حمض الهيالورونيك هو منتج من أصل حيواني ، ويستخدم على نطاق واسع في الطب والتجميل. خصائص هذه المادة ليست مفهومة بالكامل بعد ، وتأثيرها على جسم الإنسان واعد لابتكار جيل جديد من الأدوية. يشارك هذا المركب بنشاط في عمليات التطور الجنيني وانقسام الخلايا وتمايزها وحركتها أثناء الاستجابة المناعية.
تاريخ الاكتشاف والمصطلحات
يشير حمض الهيالورونيك وفقًا للصيغة إلى الجليكوز أمينوغليكان ، الذي تتكون جزيئاته من وحدات متكررة لا تحتوي على مجموعات كبريتات. لأول مرة تم عزل هذا المركب ذو الوزن الجزيئي العالي من الجسم الزجاجي للماشية. في البداية ، افترض العلماء أن المادة كانت مميزة للثدييات فقط. ومع ذلك ، في عام 1937 تم دحض ذلك - تم الحصول عليه من وسط سائل تم فيه زراعة العقدية الانحلالية. في عام 1954 ، نُشر لأول مرة في المجلة العلمية العامة البريطانية نيتشرالصيغة البنائية لحمض الهيالورونيك.
يرتبط الاسم الشائع للمادة بتاريخ اكتشافها (المهندس "الهيالويد" - الزجاجي ، "حمض اليورونيك" - حمض اليورونيك). في المصطلحات الكيميائية الدولية ، يوجد أيضًا اسم "هيالورونان" ، الذي يجمع بين الحمض وأملاحه. الصيغة الكيميائية لحمض الهيالورونيك هي: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
حاليًا ، نطاق تطبيقه واسع جدًا: الطب ، التجميل ، الصيدلة. يستخدم حمض الهيالورونيك كمادة رئيسية ومساعدة. خصائص المركب ، التي تم اكتشافها في السنوات الأخيرة ، لديها احتمالات كبيرة للاستخدام في المستقبل ، وبالتالي فإن الطلب على هذا البوليمر الحيوي يتزايد باستمرار.
مبنى
صيغة حمض الهيالورونيك هي عديد السكاريد الأنيوني النموذجي. ترتبط الجزيئات في سلاسل خطية طويلة. المواد ذات الصلة - الجلوكوز أمينوغليكان - لديها عدد كبير من مجموعات الكبريت. هذا يفسر تكوين الأيزومرات المختلفة - المركبات التي تختلف في الترتيب المكاني للذرات. كما تختلف خواصها الكيميائية. حمض الهيالورونيك ، على عكس الجليكوزامينوجليكان ، دائمًا ما يكون متطابقًا كيميائيًا. لا تعتمد خصائصه على طرق الحصول على المواد ونوع مصدرها.
تشتمل تركيبة حمض الهيالورونيك على حمض D-glucuronic و N-acetyl-D-glycosamine ، وهما مترابطان بواسطة رابطة بيتا جليكوسيدية ويشكلان وحدات السكاريد (حلقات الجلوكوبيرانوز التي يبلغ وزنها الجزيئي حوالي 450 دا). يمكن أن يصل عددهم في جزيئات هذا المركب إلى 25000.نتيجة لذلك ، يكون للحمض وزن جزيئي مرتفع (5000 - 20.000.000 دا).
تظهر الصيغة الهيكلية لجزء ثنائي السكاريد من حمض الهيالورونيك في الشكل أدناه.
تحتوي تركيبة الحمض على مناطق كارهة للماء ومحبة للماء ، مما يجعل هذا المركب الجزيئي العالي في الفضاء يبدو وكأنه شريط ملتوي. مزيج من عدة سلاسل تشكل كرة من هيكل فضفاض. تعد القدرة على الارتباط والاحتفاظ بما يصل إلى 1000 جزيء ماء ميزة أخرى لتركيبة حمض الهيالورونيك. ترجع الكيمياء الحيوية لهذه المادة أساسًا إلى استرطابيتها العالية ، مما يضمن تشبع الأنسجة بالماء والحفاظ على الحجم الداخلي.
