. - P. 6252-6261.

36. Weigel P.H., Hascall V.C., Tammi M. Hyaluronan Synthases // J. Biol. Chem., 1997. - V. 272, № 22. - P. 13997-14000.

37. Widner В., Behr R., Von Dollen S., Tang M., Ней Т., Sloma A., Sternberg D., DeAngelis P.L., Weigel P.H., Brown S. Hyaluronic Acid Production in Bacillus subtilis // Appl. Environ. Microbiol., 2005. - V. 71, № 7. - P. 3747-3752.

A DESCRIPTION OF DIFFERENT METHODS USED TO OBTAIN HYALURONIC ACID

Savoskin O. V. 1 Semyonova E. F. 1 Rashevskaya E. Yu. 1 Polyakova A. A. 1 Grybkova E. A. 1 Agabalaeva K. O. 1 Moiseeva I. Ya. 1

1 Penza State University

Abstract:

The article gives a brief historical outline of the discovery and comprehensive study of hyaluronic acids. We compare and systematize scientific papers focusing on the specific features of functions, metabolism, chemical constitution, physical, chemical, histological and cytological properties of hyaluronic acids in organisms belonging to different taxonomic groups. We also reveal the specific features of enzyme composition that ensure the synthesis and degradation of biopolymers in microorganisms and mammals’ tissue cells. In addition, we analyze traditional extraction technologies used with animal-based raw materials and ways of obtaining them from Streptococcus equi subsp. equi, S. equi subsp. zooepidеmiсus and Bacillus subtilis. Furthermore, we present the grounds for the scientific and technical development of innovative biotechnologies related to hyaluronic acids with different molecular weight and their production prospects. Finally, we give information about how hyaluronic acid-based goods are used in different spheres of modern life.

Keywords:

technologies of microbial synthesis

В последние годы медицина, фармацевтика и косметология далеко шагнули в вопросе использования высокомолекулярных соединений (ВМС), в качестве основных действующих, а также вспомогательных, корригирующих веществ и наполнителей. Одним из наиболее востребованных в медицине и косметологии ВМС на сегодняшний момент, является гиалуроновая кислота (ГК), которая нашла свое применения в хирургии, как заменитель синовиальной жидкости в суставах в качестве смазывающего и хондропротекторного компонента; дерматологии, в качестве ремоделирующего агента при коррекции возрастных деформаций кожи лица, особенно кожи вокруг глаз; гинекологии, в качестве противоспаечного средства при внутривлагалищных сращениях. Таким образом, спектр применения гиалуроновой кислоты весьма широк; он постоянно пополняется, что приводит к повышению спроса на данный вид биополимера, а, следовательно, интересу к альтернативным источникам его получения.

1. История открытия гиалуроновой кислоты

В 1934 г. в журнале Journal of Biological Chemistry была опубликована статья Карла Маера и Джона Палмера, в которой упоминался необычный полисахарид, выделенный из стекловидного тела бычьего глаза (от греч. hyalos — стекловидный и англ. uronic acid - уроновая кислота), достаточно высокой молекулярной массы 450 г/моль и не содержащий сульфатных групп . Дальнейшие исследования показали, что полисахарид представлен фрагментами дисахарида, который состоит из D-глюкуроновой кислоты и N-ацетилировананного глюкозоамина.

Данные о принадлежности биополимера только структурам организмов млекопитающих опровергли, когда в 1937 г. Кендал и Хейдельбергер заявили о выделении полисахарида идентичного гиалуронану из культуральной жидкости гемолитического стрептококка. Идентичность выделенного биополимера подтвердилась ими же позже после установления структуры полисахарида в 60-е годы . В 1954 г. в журнале Nature руководитель лаборатории Meyer опубликовал структурную формулу фрагмента дисахарида, продукта расщепления стрептококковой гиалуронатлиазой .

Научный интерес к гиалуроновой кислоте, ее получению, выделению и применению все больше увеличивался. К настоящему времени опубликовано более 15000 статей в зарубежных и отечественных журналах. Результатом исследований было получение достоверных данных о выделении гиалуронана из различных органов млекопитающих, а также из культур различных клеток (гемолитический стрептококк, стрептомицеты, коринебактерии). Некоторые данные имели промышленное значение, например, экстракция гиалуроновой кислоты из гребней кур используется и сейчас. За полвека увеличился и спектр применения гиалуронана (хирургия, косметология, травматология и ортопедия, дерматология и др.), а также были созданы новейшие лекарственные формы на основе его полимерной структуры . Все это не было возможно без установления биологической роли биополимера, который, как оказалось, служил компонентом клеточного матрикса, необходимого для нормального осуществления метаболических процессов пролиферации и дифференциации тканей. Так был изучен процесс метаболизма гиалуронана в организме человека. Стало известно, что в день распадается и синтезируется около 5 г гиалуроновой кислоты, а ее содержание в теле человека составляет примерно 0,007%, что составляет около 15 г у женщины массой 70 кг .

В 1953 г. Роземан, Мозес и Дорфман опубликовали работы, где был указан способ получения гиалуронана, его осаждения и выделения в свободном виде на основе культур гемолитического стрептококка. В дальнейшем их методы выделения и осаждения были усовершенствованы Цифонелли и Маедо, что позволило повысить выход и чистоту продукта . Механизм образования гиалуронана в бактериях, в том числе стрептококков, был выявлен позже, когда был исследован ферментный состав микроорганизмов, способных к синтезу гиалуроновой кислоты. В 1959 г. было доказано существование специфических пептидов гиалуронатсинтетаз, которые осуществляют синтез полисахарида в мембранах бактерий .

В 1992 г. американские ученые заявили о клонировании гена, отвечающего за синтез гиалуронатсинтетазы, и передаче его штамму кишечной палочки. Однако активного фермента получить не смогли. ДеАнгелис в 2002 г. сообщил об успешном выделении оперона гиалуронатсинтетазы и экспрессии его в микроорганизм. Это был первый случай клонирования глюкозоаминогликансинтетаз в мировой практике .

В настоящее время в мире проводятся исследования механизмов действия гиалуроновых кислот, их роли в организме человека и альтернативных путей использования. Однако, особенно актуальными являются вопросы микробного синтеза гиалуронана, что подтверждает цена за килограмм очищенного продукта, составляющая около 700000 т. руб. (импортируемый продукт на основе животного сырья). Так, за последние 20 лет в мире было выдано более 50 патентов, что свидетельствует о высоком интересе к рассматриваемой проблеме.

2. Химическое строение и физические свойства гиалуроновой кислоты

Около 20 лет с момента первой публикации об открытии животного полисахарида гиалуроновой кислоты (1934 г.) понадобилось лаборатории Meyer, для установления точного химического строения гиалуроновой кислоты. Гиалуроновая кислота, гиалуронат или гиалуронан - (C14H21NO11)n - органическое соединение, относящееся к группе несульфатированных глюкозоаминогликанов (рис. 1). Наличие многочисленных сульфатированных групп у родственных глюкозоаминогликанов является причиной многочисленной изомерии, чего не наблюдается у гиалуроновой кислоты, которая всегда химически идентична, в независимости от методов и источников получения. Молекула гиалуроновой кислоты построена из повторяющихся фрагментов D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозоамина, соединенных β-(1-3)гликозидной связью. Основы фрагментов сахаров - это глюкопиранозное кольцо с различными заместителями (ацетамидная группа, гидроксильные и карбоксильные функциональные группы).

Рис. 1. Химическая формула гиалуроновой кислоты

Для молекулы гиалуроновой кислоты характерно образование большого количества водородных связей как внутри молекулы, так и между соседними углеводными остатками, находящимися на значительном друг от друга расстоянии, а в водном растворе даже между соседними молекулами через карбоксил и ацетамидную группу. Имеет кислую реакцию среды ввиду наличия непротонированной карбоксильной группы. Кислотные свойства гиалуроната позволяют получать растворимые в воде соли с щелочными металлами. Гиалуроновая кислота - это анионный линейный полисахарид с различной молекулярной массой 105-107Да. Молекулярная масса зависит от способа получения, причем, ввиду отсутствия изомерии, получаемый гиалуронат всегда химически идентичен стандартному.

