Hyaluronic acid là sản phẩm có nguồn gốc từ động vật, được sử dụng rộng rãi trong y học và thẩm mỹ. Các đặc tính của chất này vẫn chưa được hiểu đầy đủ, và tác dụng của nó đối với cơ thể con người đang hứa hẹn cho việc tạo ra các loại thuốc thế hệ mới. Hợp chất này tham gia tích cực vào các quá trình hình thành phôi, phân chia tế bào, sự biệt hóa và chuyển động của chúng trong quá trình đáp ứng miễn dịch.
Lịch sử khám phá và thuật ngữ
Axit hyaluronic theo công thức đề cập đến glycosaminoglycans, các phân tử trong đó bao gồm các đơn vị lặp lại không chứa nhóm sulfat. Lần đầu tiên hợp chất cao phân tử này được phân lập từ thủy tinh thể của gia súc. Lúc đầu, các nhà khoa học cho rằng chất này chỉ có ở động vật có vú. Tuy nhiên, vào năm 1937, điều này đã bị bác bỏ - nó được lấy từ một môi trường lỏng trong đó liên cầu tan máu được nuôi cấy. Năm 1954, trên tạp chí khoa học tổng hợp Nature của Anh, nó được xuất bản lần đầu tiêncông thức cấu trúc của axit hyaluronic.
Tên thông thường của chất gắn liền với lịch sử phát hiện ra nó (eng. "Hyaloid" - thủy tinh thể, "uronic acid" - axit uronic). Trong thuật ngữ hóa học quốc tế, còn có tên "hyaluronan", kết hợp axit và muối của nó. Công thức hóa học của axit hyaluronic là: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Hiện nay, phạm vi ứng dụng của nó rất rộng: y học, thẩm mỹ, dược phẩm. Axit hyaluronic được sử dụng làm chất chính và phụ. Các đặc tính của hợp chất, được phát hiện trong những năm gần đây, có triển vọng sử dụng lớn trong tương lai, vì vậy nhu cầu về chất tạo màng sinh học này không ngừng tăng lên.
Tòa nhà
Công thức axit hyaluronic là một polysaccharide anion điển hình. Các phân tử được kết nối trong chuỗi dài tuyến tính. Các chất liên quan - aminoglycans glucose - có một số lượng lớn các nhóm sulfat hóa. Điều này giải thích sự hình thành các đồng phân khác nhau - các hợp chất khác nhau về cách sắp xếp không gian của các nguyên tử. Tính chất hóa học của chúng cũng khác nhau. Axit hyaluronic, không giống như glycosaminoglycans, luôn giống hệt nhau về mặt hóa học. Đặc tính của nó không phụ thuộc vào phương pháp lấy và loại nguyên liệu gốc.
Thành phần của axit hyaluronic bao gồm axit D-glucuronic và N-acetyl-D-glycosamine, được liên kết với nhau bằng liên kết beta-glycosidic và tạo thành các đơn vị disaccharide của nó (các vòng glucopyranose có trọng lượng phân tử khoảng 450 Da). Số lượng của chúng trong các phân tử của hợp chất này có thể lên tới 25.000. Do đó, axit có trọng lượng phân tử cao (5.000-20.000.000 Da).
Công thức cấu trúc của đoạn disaccharide của axit hyaluronic được thể hiện trong hình bên dưới.
Thành phần của axit có chứa các khu vực kỵ nước và ưa nước, do đó hợp chất cao phân tử này trong không gian trông giống như một dải băng xoắn. Sự kết hợp của một số chuỗi tạo thành một quả cầu có cấu trúc lỏng lẻo. Khả năng liên kết và giữ đến 1000 phân tử nước là một đặc điểm khác của công thức axit hyaluronic. Hóa sinh của chất này chủ yếu là do tính hút ẩm cao, đảm bảo độ bão hòa của các mô với nước và duy trì thể tích bên trong.
Tính chất hóa học
Axit hyaluronic có các tính chất hóa học đặc trưng sau:
- hình thành một số lượng lớn các liên kết hydro;
- tạo ra phản ứng axit của môi trường trong dung dịch nước do sự hiện diện của nhóm cacboxyl deproto hóa;
- tạo muối hòa tan với kim loại kiềm;
- hình thành trong dung dịch nước có cấu trúc gel mạnh (pseudogel) chứa một lượng ẩm đáng kể (phức hợp protein thường kết tủa);
- tạo phức không tan với kim loại nặng và thuốc nhuộm.
Nhìn bên ngoài, các dung dịch nước của một chất giống như lòng trắng trứng về độ đặc. Công thức cấu trúc của axit hyaluronic cho phép bạn lấynó có một số dạng, tùy thuộc vào môi trường ion của môi trường:
- xoắn đơn bên trái;
- cấu trúc phẳng nhiều sợi;
- xoắn kép;
- cấu trúc siêu đặc với mạng lưới phân tử dày đặc.
Dạng cuối cùng là bậc ba và có khả năng hấp thụ một lượng lớn nước, chất điện giải, protein cao phân tử.