الخصائص الكيميائية
يحتوي حمض الهيالورونيك على الخصائص الكيميائية المميزة التالية:
- تشكيل عدد كبير من الروابط الهيدروجينية ؛
- إنشاء تفاعل حمضي للوسط في المحاليل المائية بسبب وجود مجموعة كربوكسيل منزوعة البروتين ؛
- تشكيل أملاح قابلة للذوبان بالمعادن القلوية ؛
- تكوين في محلول مائي لهيكل جل قوي (pseudogel) يحتوي على كمية كبيرة من الرطوبة (غالبًا ما تترسب مجمعات البروتين) ؛
- إنشاء مجمعات غير قابلة للذوبان بالمعادن الثقيلة والأصباغ.
ظاهريًا ، المحاليل المائية لمادة تشبه بياض البيض في التناسق. تسمح لك الصيغة الهيكلية لحمض الهيالورونيك بأخذهالها عدة أشكال ، اعتمادًا على البيئة الأيونية للوسيط:
- غادر حلزون واحد ؛
- هياكل مسطحة متعددة الشعيرات ؛
- حلزون مزدوج ؛
- هياكل فائقة الالتفاف ذات شبكة جزيئية كثيفة.
الشكل الأخير هو المستوى الثالث وهو قادر على امتصاص كمية كبيرة من الماء ، والكهارل ، والبروتينات عالية الوزن الجزيئي.
الاختلافات في حمض الهيالورونيك من أصول مختلفة
كما ذكرنا سابقاً فإن تركيب هذه المادة متشابهة جداً بغض النظر عن مصدر إنتاجها. الفرق بين الأحماض ذات الأصل البكتيري والحيواني هو درجة البلمرة. تركيبة حمض الهيالورونيك من مصدر حيواني أطول من الشكل البكتيري (4000-6000 و 10000-15000 مونومر على التوالي).
قابلية الذوبان في الماء لهذه المواد هي نفسها وتعتمد بشكل أساسي على وجود مجموعات الهيدروكسيل والملح في بقايا السكاريد. نظرًا لأن التركيب الكيميائي للحمض متشابه بطبيعته في جميع الأفراد الأحياء ، فإن هذا يقلل من مخاطر التفاعلات المناعية الضارة والرفض عند إعطائه للإنسان والحيوان.
دور في الطبيعة
الموقع الرئيسي لحمض الهيالورونيك هو تكوين المصفوفة بين الخلايا (أو خارج الخلية) لأنسجة الثدييات. كما تظهر الدراسات العلمية ، فهو موجود أيضًا في كبسولات بعض البكتيريا - المكورات العقدية والمكورات العنقودية وغيرها من الكائنات الحية الدقيقة الطفيلية. يحدث تخليق المركب أيضًا في جسم الحيوانات اللافقارية (البروتوزوا ،المفصليات ، وشوكيات الجلد ، والديدان).
يقترح العلماء أن القدرة على إنتاج حمض الهيالورونيك في البكتيريا قد تطورت لزيادة خصائصها الخبيثة في الكائن الحي المضيف. نظرًا لوجودها ، يمكن للكائنات الحية الدقيقة اختراق الجلد واستعماره بسهولة. هذه البكتيريا الطفيلية قادرة على تحييد الاستجابة المناعية للمضيف وإثارة تطور عملية التهابية أكثر نشاطًا من سلالات الميكروبات الأخرى.
يتم إنتاج حمض الهيالورونيك بواسطة بروتينات مدمجة في جدار الخلية أو أغشية العضيات داخل الخلايا. يُلاحظ أعلى تركيز لمادة ما في جسم الإنسان في السائل الذي يملأ تجويف المفاصل والحبل السري والجسم الزجاجي للعين والجلد.
التمثيل الغذائي
يتم تصنيع حمض الهيالورونيك في شكل تفاعلات أنزيمية في 3 مراحل:
- جلوكوز 6 فوسفات - جلوكوز 1 فوسفات (جلوكوز فسفوري) - UDP- جلوكوز - حمض الجلوكورونيك.
- سكر أميني - جلوكوزامين -6-فوسفات- N-acetylglucosamine-1-phosphate - UDP-N-acetylglucosamine-1-phosphate.
- تفاعل ترانسفيراز الجليكوزيد الذي يتضمن إنزيم تركيبة الهيالورونات.