Растворы гиалуроновой кислоты 1-4% образуют псевдогели. В водной среде сила кислотности карбоксильной группы (pK) составляет порядка 3-4, поэтому, для сохранения электронейтральности в растворе, молекулу окружают положительно заряженные катионы металлов, Na+, K+, Мg2+ и Ca2+, что приводит к формированию прочной гелевой структуры с большим содержанием воды. С тяжелыми металлами и красителями дает нерастворимые в воде комплексы. Кроме того, гиалуронат специфически реагирует с белками и в результате дает нам сложные гелеобразные комплексы, нередко выпадающие в осадок .

В водном растворе гиалуроновая кислота имеет достаточно большие значения продольного размера полисахаридной цепи - примерно 1 нм, поэтому, находясь в организме млекопитающих, гиалуроновая кислота принимает наиболее компактную форму. Посредством рентгеноструктурного анализа, выяснено, что гиалуронат может формировать левую ординарную и двойную спирали, различные многонитевые плоские структуры, а также сверхспирализованные структуры с вариациями концентраций в различных частях цепи, формирующие плотную молекулярную сетку, что и составляет вторичную структуру полисахарида. Это, в основном, обусловливается образованием водородных связей, связыванием с катионами щелочных металлов и гидрофобными взаимодействиями. Третичная структура гиалуроновой кислоты - это сетка, обладающая высокими реологическими свойствами (домены отталкиваются друг от друга), способная поглощать значительное количество воды и электролитов, а также большие молекулы белков, однако точно определенного размера пор третичная структура не образует. Сети имеют весьма четкую упорядоченность, ввиду наличия электронных эффектов по функциональным группам и по заместителям. При этом молекула принимает наиболее энергетически выгодное положение, которое также зависит от ионного окружения .

3. Гиалуроновая кислота в природе, функции гиалуроната в зависимости от гистологической и цитологической принадлежности у различных организмов

Наличие гиалуронатсинтетаз и гиалуроновых кислот в капсулах вирусов и бактерий родов Streptococcus можно объяснить, как адаптативное эволюционное приспособление, которое бактерии и вирусы позаимствовали у высших животных, тем самым увеличив свою способность преодолевать иммунный ответ хозяина.

3.1 Гиалуроновая кислота в тканях млекопитающих

Гиалуронат - основной компонент межклеточного матрикса различных тканей млекопитающих, однако распределен неравномерно. Так, например, максимальная концентрация содержания гиалуроновой кислоты в теле человека наблюдается в синовиальной жидкости, пупочном канатике, стекловидном теле глаза и коже .

В коже глюкозоаминогликан содержится в интерстициальном пространстве и выполняет ряд функций: удерживает воду, тем самым поддерживает естественную эластичность и объём кожи, что так важно при воспалительных реакциях; участвует в процессах пролиферации и дифференциации кератиноцитов и иммунокомпетентных клеток, тем самым играет роль в поддержании нормального процесса роста и регенерации кожных покровов и осуществлении местного иммунитета, укрепляет волокна коллагена (рис. 2); служит естественным барьером, защищающим от действия свободных радикалов, болезнетворных агентов и химических веществ .

Рис. 2. Воздействие гиалуроновой кислоты на коллагеновые волокна.

При недостатке естественной гиалуроновой кислоты, например, при старении или заболеваниях кожи, развиваются дегенеративные нарушения: снижается местный иммунитет, ранозаживляющая способность, эластичность кожи, что ведёт к возникновению морщин. В хрящевой ткани ГК выполняет функцию структурного элемента матрикса, необходимого для связывания и удержания хондроитинсульфатпротеогликана для укрепления коллагенового каркаса хряща . В синовиальной жидкости гиалуронат обеспечивает смазку для подвижных частей сустава, уменьшая их износ. При воспалительных заболеваниях суставов (артритах), снижается количество гиалуроновой кислоты, уменьшается вязкость синовиальной жидкости, что ведет к ухудшению движения. Также гиалуроновая кислота играет важную роль в эмбриогенезе, является передатчиком сигналов клеточной подвижности.

Таким образом, функции гиалуроната весьма обширны, и по мере дальнейшего расширения сферы изучения ее свойств, будут открываться все новые факты о роли глюкозоаминогликана в организме человека и млекопитающих .

3.2 Гиалуроновая кислота как компонент капсул бактерий

4. Метаболизм гиалуроновой кислоты

Синтез гиалуроновой кислоты достаточно хорошо изучен. Для млекопитающих и бактерий родов Streptococcus и Pasteurella биохимия процесса принципиально не отличается. Для синтеза гиалуроновой кислоты необходимы компоненты полимера: глюкуроновая кислота и N-ацетилглюкозамин. Глюкуроновая кислота синтезируется посредством ряда ферментативных реакций из глюкозо-6-фосфата (рис. 3).

Рис. 3. Схема синтеза глюкозоаминогликанов

Глюкозо-6-фосфат под действием фермента α-фосфоглюкомутазы изомеризуется в глюкозо-1-фосфат. Далее фермент УДФ-глюкозопирофосфорилазы катализирует образование УДФ-глюкозы из уридиндифосфата и глюкозы. После происходит ферментзависимое окисление гидроксогрупп УДФ-глюкозы под действием фермента УДФ-глюкозодегидрогеназы. Результат - образование глюкуроновой кислоты.

N-ацетилглюкозамин синтезируется из фруктозо-6-фосфата. При биосинтезе аминосахара происходит перенос аминогруппы на фруктозо-6-фосфат. Донор аминогруппы - глютамин, фермент амидотранфераза. Результат - образование глюкозамина-6-фосфата, который изомеризируется мутазой в глюкозамин-1-фосфат, который подвергается ацетилированию при участии фермента ацетилтрансферазы в присутствии КoA до N-ацетилглюкозамин-1-фосфата, который необходимо активировать пирофосфорилазой до УДФ-N-ацетилглюкозамин-1-фосфата. Это энергозатратный процесс.

Последней стадией синтеза гиалуроновой кислоты будет осуществление гликозидтрансферазной реакции при помощи единственного фермента гиалуронатсинтетазы. Этот процесс также происходит с затратой энергии АТФ (на синтез 1 моля гиалуроната расходуется 2 моль АТФ) .

4.1. Гиалуронатсинтетазы: строение, функции, локализация, кинетические характеристики и механизмы катализа

Гиалуронатсинтетаза - металлопротеин молекулярной массы 49 кДа, фермент, требующий катионы металлов для координации с фосфатными группами (активации) и использующий глюкозидфосфаты в качестве субстратов. Является единственным в своем роде ферментом, катализирующим синтез гиалуроновой кислоты в организме млекопитающих и в клеточной стенке гемолитического стрептококка, а также у вируса PBCV-1 и бактерии Pasteurella multicida . Исследования, проведенные в 50-е годы, в лаборатории Meyer позволили установить характерные особенности фермента гиалуронатсинтетазы: функционирует при нейтральных значениях pH, для катализа требует активированные посредством конъюгации с уридиндифосфатом глюкуроновую кислоту и N-ацетилглюкозамин, а также присутствие катионов Mg2+ и Mn2+ для координирования фосфатных групп. Фермент проявляет высокую активность в присутствии кардиопина (находится в комплексе). Тип 1 был изучен в 1983-1998 г. Prehm и Asplund, характерен для гемолитического стрептококка млекопитающих: гиалуронатсинтетаза синтезирует гиалуроновую кислоту посредством присоединения углеродных остатков к восстанавливающему концу гиалуроната, при этом чередуются β(1-3) и (1-4)гликозидные связи .

4.2. Ферменты, осуществляющие деполимеризацию гиалуроновой кислоты

Катаболические реакции гиалуроновой кислоты основаны на ферментативном катализе посредством гиалуронатлитических ферментов. Гиалуронатлиазы были классифицированы в 1971 году в лаборатории Meyer . Концепция данной классификации предельно проста: фермент - катализируемая реакция - продукт реакции. В соответствии с данной классификацией выделяют три различных вида гиалуронидаз (гиалуронатлиаз):

Гиалуроноглюкозаминидазы (гиалуронидазы млекопитающих) - эндо-β-N-ацетилгексоаминидазы, расщепляют гиалуроновую кислоту до тетра- и гексасахаридов.

