Гиалуроновая кислота и её свойства¶

Гиалуроновая кислота (гиалуронан, от греч. hyalos — «стекло» и уроновая кислота) — природный несульфатированный гликозаминогликан, состоящий из повторяющихся дисахаридных звеньев N-ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты. Встречается в соединительной, эпителиальной и нервной тканях практически всех живых организмов. В организме человека выполняет структурную, смазывающую и гидратирующую функции, а также участвует в регуляции клеточной адгезии, миграции и пролиферации. Название «гелоурон» представляет собой распространённое искажение или транслитерацию термина, не являющееся корректным химическим наименованием.

¶Химическое строение

Молекула гиалуроновой кислоты линейна и не имеет белкового ядра или разветвлений. Её элементарная единица — дисахарид, образованный остатками D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединёнными чередующимися β-1,4- и β-1,3-гликозидными связями. Число повторяющихся звеньев в природных полимерах может достигать 10 000 и более, что соответствует молекулярной массе от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов дальтон.

В физиологических условиях карбоксильные группы глюкуроновой кислоты диссоциированы, поэтому гиалуроновая кислота ведёт себя как полианион. Отрицательные заряды притягивают катионы натрия и молекулы воды, что обеспечивает высокую гидрофильность и способность удерживать объём жидкости, в сотни и тысячи раз превышающий собственную массу полимера. Именно это свойство лежит в основе её «гелеобразующей» роли в тканях.

¶Биологическая роль

Гиалуроновая кислота — важнейший компонент внеклеточного матрикса. Основные её функции:

• Гидратация тканей. В коже, стекловидном теле глаза и синовиальной жидкости она удерживает воду, поддерживая тургор и вязкоэластичные свойства.
• Смазка и амортизация. В суставной жидкости обеспечивает скольжение поверхностей и распределение нагрузки.
• Структурная опора. Входит в состав хрящевой ткани, пупочного канатика, кожи.
• Клеточная сигнализация. Связывается с рецепторами CD44 и RHAMM, влияя на движение, деление и дифференцировку клеток.
• Участие в заживлении ран и ангиогенезе. Продукты её распада (олигосахариды) могут выступать сигнальными молекулами.

Синтез гиалуроновой кислоты у позвоночных осуществляют ферменты гиалуронансинтазы (HAS1, HAS2, HAS3), расположенные в плазматической мембране. Разрушается она под действием гиалуронидаз и активных форм кислорода. Баланс синтеза и деградации определяет содержание полимера в тканях и меняется с возрастом и при патологиях.

¶История изучения

Вещество было впервые выделено в 1934 году американскими биохимиками Карлом Мейером и Джоном Палмером из стекловидного тела бычьего глаза, отсюда и произошло название. В 1950-х годах была установлена его химическая структура, а позднее — роль в матриксе и механизмы биосинтеза. Промышленное получение началось во второй половине XX века: сначала из животного сырья (петушиные гребни, пупочные канатики), затем — методом микробной ферментации с использованием бактерий Streptococcus. Современные биотехнологические методы позволяют получать полимер заданной молекулярной массы.

¶Применение

¶Медицина

• Офтальмология. Растворы гиалуроновой кислоты используются как вискоэластики при операциях на глазах, в том числе при замене хрусталика, а также в увлажняющих каплях.
• Ортопедия и ревматология. Внутрисуставные инъекции применяются для временного облегчения боли при остеоартрите (вискосупплементация).
• Хирургия и косметология. Заполнители (филлеры) на основе сшитой гиалуроновой кислоты вводят для коррекции морщин и объёма мягких тканей. Эффект обратим благодаря наличию фермента гиалуронидазы.
• Раневые покрытия и офтальмологические гели. Ускоряют регенерацию, поддерживают влажную среду.

¶Косметика

Гиалуроновая кислота — распространённый компонент увлажняющих средств. В кремах и сыворотках она работает как влагоудерживающий агент на поверхности кожи. Молекулы разной массы проникают на разную глубину: низкомолекулярные фракции — в поверхностные слои, высокомолекулярные образуют плёнку. Следует учитывать, что косметические заявления о «восполнении» гиалуроновой кислоты в дерме требуют осторожной трактовки: крупные молекулы через неповреждённый роговой слой не проникают.

¶Пищевая и другие отрасли

Гиалуроновая кислота применяется как пищевая добавка (в ряде стран), в составе увлажнителей для контактных линз, в тканевой инженерии — как каркас для клеточных культур и биопечати.

¶Безопасность и ограничения

Гиалуроновая кислота биосовместима и низкоиммуногенна, однако инъекционные процедуры сопряжены с рисками: покраснение, отёк, гематомы, реже — гранулёмы и сосудистые осложнения при попадании филлера в сосуд. Качество препаратов зависит от степени очистки и наличия примесей. Природный полимер быстро выводится из тканей, поэтому для длительного эффекта используют химически сшитые формы (например, с дивинилсульфоном или BDDE).

¶Интересные факты

• В стекловидном теле глаза человека содержится одна из самых высоких концентраций гиалуроновой кислоты в организме.
• Молекула способна связывать воду в объёме, в тысячи раз превышающем её собственную массу, образуя вязкий гель.
• Кожа новорождённого содержит значительно больше гиалуроновой кислоты, чем кожа взрослого; с возрастом её количество и качество снижаются.
• Некоторые бактерии, в том числе патогенные стрептококки, используют гиалуроновую капсулу для маскировки от иммунной системы хозяина.
• Гиалуронидаза — фермент, разрушающий гиалуроновую кислоту, — применяется в медицине как антидот при передозировке филлеров и для улучшения всасывания лекарств.

¶Перспективы

Активно исследуются модифицированные производные гиалуроновой кислоты для адресной доставки лекарств, создания «умных» гидрогелей и имплантатов, а также её роль в прогрессировании опухолей и воспалительных заболеваний. Понимание метаболизма гиалуронана остаётся предметом фундаментальной биологии и клинической медицины.