يتم إنتاج حوالي 5 جرام من هذه المادة وتكسيرها في جسم الإنسان يوميًا. الكمية الإجمالية للحمض حوالي سبعة آلاف بالمائة من الوزن. في الفقاريات ، يحدث تخليق الحمض تحت تأثير 3 أنواع من بروتينات الإنزيم (تركيبات الهيالورونات). وهي عبارة عن بروتينات معدنية تتكون من الكاتيونات المعدنية وجلوكوزيد الفوسفات. إنزيمات الهيالورونات هي الإنزيمات الوحيدةتحفيز إنتاج الحمض.
تحدث عملية تدمير جزيئات C₂₈H₄₄N₂O₂₃ تحت تأثير إنزيمات الهيالورونان اللايتية. يوجد في جسم الإنسان سبعة منهم على الأقل ، وبعضهم يثبط عمليات تكوين الورم. نواتج تحلل حمض الهيالورونيك هي عديد السكريات والسكريات ، والتي تحفز تكوين أوعية دموية جديدة.
وظائف في جسم الإنسان
الكولاجين وحمض الهيالورونيك في تكوين بشرة الإنسان من أكثر المواد قيمة التي تعتمد عليها مرونة ونعومة الأدمة. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ يؤدي الوظائف التالية:
- الحفاظ على الماء مما يضمن مرونة الجلد وتورمه ؛
- إنشاء الدرجة المطلوبة من اللزوجة للسائل الخلالي ؛
- المشاركة في تكاثر الخلايا الرئيسية و المناعية للبشرة ؛
- دعم نمو وإصلاح الجلد التالف
- تقوية ألياف الكولاجين
- تقوية المناعة المحلية ؛
- حماية ضد الجذور الحرة والعوامل الكيميائية والبيولوجية.
لوحظ أعلى تركيز لهذه المادة في جلد الجنين. مع تقدم العمر ، يرتبط معظم الحمض بالبروتينات ، مما يقلل من مستوى ترطيب البشرة. تقل القدرة على التنظيم الذاتي لعملية التمثيل الغذائي بشكل خاص لدى الأشخاص فوق سن الخمسين.
تم أيضًا تحديد الخصائص التالية لحمض الهيالورونيك في السائل الزليلي:
- تشكيلبنية متجانسة لعقد مكون معين من الغضروف - كبريتات شوندروتن ؛
- تقوية هيكل الكولاجين للغضروف
- توفير تزييت الأجزاء المتحركة من المفاصل وتقليل تآكلها.
يختلف الدور البيولوجي للجزيئات الحمضية تبعًا لوزنها الجزيئي. وبالتالي ، فإن المركبات التي تحتوي على ما يصل إلى 1500 مونومر لها تأثير مضاد للالتهابات وتؤدي دورًا نشطًا في بناء شبكة الكولاجين. تلعب البوليمرات التي تحتوي على سلسلة تصل إلى 2000 مونومر دورًا في الحفاظ على التوازن المائي ، وللمركبات عالية الجزيئات خصائص مضادات الأكسدة الأكثر وضوحًا.
يشارك حمض الهيالورونيك أيضًا في تكوين الجنين وتطوره ، والتحكم في حركة الخلية - هجرة الخلايا من مكان إلى آخر ، في بعض التفاعلات مع مستقبلات الخلايا السطحية.
تلقي
هناك مجموعتان رئيسيتان من طرق الحصول على مادة ما:
- فيزيائي-كيميائي (استخراج من أنسجة الثدييات والفقاريات والطيور). نظرًا لأن المواد الخام الحيوانية تحتوي غالبًا على حمض مع البروتينات والسكريات الأخرى ، يلزم إجراء تنقية شاملة للمنتج الناتج ، مما يؤثر على تكلفة الدواء النهائي. للحصول على حمض على نطاق صناعي ، يتم استخدام الحبل السري لحديثي الولادة وأمشاط الدجاج المنزلي. هناك طرق أخرى للاستخراج - من عيون الماشية ، السائل الذي يملأ تجاويف المفاصل والأكياس المفصلية ؛ بلازما الدم،الغضروف ، جلد الخنزير.
- الأساليب الجرثومية القائمة على البكتيريا المستنبتة. المنتجون الرئيسيون هم بكتيريا Pasteurellamultocida و Streptococcus. تم اختبار هذه الطرق لأول مرة في عام 1953. وهي أكثر اقتصادية ولا تعتمد أيضًا على الإمدادات الموسمية من المواد الخام.