Гиалуроноглюкозаминидазы не облалают субстратной специфичностью, а также способны формировать поперечные сшивки между молекулами гиалуроната и хондроитинсульфата. Одной из дополнительной функции гиалуронидаз в организме млекопитающих является расщепление гиалуроната до дисахаров для получения энергии .

Гиалуронатлиазы (гиалуронидазы бактерий) - это эндо-β-ацетил-гексоаминоэлиминазы, гидролизирующие гиалуронат до 4,5-ненасыщенных дисахаров. Обладают высокой специфичностью к субстрату. У бактерий гиалуронидазы являются фактором патогенности, необходимой для инвазии и адгезии бактерий (для проникновения в организм млекопитающего).

5. Получение гиалуроновой кислоты

Все известные способы получения гиалуроновой кислоты можно разделить на две группы: физико-химический метод, который заключается в экстрагировании гиалуроната из тканей животного сырья млекопитающих, других позвоночных животных и птиц; и микробный метод получения ГК на основе бактерий-продуцентов.

5.1. Физико-химический способ: экстракция из животного сырья

Как было сказано ранее, гиалуроновая кислота встречается во многих тканях млекопитающих и птиц, и, в зависимости от гистологической принадлежности, содержание гиалуроновой кислоты и ее молекулярная масса могут варьировать. Кроме того, в различных тканях гиалуронат может находиться в комплексах с белками и родственными полисахаридами, что затрудняет его очистку с последующим выделением. В настоящее время для промышленного получения используют пупочные канатики новорожденных и гребни кур. Однако, кроме вышеперечисленных методов, описаны разнообразные способы выделения гиалуроната на основе стекловидного тела глаз крупного рогатого скота, синовиальной жидкости, суставных сумок, свиной кожи, плазмы крови и хрящевой ткани . При выделении биополимера прибегают к различным приёмам выделения: гомогенизация, экстракция, фракционное осаждение и т.п.

Любая процедура выделения гиалуронана включает предварительное разрушение органов и тканей, содержащих биополимер, и белково-углеводных комплексов. Разрушение достигается посредством методов измельчения и гомогенизации . После полученный гомогенат подвергают экстракции с использованием водно-органических растворителей. Ковалентно-связанные примеси пептидов удаляют методом ферментативного протеолиза, посредством обработки протеазами (папаином) или химической денатурацией (хлороформ, амиловый спирт с этанолом). Следующий этап — это адсорбция на активированном угле, посредством электродиализа. От примесей мукополисахаридов биополимер очищают методом осаждения хлоридом цетирпиридиния или посредством ионообменной хроматографии.

Наибольшее распространение, в силу доступности сырья и высокого содержания биополимера, получил метод выделения гиалуроновой кислоты из петушиных гребней. Экстракция производится смесью ацетона с хлороформом (удаление белка), водой, либо водно-спиртовой смесью (пропионовый, трет-бутиловый спирты) с последующей сорбцией на активированном угле, посредством электрофореза или на ионообменной смоле .

5.2. Микробный синтез, продуценты гиалуроновой кислоты

Экономически более выгодным является метод микробного синтеза гиалуроновой кислоты на основе бактериальных штаммов-продуцентов. Такой синтез при введении его в масштабы производства, будет иметь меньше издержек, таких как затраты на животное сырье и зависимость от сезонных поставок. И, напротив, производство гиалуронана на основе микробного синтеза позволит масштабировать производство и получить продукт высокой степени очистки, не содержащий примесей, а, следовательно, имеющий низкую аллергенность . С момента открытия способности бактерий к синтезу гиалуроновой кислоты, постоянно ведутся исследования возможности получения искомого полимера биотехнологическим путем, т. е. путем культивирования бактерий-продуцентов на питательных средах определенного состава в строго заданных условиях с последующим выделением целевого продукта. К продуцентам гиалуронана можно отнести капсулообразующие бактерии родов Streptococcus и Pasteurella . К штаммам-продуцентам предъявляется ряд требований:

Отсутствие патогенности и, особенно, гемолитической активности;

Способность к синтезу высокомолекулярной гиалуроновой кислоты;

Большие размеры капсул с высоким содержанием биополимера (капсулы при этом должны легко отделяться, желательно при экстракции);

Отсутствие гиалуронидазной активности, чтобы исключить потери целевого продукта;

Высокая способность к росту, при этом наиболее полное использование субстрата;

Сохранение стабильности физиолого-биохимических свойств.

Исследования в области поиска штамма, способного удовлетворить потребности в биополимере и соответствующего всем параметрам, привели к Streptococcus equi surbsp. equi. и Streptococcus equi surbsp. zooepidеmiсus .

Дикие типы стрептококков синтезируют внеклеточные белки, что снижает выход биополимера. Поэтому для получения воспроизводительных гиалуронидазанегативных, не гемолитических штаммов, проводили их модификацию посредством химического и УФ-индуцированного мутагенеза или ненаправленного мутагенеза с последующей селекцией. Генно-инженерные штаммы кишечных палочек, полученные на основе методов экспрессии оперонов, кодирующих синтез гиалуронатсинтетазы стрептококков на матрицу бактерий, в настоящее время не применяются, ввиду низких показателей выхода биополимера. Исключением можно считать генно-инженерный штамм Bacillus subtilis, показывающий высокие результаты выхода биополимера, при росте на сложных ферментированных средах .

Биотехнология микробного синтеза гиалуроновой кислоты на основе штаммов Streptococcus zooepidemicus. Типичный состав синтетической питательной среды для бактерий рода Streptococcus, синтезирующих гиалуроновая кислоту, приведен ниже.

Источник углевода и энергии: глюкоза - 1000; аминокислоты: DL-аланин, L-аргинин, L-аспарагиновая кислота, L- цистин, L-цистеин, L-глютаминовая кислота, L-глутамин, L-глицин, L-гистидин, L-изолейцин, L-лейцин, L-лизин, L-метионин, L-фенилаланин, гидрокси-L-пролин, L-серин, L-треонин, L-триптофан, L-тирозин, L-валин по 100; витамины: биотин - 0,2, фолиевая кислота - 0,8, никотинамид - 1, никотинамидадениндинуклеотид - 2,5, пантотенат кальция - 2, пиридоксаль — 1, пиридоксамин гидрохлорид - 1, рибофлавин — 2, тиамин гидрохлорид - 1; нуклеотиды: аденин - 20, гуанин гидрохлорид - 20, урацил - 20; соли органических и неорганических кислот: FeS04*7H20 - 5, Fe(N03)2*9H20 - 1, К2НР04 - 200, КН2Р04 - 1000, MgS04*7H20 - 700, MnS04 - 5, СаС12*6Н20 - 10, NaC2H302*3H2O - 4500, NaHC03 - 2500, NaH2P04*H20 - 3195, Na2HP04 - 7350.

Культивирование бактерий pода Streptococcus с целью получения ГК осуществляется, как правило, в периодических условиях. Питательную среду готовят однократно, растворяя необходимые компоненты среды в воде, после чего среду стерилизуют. Источник углерода стерилизуется отдельно. После засева за ходом ферментации следят по потреблению субстрата, росту концентрации клеток, образованию продукта (ГК), продуктов метаболизма, изменению рН среды. Максимальная концентрация ГК составляет приблизительно 5 г/л. Дальнейший рост содержания в среде ГК ведет к многократному возрастанию вязкости КЖ, резкому ухудшению массообменных характеристик процесса ферментации, трудностям при аэрировании и перемешивании. Концентрация ГК при периодической или периодической с подпитками по субстрату ферментации достигает заданного значения за 6 - 26 часа. Как правило, после выхода культуры в стационарную фазу процесс завершают. Клетки микроорганизмов инактивируют прогреванием при 60 - 80 °С. Биомассу отделяют одним из хорошо известных способов - флокуляцией, сепарированием, центрифугированием, фильтрованием. ГК из КЖ осаждают органическими растворителями или катионными ПАВ. Очистку проводят с помощью ультрафильтрационных методов, переосаждения или хроматографией.