Sự khác biệt trong axit hyaluronic có nguồn gốc khác nhau
Như đã nói ở trên, cấu trúc của chất này rất giống nhau, bất kể nguồn sản xuất ra nó là gì. Sự khác biệt giữa axit có nguồn gốc vi khuẩn và động vật là mức độ trùng hợp của chúng. Công thức axit hyaluronic có nguồn gốc động vật dài hơn so với dạng vi khuẩn (lần lượt là 4.000-6.000 và 10.000-15.000 đơn phân).
Khả năng hòa tan trong nước của các chất này là như nhau và phụ thuộc chủ yếu vào sự có mặt của các nhóm hydroxyl và muối trong cặn disaccharide. Vì cấu trúc hóa học của axit vốn dĩ giống nhau ở tất cả các cá thể sống, nên điều này giảm thiểu nguy cơ bị phản ứng miễn dịch bất lợi và đào thải khi dùng cho người và động vật.
Vai trò trong tự nhiên
Vị trí chính của axit hyaluronic là thành phần của ma trận gian bào (hoặc ngoại bào) của các mô động vật có vú. Như các nghiên cứu khoa học cho thấy, nó cũng có trong viên nang của một số vi khuẩn - liên cầu, tụ cầu và các vi sinh vật ký sinh khác. Quá trình tổng hợp hợp chất cũng xảy ra trong cơ thể động vật không xương sống (động vật nguyên sinh,động vật chân đốt, da gai, giun).
Các nhà khoa học cho rằng khả năng sản xuất axit hyaluronic trong vi khuẩn đã phát triển để tăng đặc tính độc lực của chúng trong cơ thể vật chủ. Do sự hiện diện của nó, vi sinh vật có thể dễ dàng xâm nhập vào da và cư trú trên da. Những vi khuẩn ký sinh như vậy có thể vô hiệu hóa phản ứng miễn dịch của vật chủ và kích thích sự phát triển của quá trình viêm tích cực hơn các chủng vi khuẩn khác.
Axit hyaluronic được sản xuất bởi các protein được gắn trong thành tế bào hoặc màng của các bào quan nội bào. Nồng độ cao nhất của một chất trong cơ thể con người được ghi nhận trong chất lỏng lấp đầy khoang khớp, trong dây rốn, thể thủy tinh của mắt và da.
Trao đổi chất
Quá trình tổng hợp axit hyaluronic diễn ra dưới dạng phản ứng enzym trong 3 giai đoạn:
- Glucose-6-phosphate - glucose-1-phosphate (glucose được phosphoryl hóa) - UDP-glucose - axit glucuronic.
- Đường amin - glucosamine-6-phosphate - N-acetylglucosamine-1-phosphate - UDP-N-acetylglucosamine-1-phosphate.
- Phản ứng chuyển hóa glycoside liên quan đến enzym tổng hợp hyaluronate.
Khoảng 5 g chất này được sản xuất và phân hủy trong cơ thể con người mỗi ngày. Tổng lượng axit là khoảng bảy phần nghìn phần trăm trọng lượng. Ở động vật có xương sống, quá trình tổng hợp axit xảy ra dưới tác động của 3 loại protein enzyme (hyaluronate synthetases). Chúng là các metalloprotein bao gồm các cation kim loại và phốt phát glucoside. Các enzym tổng hợp Hyaluronate là các enzym duy nhấtxúc tác sản xuất axit.
Quá trình phá hủy các phân tử C₂₈H₄₄N₂O₂₃ xảy ra dưới tác dụng của enzym hyaluronan-lytic. Trong cơ thể con người, có ít nhất bảy trong số chúng, và một số trong số chúng ngăn chặn quá trình hình thành khối u. Các sản phẩm phân hủy của axit hyaluronic là oligo- và polysaccharides, kích thích sự hình thành các mạch máu mới.
Chức năng trong cơ thể con người
Collagen và axit hyaluronic trong thành phần của da người là những chất quý giá nhất mà nó phụ thuộc vào độ đàn hồi và độ mịn của lớp hạ bì. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ thực hiện các chức năng sau:
- giữ nước, đảm bảo độ đàn hồi của da và sự thay đổi của da;
- tạo độ nhớt cần thiết của chất lỏng kẽ;
- tham gia vào quá trình sinh sản của các tế bào chính và tế bào đủ năng lực miễn dịch của biểu bì;
- hỗ trợ tăng trưởng và phục hồi da hư tổn;
- củng cố các sợi collagen;
- tăng cường miễn dịch tại chỗ;
- bảo vệ chống lại các gốc tự do, các tác nhân hóa học và sinh học.
Nồng độ cao nhất của chất này được quan sát thấy trong da của phôi thai. Khi lão hóa, hầu hết axit liên kết với protein, làm giảm mức độ hydrat hóa của da. Khả năng tự điều chỉnh sự trao đổi chất đặc biệt giảm mạnh ở những người trên 50 tuổi.