في الحالة الأولى ، يتم تدمير المواد البيولوجية عن طريق طرق الطحن والتجانس ، ثم يتم استخلاص الحمض في خليط مع الببتيدات عن طريق التعرض للمذيبات العضوية. يتم معالجة الكتلة الناتجة بالإنزيمات أو تتم إزالة البروتينات عن طريق تمسخ بالكلوروفورم أو خليط من الإيثانول وكحول الأميل. بعد ذلك ، تتركز المادة على الكربون المنشط. تتم التنقية النهائية عن طريق كروماتوجرافيا التبادل الأيوني أو الترسيب مع كلوريد سيتيل بيريدينيوم.
الاستخدام الطبي
يستخدم حمض الهيالورونيك للأمراض التالية:
- طب وجراحة العيون - الساد؛ تستخدم كبيئة جراحية أثناء العمليات ؛
- جراحة العظام - هشاشة العظام ، وحماية الغضروف المفصلي من التدمير ، وكذلك لتحفيز استعادته (بدائل زليلية للسائل الزليلي) ؛
- جراحة - تكبير الأنسجة الرخوة ، عمليات باستئصال الغضروف الواسع ؛
- المستحضرات الصيدلانية - إنتاج الأدوية على أساس التركيب البوليمر للمركب (أقراص ، كبسولات ، كريمات ، مواد هلامية ، مراهم) ؛
- صناعة المواد الغذائية - التغذية الرياضية ؛
- أمراض النساء - مضاد الالتصاقالأموال ؛
- الأمراض الجلدية - علاج الحروق واضطرابات الجلد الغذائية بعد التخثر.
وفقًا لتوقعات العلماء ، يمكن أن تصبح هذه المادة أساسًا لمجموعة جديدة من الأدوية لعلاج السرطان.
خصائص أخرى للحمض واعدة أيضًا:
- تأثير مضاد للميكروبات ومضاد للفيروسات (المركب نشط ضد فيروس الهربس وغيره) ؛
- تحسين الدورة الدموية في الدم ؛
- تأثير مضاد للالتهابات ؛
- عمل طويل الأمد (انحلال تدريجي في الأنسجة البشرية).
فيتامينات
يستخدم حمض الهيالورونيك في تكوين الفيتامينات في شكل هيالورونات الصوديوم المنقى ، وهو نظيره. والغرض الأساسي من المادة هو الحفاظ على نضارة البشرة وترطيبها وعلاج الجروح. لتحسين الامتصاص ، يتم إدخال حمض الأسكوربيك في تكوين مجمعات الفيتامينات.
الأبحاث جارية أيضًا لتطوير عقاقير ومكملات غذائية ذات تأثيرات مضادة للالتهابات ومعدلة للمناعة يمكن استخدامها في العديد من مجالات النشاط البشري.
مستحضرات التجميل
في مستحضرات التجميل ، يستخدم هذا المركب لتصحيح التغيرات المرتبطة بالعمر. نظرًا لحقيقة أن بنية الحمض متشابهة في جميع الكائنات الحية ، فهي مناسبة للاستخدام كملء جلدي (حقن) ، خاصة حول العينين. لكي تبقى المادة في البشرة لفترة أطول ، يتم تعديلها بمساعدة جزيئات الارتباط المتصالب.(crosslinkers). تختلف الحشوات المتشابكة عن بعضها البعض من حيث لزوجة الهلام وتركيز الحمض ومدة الارتشاف في الجلد.
تدار الحقن داخل الجلد أو تحت الجلد في شكل محلول مائي بنسبة 1-3٪. هذا يساعد على زيادة مرونة وثبات الأنسجة ، وتجانس ملحوظ للتجاعيد.
يضافC₂₈H₄₄N₂O₂₃ أيضًا إلى تركيبة مستحضرات التجميل الخارجية - المواد الهلامية والرغوات والكريمات والمنتجات الأساسية الأخرى. يشار إلى حمض الهيالورونيك في التركيبة باسم حمض الهيالورونيك (وهيلورونات الصوديوم هي هيالورونات الصوديوم). هذا النوع من مستحضرات التجميل له نفس خصائص الفيلر - فهو يمنع تكون التجاعيد وحب الشباب ويساعد على تشبع البشرة بالرطوبة.