Данные методы принципиально не отличаются от методов выделения ГК из животного сырья, описанных ранее. Например, в патенте на метод получения ГК описан следующий способ культивирования штамма-продуцента и выделения ГК. Ферментацию осуществляли в биореакторе на 3 л (коэффициент заполнения ферментера 0,5) на среде состава: 2,0 % глюкозы, 0,5 % ДЭ, 1,5 % пептона, 0,3 % КН2Р04, 0,2 % К2НР04, 0,011 % Na2S203, 0,01 % MgS04 * 7Н20, 0,002 % Na2S03, 0,001 % СоС12, 0,001 % MnCl2 и 0,5 % соевого масла; рН среды 7,0. Стерилизация среды осуществлялась глухим паром 120 °С в течение 15 мин. После охлаждения до комнатной температуры вносился инокулят культуры S. zooepidemicus штамм Ferm ВР-878 в количестве 0,1 л. Аэробное культивирование (расход воздуха 0,7 л/(л*мин) длилось 26 часов при постоянном термостатировании (35 °С) и перемешивании среды (300 об/мин). рН среды поддерживался постоянным на уровне 7,0. На 24-ом часу культивирования в асептических условиях вносилась подпитка по субстрату - 100 мл 50 % раствора глюкозы. Процесс завершали по прошествии 26 часов культивирования.

Для выделения ГК проводили следующие процедуры. К бактериальной культуре добавляли 3,2 л дистиллированной воды. После тщательного и длительного перемешивания биомассу отделяли центрифугированием. Супернатант концентрировали до 1,6 л на ультрафильтрационном половолоконном аппарате и проводили диализ против дистиллированной воды. В образовавшийся раствор вносили ацетат натрия до конечной концентрации 0,5 % и проводили осаждение 5 л этилового спирта. Осадок полисахаридов отделяли центрифугированием. Очистку ГК проводили, растворяя полученный осадок в дистиллированной воде (0,5 л) и добавляя 4 % водный раствор бромида цетилпиридиния. Осадок связанной с катионным ПАВ ГК отделяли и растворяли в 40 мл 0,3 М раствора хлорида натрия. Нерастворенную часть осадка отбраковывали. К раствору добавляли 120 мл этанола для осаждения ГК. Осадок отделяли и растворяли в дистиллированной воде, после чего проводили очистку на ионообменной смоле и повторное спиртоосаждение. Выход очищенного гиалуроната натрия с одной ферментации составлял 7,8 г. Содержание белка в препарате составляло менее 0,05 %. Молекулярная масса ГК равнялась 1,005 МДа .

Другие способы биотехнологического получения ГК, описанные в патентах, незначительно отличаются составом сред.

Биотехнология микробного синтеза гиалуроновой кислоты на основе штаммов бактерий Bacillus subtilis. К способам получения гиалуроновой кислоты, относится метод биосинтеза ГК на основе генно-модифицированного штамма Bacillus subtilis, содержащий генетическую конструкцию, включающую промотор, функционально активный в указанной клетке, и кодирующую область, состоящую из нуклеотидной последовательности, кодирующей стрептококковую гиалуронансинтазу (hasA); последовательности, кодирующей UDP-глюкозо-6-дегидрогеназу Bacillus (tuaD) или аналогичный фермент стрептококкового происхождения (hasB), и последовательность, кодирующую бактериальную или стрептококковую UDP-глюкозопирофосфорилазу.

Метод включает культивирование клетки-хозяина Bacillus в условиях, подходящих для продуцирования гиалуроновой кислоты, при этом клетка-хозяин Bacillus содержит конструкцию нуклеиновой кислоты, включающую последовательность, кодирующую гиалуронансинтазу, функционально связанную с промоторной последовательностью, чужеродной в отношении последовательности, кодирующей гиалуронансинтазу; и извлечения гиалуроновой кислоты из среды культивирования .

6. Применение гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота - вещество с огромным спектром действия, и поистине удивительными свойствами. Спустя несколько лет после открытия гиалуроновой кислоты начинается разработка препаратов на основе глюкозоаминоликана для наружного применения в качестве средства, повышающего регенеративные и барьерные функции кожи. Однако, как известно, субстанция, изготовленная из животного сырья, требует тщательной очистки от примесей, что накладывает дополнительные издержки производства и отражается на цене конечного продукта . Действительно высокая себестоимость гиалуроновой кислоты долгое время препятствовала расширению спектра применения биополимера, однако постепенное увеличение знаний о свойствах полимера и внедрение биотехнологических методов на основе микробного синтеза, позволило существенно снизить себестоимость субстанции, подталкивает развитие разнообразных приложений, в которых находит применение гиалуроновой кислоты в областях медицины, пищевой, фармацевтической, космецевтической промышленности. Ведутся исследования по созданию лекарственных препаратов и БАД на основе гиалуроната с противовоспалительным, иммуномодулирующим и пролонгирующим действием, которые, возможно, в будущем можно будет применять в качестве основы терапии заболеваний в онкологии, оториноларингологии, хирургии, эндокринологии и многих других сферах человеческой деятельности .

6.1. Гиалуроновая кислота в медицине

Гиалуроновая кислота обладает антимикробным и регенерирующим действиями, поэтому на основе ее разработаны препараты для эффективной терапии поражений кожи. Созданные изначально как препараты против ожогов, данная группа активно применяется при терапии трофических нарушений кожного эпителия посттромботического генеза. Доказано, что низкомолекулярная гиалуроновая кислота (менее 10 кДа) оказывает ангиогенное действие, тем самым снижая образование спаек и разрастание соединительной ткани, так же улучшает микроциркуляцию и снижает эффекты воспаления .

Гиалуронат имеет свойства повышать активность интерферона, тем самым проявляя выраженное противовирусное действие. Была доказана высокая активность препаратов на основе гиалуроновой кислоты в отношении вируса герпеса и некоторых других. По данным некоторых источников высокомолекулярная гиалуроновая кислота является пролонгатором действия других БАВ, растворенных в ней Лекарственные вещества, за счет высокой вязкости гиалуроната, выделяются в ткани в течение длительного времени. Создается так называемое депо, из которого БАВ постепенно диффундирует в среду организма. Это позволяет увеличить терапевтическую широту, потенцировать в некоторых случаях фармакологический эффект, снизить побочные эффекты, а также расширить возможности применения других лекарственных веществ (стероидных препаратов, антибиотиков, пептидов, НПВС и т.д.) в комбинации с гиалуроновой кислотой. Широко применение гиалуроната в хирургии:

1. Офтальмологическая хирургия - гиалуронат натрия используется в качестве репаративного средства при оперативных вмешательствах на эндотелиальном слое роговицы (удаление катаракты).

2. Хирургическая травматология - при хирургических операциях с обширным сечением хрящевой ткани и осложненных артритах используется в качестве регенерирующего, смазывающего, противовоспалительного и анальгезирующего средства .

6.2. Гиалуроновая кислота в косметологии

Применение гиалуроната и его солей в косметологии основывается на способности гиалуронатсодержащих препаратов оказывать местное противовоспалительное, ранозаживляющее и иммуномодулирующее действие. Способность задерживать в межклеточном пространстве воду является основой механизма коррекции возрастных деформаций кожи. На данный момент в косметологической практике стали весьма популярны инъекции 1-3% водного раствора гиалуроновой кислоты для внутри- или подкожного введения. Введение гиалуроновой кислоты в эпителий в виде водного геля повышает эластичность и упругость тканей, тем самым придавая коже прежние качества и красоту . Однако широчайшее применение высокомолекулярный гиалуронат получил при изготовлении различных комбинированных кремов и гелей для наружного применения. Данный вид продукции имеет ту же направленность, что и инъекции - восстановить реологические свойства кожи, тем самым предотвратить образование морщин, прыщей и т.д. .

Гиалуроновая кислота обладает свойствами, которые делают ее крайне подходящей для использования в качестве дермального филлера: она способна связывать большое количество воды, присутствует в коже в естественных условиях и не склонна вызывать нежелательные реакции. Филлеры (Fill — от англ. — наполнять) - это инъекционные кожные наполнители, которые используются в косметологии для уменьшения глубины морщин, носогубных складок и складок в уголках рта . Филлеры также используются для придания дополнительного объема лицу в области скул, щек и губ В настоящее время широкое распространение получила группа ГК- филлеров семейства Surgiderm и Juvederm Ultra А. Surgiderm и Juvederm Ultra представляют собой однородные монофазные гели гиалуроновой кислоты неживотного происхождения. Они являются одними из наиболее пластичных материалов для инъекционной контурной пластики, что определяет не только легкость их введения, но и равномерное распределение в тканях, позволяет полностью исключить контурирование материла .

Современная серия препаратов на основе гиалуроновой кислоты PRINCESS®. «PRINCESS® Filler» представляет собой стерильный, биодеградируемый, вязкоэластичный, прозрачный, бесцветный, изотонический и гомогенизированный гелевый имплантат для интрадермальных инъекций. Содержащаяся в «PRINCESS® Filler» гиалуроновая кислота с поперечно-сшитой структурой продуцируется бактериями Streptococcus equi, представлена в виде раствора с концентрацией 23 мг/мл в физиологическом буфере .

Заключение

Гиалуроновая кислота - продукт животного происхождения, имеющий поистине удивительные свойства и высочайший спектр применения как сейчас, так и в перспективе дальнейшего ее использования. Поэтому совсем не удивительно, что ее свойства изучаются во всем мире.

В настоящее время исследуются процессы и механизмы действия гиалуроновой кислоты на ткани организма. Выдвигаются гипотезы относительно роли гиалуроната и родственных глюкозоаминогликанов в процессах пролиферации, дифференциации, миграции животных клеток в процессах иммунного ответа и эмбриогенеза, а также делаются попытки по установлению связи между молекулярной массой, степенью очистки и эффективностью препаратов.

Физико-химический способ, в виду своей экономической нерентабельности, постепенно уступает место биотехнологическому методу синтеза биополимера. Были проведены поиски продуцентов, соответствующих всем параметрам, а также различного рода испытания на предмет изучения метаболизма гиалуроновых кислот. Результатом исследования служило выявление прямая связи между способностью синтеза гиалуроновых кислот и наличием специфических ферментов гиалуронатсинтетаз.

В последние 20 лет оперон, кодирующий синтез гиалуронатсинтетаз, был выделен в чистом виде и неоднократно экспрессировался различным видам микроорганизмов с целью получения генно-модифицированных штаммов-продуцентов гиалуроновых кислот. Однако результата не могли добиться очень долгое время. Генно-модифицированные штаммы производили неактивную форму фермента, следовательно, способностью к продукции гиалуроновых кислот не обладали. Но недавно проведенные исследования по созданию генно-модифицированного штамма на основе бактерий Bacillus sibtilis показали хорошие результаты. Штаммы бактерий активно синтезировали гиалуронат высокой молекулярной массы, лишенной пептидных включений и связей с родственными мукополисахаридами.

Однако поиск штаммов-продуцентов сейчас продолжается. Проверяются возможности синтеза гиалуроната бактериями рода Streptomyces, и ведется разработка биотехнологии на их основе; кроме того, изучаются пути использования и внедрения гиалуроната во все сферы жизнедеятельности общества.

Библиографическая ссылка

Савоськин О. В., Семенова Е. Ф., Рашевская Е. Ю., Полякова А. А., Грибкова Е. А., Агабалаева К. О., Моисеева И. Я. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЗЛИЧНЫХ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ // Научное обозрение. Биологические науки. – 2017. – № 2. – С. 125-135;
URL: https://science-biology.ru/ru/article/view?id=1060 (дата обращения: 13.12.2019). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

Словосочетание «гиалуроновая кислота» не слышал, наверное, только мёртвый. За последние годы эта молекула просто захватила мир: «гиалуронку» (как её ласково называют поклонники) мажут, колют, глотают в таблетках и пьют в коктейлях – и всё ради молодости и красоты. Что же это за волшебное средство и правда ли, что мы, наконец, нашли молодильное яблочко? Давайте разбираться.

Что это такое?

Гиалуроновая кислота (ГК) – это не кислота в том значении, в котором мы обычно понимаем это слово: она не способна что-то растворить или отшелушить кожу (как, например, гликолевая или молочная). Это вещество естественным образом производится нашим организмом во множестве тканей, но больше всего в суставах.

В упрощенном понимании гиалуроновая кислота – это сахар, но с большой молекулярной массой, благодаря которой одна молекула ГК может притянуть и связать тысячу молекул воды. В нашем теле гиалуроновая кислота выполняет крайне важную задачу: сохранить воду в тканях. А увлажнённая кожа равно упругая кожа. Вот и всё волшебство.

Почему её используют в косметологии?

С возрастом в организме вырабатывается всё меньше и меньше гиалуроновой кислоты: в период с 25-ти до 50-ти лет её становится вдвое меньше. Ультрафиолет также снижает выработку «гиалуронки». Соответственно, вода уходит из кожи, из-за чего она становится вялой и морщинистой. Собственную ГК организм вырабатывать в прежних количествах не заставить, но зато можно ввести новую, искусственную порцию.

Как добывают гиалуроновую кислоту?

В прошлом веке ГК получали из рыбы или (страшно представить) из петушиных гребней. К счастью, этот варварский способ остался в прошлом, поскольку нашелся простой способ синтезировать гиалуроновую кислоту в лабораториях. В искусственном препарате нет бактерий, по составу он полностью идентичен «родной» кислоте, поэтому у него фактически нет противопоказаний.

Как работает крем с гиалуроновой кислотой?

На самом деле, это очень спорный момент – работают ли они вообще. Учёные и косметологи разделились на два лагеря: одни говорят, что размер молекулы ГК не позволяет ей проникать в кожу – и это действительно так. Диаметр молекулы гиалуроновой кислоты составляет около 3000 нм, в то время как расстояние между клетками кожи – не более 50 нм. Однако другие отвечают, что это вовсе и не нужно: находясь на поверхности кожи, гиалуроновая кислота уже, как губка, притягивает воду и тем самым увлажняет кожу.


Ещё один предмет для спора – низкомолекулярная ГК. Её создатели уверяют, что размер такой молекулы значительно уменьшен (до 5 нм), что позволяет веществу проникать в кожу и увлажнять её на глубоком уровне. По мнению других ученых, это абсурд, поскольку молекулы с малой молекулярной массой автоматически теряют способность удерживать на своей поверхности большое количество воды.

Точка в этих спорах пока не поставлена, поэтому вопрос, работают ли крема и сыворотки с гиалуроновой кислотой, остаётся открытым.

Как работают инъекции?

С помощью иглы врач-косметолог вводит препарат на основе гиалуроновой кислоты в проблемную зону (например, носогубную складку), и молекулы ГК начинают притягивать влагу с поверхности кожи в глубинные слои. Накапливаясь вокруг препарата, вода буквально выталкивает морщину изнутри. И лицо снова становится гладким и упругим.

Главный недостаток инъекций – это недолговременный эффект: процедуру нужно повторять каждые 6-12 месяцев. А вот стоимость препаратов и работы косметолога довольно высоки.

Как работают таблетки?

Скорее всего, совершенно никак. Гиалуроновая кислота – это простой полисахарид, который, попадая в ротовую полость и желудок, расщепляется на обыкновенные сахара, поэтому он никак не может попасть в кожу и оказать все те волшебные эффекты, которые обещают производители. Никакой научной базы, доказывающей эффективность БАДов с ГК у них нет, а выпускаются они по принципу «Не навредит – и то хорошо».

Сегодня упоминаниями о гиалуроновой кислоте пестрят как глянцевые издания, так и страницы обычных СМИ. Последние несколько лет нам не перестают твердить, что «секрет вечной молодости кожи раскрыт» и предлагают воспользоваться этим «эликсиром». Давайте попробуем разобраться, чего же в этом нездоровом ажиотаже больше – правдивой информации, точного коммерческого расчёта или банальных обывательских заблуждений.

Открытия прошлого, не оправдавшие надежд

Если заглянуть в совсем недавнее прошлое, то можно вспомнить, что аналогичные ситуации уже были в истории медицины:

• Открытие пенициллина преподносилось, как полная победа над микроорганизмами (чего, к огромному сожалению, не произошло, несмотря на теперешний спектр ).
• Выпускаемому инсулину пророчили победу над (препарат для диабетиков жизненно важный и крайне необходимый, но до полной победы над диабетом еще очень далеко).
• Использование первых нейролептиков преподносилось, как возможность излечения от определенных расстройств психики, но и тут все далеко от идеальных ожиданий.

В общем, истинная картина по прошествии некоторого времени всё-таки отличается от прогнозов и первоначальных оценок. Поэтому очень важно относиться ко всему критично и максимально объективно.

Развенчиваем мифы о гиалуроновой кислоте

Никто из медиков не будет спорить, что гиалуроновая кислота важна для организма человека, но то множество информации, которое сегодня можно встретить в СМИ и которое выдаётся за истину, увы, приходит к нам не от профессионалов. Чаще всего новаторские мысли в народ несут различного рода бьюти-эксперты, блоггеры-самоучки и другие люди без профильного – медицинского, фармацевтического или биологического образования. Они высказываются о медицинском препарате на основании собственных оценочных впечатлений, информации из сомнительных источников или информации, вырванной из контекста

Так рождаются заблуждения. Давайте попробуем отделить зерна от плевел и разобраться в этом вопросе более детально.

	Истина
	Главное заблуждение в том, что препарат называют в единственном числе, а правильно называть во множественном – кислоты, так как это одно из соединений группы кислых мукополисахаридов, куда входят и другие соединения аналогичного состава и свойств, причем масса их может колебаться в широких пределах. Так как подавляющее большинство препаратов, выходящих под названием «гиалуроновая кислота» производится из биологического сырья без специального разделения фракций, то и считать препарат именно одним, чистым, соединением совсем некорректно.
Гиалуроновая кислота – результат открытий бьюти-лабораторий последний двух-трех десятилетий.	Само вещество было открыто еще в 1930 году и изучением её свойств, функций, а также возможностями применения занялись практически сразу после открытия. Сами исследования не прекращались, а начиная с 70-х годов прошлого века их интенсивность стала нарастать.
Данное вещество используется в косметической и косметологической продукции	Помимо этого развитого направления гиалуроновая кислота применяется при различных заболеваниях других органов и систем в качестве лекарственного средства.
В косметологических средствах улучшает проникновение полезных веществ внутрь кожи	Не влияет на уровень клеточной и межклеточной проницаемости для различных веществ
Старение кожи связано с потерей жидкости из-за уменьшения уровня веществ этой группы во всех слоях кожи	Если снижение содержания гиалуронатов и происходит с возрастом, то не столь значительно, а старение, в том числе и кожи, – сложнейший многогранный общебиологический процесс и сводить его проявления к столь банальным причинам – просто глупо

Правда о гиалуроновой кислоте

Все свойства и характеристики и отличительные особенности гиалуроновой кислоты подробно описываются в научной и медицинской литературе. Однако она пересыщена множеством терминов, что делает имеющуюся информацию не всегда понятной для простого обывателя.

Если попытаться все несколько упростить – получается что:

Для каждой из фракций присущ свой набор свойств и характеристик. Так низкомолекулярные разновидности вещества обладают прекрасным противовоспалительным действием, что обеспечило их применение при ожогах, трофических язвах, герпетических высыпаниях, псориазе. Среднемолекулярная гиалуроновая кислота способна подавлять размножение клеток и их миграции. Благодаря этим свойствам её задействуют при лечении некоторых артритов и болезней глаз. Высокомолекулярные фракции удерживают вокруг себя огромное количество молекул воды и стимулируют клеточные процессы в самой коже. Эта разновидность гиалуроновой кислоты нашла своё применение в хирургии, офтальмологии и косметологии

Важно знать! Использовать препарат с неуказанной величиной молекул действующего вещества категорически нельзя, так как можно не только не добиться желаемого результата, но и ухудшить состояние.

Основные показания к применению гиалуроновой кислоты

Всегда следует помнить, что введение в организм препаратов гиалуроновой кислоты инъекционно является в первую очередь медицинской манипуляцией. Для использования различных методик и проведения процедур имеются достаточно строгие медицинские критерии.

Так, основными показаниями к применению гиалуроновой кислоты являются:

• появление морщин (снижение тургора кожи) вследствие потери влаги;
• увеличение выраженности имеющихся морщин;
• выраженные мимические морщины;
• необходимость нормализации рельефа кожи;
• необходимость улучшения тургора и контура красной каймы губ.

Препараты гиалуроновой кислоты в эстетической медицине

В современной косметологии восстребованность гиалуроновой кислоты в виде уколов или других форм препарата объясняется:

Современный фармакологический рынок предлагает гиалуроновую кислоту в виде инъекций. При этом она может быть в виде:

• Мезококтейля , включающего в себя основное вещество, дополненное пантенолом, витаминами, коэнзимами, факторами клеточного роста, пептидами и пр. веществами
• Филлеров – дермального наполнителя из сшитой ГК, который со временем биодеградирует – рассасывается в организме. Выпускается в виде геля различной степени вязкости. Чем более вязкое вещество, тем с большими проблемами оно призвано справиться.
• Редермализантов и биоревитализантов . В настоящее время на прилавках аптек можно найти 3 поколения этих препаратов. В основе последних – нуклеиновые кислоты, создающие с ГК комплексы, способные восстанавливать ДНК клеток и ускорять выработку собственной гиалуроновой кислоты, а также эластина и коллагена.
• Биорепарантов – препаратов, содержащих измененную ГК, к цепи которой прикреплены пептиды, витамины, аминокислоты. Они обладают пролонгированным и усиленным действием.

Обратите внимание: в индустрии красоты могут быть задействованы мази, кремы, гели, лосьоны для наружного применения, но их эффективность гораздо ниже эффективности гиалуроновой кислоты для инъекций.

Основные типы процедур для улучшения состояния кожи лица

Наиболее востребованнымиинъекционными процедурами с гиалуроновой кислотой стали:

Основные противопоказания к применению гиалуроновой кислоты

Если маркетологи пытаются вас уверить в том, что уколы гиалуроновой кислоты, куда бы они не осуществлялись, максимально безопасны, знайте: это ложь! На фоне определенных процедур они действительно безопаснее, однако и у этого препарата есть собственные противопоказания.

В числу основных относятся:

1. Любые аллергические реакции на действующее вещество или его компоненты.
2. Любые инфекционные заболевания в остром периоде.
3. Беременность, роды и последующая лактация.
4. Патология соединительной ткани.
5. Общие и системные заболевания, такие как аутоиммунные поражения, онкологическая патология любых органов и систем, сахарный , патология свертывающей системы крови.

Ко всему, в месте инъекций не должны располагаться , родимые пятна, родинки, шрамы и воспалительные процессы. При несоблюдении этих противопоказаний результаты могут быть плачевными.

Эффективность кремов с гиалуроновой кислотой

Отдельную группу препаратов, причем достаточно распространенных, составляют кремы с гиалуроновой кислотой. Их применяют путем нанесения на поверхность кожи, где они и производят непосредственный эффект.

Для поверхностных изменений, защиты кожи используются средства, содержащие высокомолекулярные фракции, которые создают защитный слой и не проникают внутрь кожи.

Для корректировки глубоких, возрастных изменений лучше подходят средства с низкомолекулярными фракциями действующего вещества, так как оно частично может проникать на определенную глубину во внутренние слои, где и осуществляется их биологическое действие.

Всё большую популярность в последнее время приобретают безинъекционные методики, подразумевающие нанесение геля на кожу с последующим воздействием микротоков, лазера, ультразвука.

Хочется закончить советом: для всего есть свое время и свои причины, а основное правило здоровой жизни, отличного настроения и прекрасной внешности – это умеренность. В погоне за красотой старайтесь использовать даже такое средство, как гиалуроновая кислота, без излишеств, и ваша кожа будет выглядеть хорошо даже в глубокой старости.

Более подробную информацию о применении препаратов гиалуроновой кислоты для лица вы получите, посмотрев видео-обзор:

Совинская Елена Николаевна, терапевт.

Гиалуронат, или гиалуроновая кислота, свойства и пользу которой рекламируют косметические компании, является основным средством, применяемым для омоложения кожи лица. Широкое распространение средств с ее содержанием заставляет многих задумываться о том, полезны ли процедуры и домашний уход с помощью таких препаратов, или они вредны для лица. Чтобы решить этот вопрос, нужно понять, что такое гиалуроновая кислота и как правильно выбрать косметику, чтобы получить прекрасный результат.

Гиалуроновая кислота в организме человека

Полисахарид — это химический термин, который подразумевает, что в состав вещества входят молекулы глюкозы. В гиалуронате они соединены в длинные цепочки. Молекула гиалуроновой кислоты может содержать до 25 000 одинаковых звеньев. При взаимодействии с особым белком (аггреканом) она приобретает способность связывать и удерживать в тканях молекулы воды.

Гиалуроновая кислота в организме человека входит в состав соединительной ткани: хрящей, сухожилий и т.п. Много гиалуроната содержится в стекловидном теле глаза, в синовиальной жидкости, где она обеспечивает вязкость среды. Вместе с волокнами коллагена и эластина вещество входит в структуру кожи, обеспечивая ее упругость и участвуя в процессах регенерации. Откуда берется гиалуроновая кислота, если ее еще не начали вводить во время косметических процедур?

Гиалуронат вырабатывается самим организмом. В теле взрослого человека общая масса этого вещества достигает 15 г. Но естественный синтез его замедляется после 25-летнего возраста, и процессы распада гиалуроната преобладают над его производством в организме. С течением времени доля кислоты в кожных покровах снижается, а ткани обезвоживаются. В дерме происходят изменения, которые внешне выглядят как морщины. Из-за снижения количества гиалуроната в других тканях возрастные изменения затрагивают весь организм.

Растения не вырабатывают гиалуроновую кислоту. Поэтому никакая диета с приемом пищи, содержащей соевые бобы, клетчатку или другие вещества, не влияет на выработку собственной кислоты в организме. Для омоложения кожи нужна та или иная косметическая процедура с применением препаратов гиалуроната.

Гиалуроновая кислота в косметологии

Применение гиалуроновой кислоты в косметологии основано на ее способности удерживать воду. Исследования ученых доказали, что сочетание гиалуроната и янтарной кислоты активизирует обмен веществ в тканях кожи, способствуя восстановлению ее клеток. Восстанавливающее действие гиалуроновой кислоты на кожу лица приводит не только к визуальному улучшению состояния кожи, но и обновляет ее на клеточном уровне. Чтобы убедиться в этом, нужно разобраться, как действует гиалуроновая кислота на кожу лица и зачем нужна та или иная процедура.

В качестве составляющей межклеточного вещества гиалуронат способствует движению лимфоцитов и фибробластов к местам повреждения кожи. При воспалительных явлениях, в случае мелкой травмы эти клетки обеспечивают борьбу с микроорганизмами и заживление тканей. Процессы регенерации состоят и в образовании большого количества волокон эластина и коллагена, которые и сохраняют упругость кожи.

В косметических кабинетах посетителям предлагают услуги, которые основаны на инъекционном введении препаратов гиалуроновой кислоты в кожные покровы. Результат всех процедур сводится к увеличению объема истонченной кожи, заполнению морщин, устранению кожных дефектов (рубцов от прыщей). Различают следующие виды использования гиалуроновой кислоты:

• биоревитализация — для лечения угрей, послеродовых растяжек, восстановления кожи лица при возрастных изменениях;
• мезотерапия — исправление дефектов кожи лица;
• при редермализации в состав препаратов в качестве действующего вещества входят и гиалуроновая, и янтарная кислоты;
• для биорепарации применяют филлеры с пептидами и витаминами;
• заключается в восстановлении овала лица при помощи гиалуроновой кислоты;
• контурная пластика применяется для изменения формы и объема отдельных частей лица (например, для ).

Кроме салонных методик существуют средства косметики, в состав которых входит низкомолекулярная гиалуроновая кислота. Они предназначены для ухода за кожей в домашних условиях. Чтобы получился желаемый эффект, а кожа была упругой и бархатистой, при использовании сыворотки или крема нужно соблюдать инструкцию к препарату.

Видео о плюсах и минусах использования гиалуроновой кислоты для лица

Когда нельзя применять средства с гиалуроновой кислотой?

От использования гиалуроновой кислоты и средств с ее содержанием иногда приходится отказываться. Это связано с особенностями получения вещества. Несмотря на современные способы очистки гиалуроновой кислоты, она способна вызвать аллергические реакции. Способность межклеточной среды к проведению полезных веществ и лимфоцитов внутри кожи может сыграть отрицательную роль и послужить способом перемещения инфекционных агентов или даже измененных клеток (когда в организме есть опухоли). Побочные эффекты могут возникнуть и от индивидуальной реакции организма, поэтому получать консультацию и проводить омолаживающее лечение лучше в крупных салонах, где работают сертифицированные специалисты.

При следующих состояниях:

• острых инфекционных и воспалительных процессах;
• сниженной свертываемости крови или при приеме антикоагулянтов;
• аутоиммунных заболеваниях;
• индивидуальной непереносимости препаратов с гиалуронатом;
• аллергии;
• беременности и кормлении грудью.

Нежелательно начинать процедуры, если менее 30 дней назад проводился пилинг лица (лазерный или химический).

Какая она бывает?

Производители выпускают множество препаратов с обозначениями, которые не всегда понятны потребителям их продукции.

Чтобы правильно выбрать средство для домашнего пользования или салонного ухода, надо иметь в виду, что виды гиалуроновой кислоты могут различаться по длине молекулы:

1. Для лечения артрита, глазных болезней медики применяют среднемолекулярное вещество. Такая гиалуронка — скорее лекарство, чем косметика. Ее введение в организм стимулирует фибробласты и помогает организму начать продуцировать собственный гиалуронат.
2. Низкомолекулярная гиалуроновая кислота состоит из коротких отрезков и входит в состав средств для домашнего применения: тоников или сывороток, эмульсий, кремов и т.д. Небольшие размеры частиц помогают им проникать в глубину дермы. С помощью лекарств на основе этой формы гиалуроната производят и лечение сложных заболеваний кожи (трофических язв, псориаза и т.п.). Недостатком является малый срок депонирования кислотного вещества: оно сохраняется в тканях всего 7-8 суток.
3. В салонных процедурах чаще используется высокомолекулярная гиалуроновая кислота, состоящая из длинных полимерных цепочек. Она способствует гидратации кожи и удержанию влаги в ней. Введенная внутрь дермы, гиалуроновая кислота для лица более полезна, чем предыдущая, т.к. растворы на ее основе имеют большую вязкость и могут сохраняться в коже до 2 недель. После этого начинаются процессы ее деградации, и процедуры приходится повторять через 6-10 месяцев.

Различают разновидности гиалуроната и по способу производства. При выборе средства стоит поинтересоваться, из чего изготовлена гиалуронка. В настоящее время все реже применяется вещество, полученное из животных материалов (пупочных канатиков, петушиных гребешков, рыбы и т.п.). Его не удавалось качественно очистить от примесей белка, поэтому инъекции могли вызвать аллергическую реакцию или отторжение.

В настоящее время производители косметики выпускают биосинтезированный гиалуронат. Его получают благодаря деятельности микроорганизмов. с этим видом гиалуронки считаются гипоалергенными.

Система гиалуроновых кислот, применяемых в косметологии, включает в себя и такие виды, как:

• стабилизированная, или нативная — биосинтезированные молекулы, прошедшие процесс сшивки, которые меньше подвергаются деградации в тканях человека;
• нестабилизированная, т.е. лишенная этих качеств.

Из-за особенностей каждого типа косметология применяет их по-разному. Нестабилизированная гиалуроновая кислота для лица чаще находит применение для общего улучшения состояния кожи (в или при биоревитализации), для увлажняющих процедур. Стабилизированную форму применяют, чтобы моделировать контуры лица, восполнять объемы тканей на отдельных участках (для заполнения морщин и выравнивания складок). Сфера использования того или иного препарата зависит от степени стабилизации молекул: менее стабилизированные препараты рекомендуются для коррекции мелких морщин, более вязкие, с высокой стабилизацией — для выравнивания складок и провалов.

Потребительские свойства гиалуроновой кислоты разных видов различаются незначительно. Основное отличие — это срок ее сохранения под кожей до начала деградации и наличие или отсутствие вероятности возникновения побочных эффектов.

Препараты и средства с гиалуроновой кислотой

Производство гиалуроновой кислоты для лица и препаратов на ее основе осуществляется в разных странах. Несомненным лидером по выпуску косметики с омолаживающим эффектом является Корея. Именно корейская косметика подарила гиалуроновой кислоте нынешнюю популярность.

Гиалуроновая кислота от морщин применяется в виде наружных и внутренних средств. Среди препаратов можно выделить следующие разновидности:

1. Крем или сыворотку могут применять девушки до 25-летнего возраста. Гиалуроновая кислота для лица в виде наружного средства, дополненного маслами растительного происхождения, может защищать кожу от пересыхания, но практически неспособна исправить дефекты дермы. Наружные средства могут помочь и от прыщей.
2. Тем, кому за 30, омоложение гиалуроновой кислотой следует проводить при помощи инъекционных методов. При проведении процедуры косметолог введет филлер туда, где требуется заполнение морщин: гиалуроновой кислотой можно выровнять даже резкие носогубные, межбровные или лобные складки. Собирая и удерживая влагу, препарат разбухнет и разгладит кожу.
3. Можно приобрести препарат и для приема внутрь. Пить гиалуроновую кислоту нужно в соответствии с инструкцией к средству: чаще всего по 1 таблетке или капсуле в день. Это лучшая методика для тех, кто боится уколов или не доверяет и другим орепроцедурам. Эффект от приема лекарств придется ждать 2-3 месяца, постоянно принимая средство.

Современная косметология применяет гиалуронат не только для кожи лица. Существует корейская косметика и (маски, сыворотки и пр.). Они действуют на волосы по той же схеме, по которой происходит увлажнение кожи лица гиалуроновой кислотой, т.е. создают защитную пленку, удерживая влагу внутри волоса. Широко применяются и специальные средства для мужчин (для увеличения полового органа).

Мифы о гиалуроновой кислоте

Из-за относительной новизны восстанавливающей косметики с гиалуронатом вокруг способов омоложения ходит большое количество разных мифов и домыслов. Часть их имеет под собой основания, но большинство являются неправдой. Один из таких — миф о том, что гиалуроновая кислота в косметологии является аналогом ботокса.

На самом деле, ботокс — это препарат, содержащий токсин бактерии ботулизма. Вещество расслабляет и парализует мышечные ткани, разглаживая морщины. Принцип действия гиалуроновой кислоты иной: вязкая жидкость просто заполняет пространство под кожей, выталкивая часть ее наружу. Качественные филлеры нетоксичны и абсолютно безопасны, т.к. гиалуронка распадается под воздействием ферментов человека до простых сахаров.

Женщины считают, что лучше не применять в зимние холода увлажняющие маски и кремы с содержанием гиалуроновой кислоты (для лица). Но именно зимой кожа подвергается воздействию сухого воздуха и на улице, и в помещении. Увлажняющие препараты необходимы, чтобы уберечь ее от шелушения и обезвоживания. Используя увлажняющее средство, нужно знать, что гиалуроновая кислота на кожу лица наносится за 30-40 минут до выхода на улицу. Средство успеет впитаться в дерму и предохранит ее от пересыхания.

Другой миф повествует о том, что из-за применения гиалуроната может повыситься внутриглазное давление. Это убеждение совершенно не обосновано, т.к. препараты не влияют на процессы в организме. Гиалуроновая кислота, функции которой состоят в накоплении и сохранении влаги, уже содержится внутри глаза и попасть туда из крема или филлера не может.

Многих интересует и вопрос о том, может ли быть аллергия на гиалуроновую кислоту. При выборе качественных препаратов, произведенных на основе биосинтезированной гиалуроновой кислоты, риск аллергических реакций сведен к минимуму. При этом не играет роли, какой тип вещества использовал производитель в своих средствах ухода: и низкомолекулярная, и высокомолекулярная гиалуронка имеют одинаковые побочные эффекты и противопоказания. Состав гиалуроновой кислоты не меняется, можно изменить только длину ее молекул. При применении кремов и сывороток аллергия чаще возникает из-за содержания сопутствующих веществ растительного и животного происхождения (масел, отдушек или экстрактов).

У потребителей вызывает сомнения и способность молекул проникать в дерму при нанесении препарата на кожу. Гиалуроновая кислота, которая применяется для изготовления таких средств ухода, обладает небольшими размерами молекул и беспрепятственно проникает в межклеточное пространство. Различие с инъекциями состоит в глубине проникновения: наружные средства способны увлажнить только верхние слои дермы. Поэтому их применение ограничено возрастом женщины.

Среди изобилия средств и методик их применения легко выбрать наилучший способ, подходящий каждой женщине. При выборе какого-то из них следует учесть и свой возраст, и противопоказания, которые могут способствовать аллергической реакции или вызвать другие неприятности. Перед проведением процедуры лучше всего посоветоваться с опытным специалистом-косметологом.

Гиалуроновая кислота (ГК), также известная как (соль кислоты) или гиалуронан (объединяющее обозначение для кислоты и ее соли), представляет собой анионный натуральный полисахарид (несульфированный простейший гликозаминогликан), который является важным компонентом нервной, эпителиальной, соединительной тканей и основным ингредиентом внеклеточного матрикса.

Гиалуроновая кислота также входит в состав многих, присущих живым организмам биологических жидкостей (синовиальная жидкость, слюна и пр.). Данное вещество может продуцироваться некоторыми бактериями (например, стрептококками ) и выделяться из органов животных (гребень петуха, стекловидное тело и хрящевая ткань рогатого скота).

В человеческом теле массой около 70-ти килограмм в среднем содержится примерно 15 граммов этой эндогенной кислоты, третья часть которой ежесуточно подвергается преобразованию (расщепляется или синтезируется).

Структура и строение

Структурная схема ГК характерна для линейного полисахарида, состоящего из чередующихся остаточных частей N-aцетил-D-гликозамина и D-глюкуроновой кислоты , последовательно соединенных гликозидными связями β-1,3 и β-1,4.

Одна молекула данной кислоты может включать до 25 тысяч подобных дисахаридных звеньев. ГК природного происхождения обладает молекулярной массой варьирующей в пределах 5000-20000000 Да. У человека среднее значение молекулярной массы находящегося в синовиальной жидкости полимера равняется 3140000 Да.

Молекула кислоты энергетически стабильна, в том числе вследствие стереохимии дисахаридов входящих в ее состав. В пиранозном кольце объемные заместители расположены в стерически выгодных позициях, тогда как меньшие по объему атомы водорода размещены в менее выигрышных аксиальных положениях.

Образование: Окончил Винницкий национальный медицинский университет им. Н.И.Пирогова, фармацевтический факультет, высшее фармацевтическое образование – специальность «Провизор».

Опыт работы: Работа в аптечных сетях «Конекс» и «Биос-Медиа» по специальности «Фармацевт». Работа по специальности «Провизор» в аптечной сети «Авиценна» города Винница.

Комментарии

Я тоже кстати гиалуронку в таблетка принимаю. Кстати, у Эвалара хорошая, да, но там эффект накопительный, надо 2 месяца пить и не забывать

Было много проблем с кожей:шелушилась, трескалась, стали появляться морщины. Из-за этого решила попробовать гиалуроновую кислоту в таблетках, да так и осталась ее пить. Уже 6 курсов прошла, с кожей стало гораздо лучше, даже холода теперь не страшны.

Спасибо за хорошую статью. Сама принимаю гиалуронку уже давно. Пробовала и крем, и инъекции, но остановилась на таблетках. Думаю, что это все-таки самое практичное, что создали.