Các đặc tính sau của axit hyaluronic trong dịch khớp cũng đã được xác định:
- hình thànhcấu trúc đồng nhất để giữ một thành phần cụ thể của sụn - chondroitin sulfate;
- củng cố khung collagen của sụn;
- cung cấp chất bôi trơn các bộ phận chuyển động của khớp, giảm mài mòn.
Vai trò sinh học của các phân tử axit khác nhau tùy thuộc vào trọng lượng phân tử của chúng. Do đó, các hợp chất chứa tới 1500 đơn phân có tác dụng chống viêm và tham gia tích cực vào việc xây dựng mạng lưới collagen. Các polyme có chuỗi lên đến 2000 monome đóng vai trò duy trì cân bằng hydro và các hợp chất cao phân tử có đặc tính chống oxy hóa rõ rệt nhất.
Axit hyaluronic cũng tham gia vào quá trình hình thành và phát triển của phôi, trong việc kiểm soát tính di động của tế bào - sự di chuyển của tế bào từ nơi này sang nơi khác, trong một số tương tác với các thụ thể trên bề mặt.
Nhận
Có 2 nhóm cách chính để thu được chất:
- Hóa lý (chiết xuất từ mô của động vật có vú, động vật có xương sống và chim). Vì nguyên liệu động vật thường chứa axit kết hợp với protein và các polysaccharide khác, nên cần phải tinh chế kỹ lưỡng thành phẩm, điều này ảnh hưởng đến giá thành của thuốc cuối cùng. Để thu được axit ở quy mô công nghiệp, người ta sử dụng dây rốn của trẻ sơ sinh và lược của gà nhà. Có những phương pháp khai thác khác - từ mắt của gia súc, chất lỏng lấp đầy các khoang của khớp và túi khớp; huyết tương,sụn, da heo.
- Phương pháp vi sinh dựa trên vi khuẩn được nuôi cấy. Các nhà sản xuất chính là vi khuẩn Pasteurellamultocida và Streptococcus. Các phương pháp này lần đầu tiên được thử nghiệm vào năm 1953. Chúng tiết kiệm hơn và cũng không phụ thuộc vào nguồn cung cấp nguyên liệu theo mùa.
Trong trường hợp đầu tiên, vật liệu sinh học bị phá hủy bằng phương pháp nghiền và đồng nhất, sau đó axit được chiết xuất trong một hỗn hợp với peptit bằng cách tiếp xúc với dung môi hữu cơ. Khối lượng thu được được xử lý bằng enzym hoặc protein được loại bỏ bằng cách biến tính với cloroform hoặc hỗn hợp etanol và rượu amyl. Sau đó, chất được cô đặc trên than hoạt tính. Quá trình tinh chế cuối cùng được thực hiện bằng sắc ký trao đổi ion hoặc kết tủa với cetylpyridinium clorua.
Sử dụng trong y tế
Axit hyaluronic dùng cho các bệnh lý sau:
- nhãn khoa - đục thủy tinh thể; sử dụng như một môi trường phẫu thuật trong quá trình hoạt động;
- chỉnh hình - viêm xương khớp, bảo vệ sụn khớp khỏi bị phá hủy, cũng như để kích thích sự phục hồi của nó (chất sản sinh chất lỏng hoạt dịch);
- phẫu thuật - nâng mô mềm, phẫu thuật cắt bỏ nhiều sụn;
- dược phẩm - sản xuất thuốc dựa trên cấu trúc polyme của hợp chất (viên nén, viên nang, kem, gel, thuốc mỡ);
- ngành thực phẩm - dinh dưỡng thể thao;
- phụ khoa - chống rạnquỹ;
- da liễu - điều trị bỏng, rối loạn dinh dưỡng da sau huyết khối.
Theo dự báo của các nhà khoa học, chất này có thể trở thành cơ sở cho một nhóm thuốc mới trong điều trị ung thư.
Các đặc tính khác của axit cũng rất hứa hẹn:
- tác dụng kháng khuẩn, kháng vi-rút (hợp chất có hoạt tính chống lại vi-rút herpes và những loại khác);
- cải thiện vi tuần hoàn máu;
- tác dụng chống viêm;
- tác dụng kéo dài (tan dần trong các mô của con người).
Vitamin
Axit hyaluronic trong thành phần của vitamin được sử dụng dưới dạng natri hyaluronate tinh khiết, là chất tương tự của nó. Mục đích chính của chất này là duy trì sự trẻ trung của làn da, dưỡng ẩm và chữa lành vết thương. Để cải thiện sự hấp thụ, axit ascorbic được đưa vào thành phần của phức hợp vitamin.
Nghiên cứu cũng đang được tiến hành để phát triển các loại thuốc và thực phẩm chức năng có tác dụng chống viêm và điều hòa miễn dịch có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực hoạt động của con người.
Thẩm mỹ
Trong thẩm mỹ, hợp chất này được sử dụng để điều chỉnh những thay đổi liên quan đến tuổi tác. Do cấu trúc của axit tương tự nhau ở tất cả các sinh vật sống, nên nó thích hợp để sử dụng như một chất làm đầy da (tiêm), đặc biệt là xung quanh mắt. Để chất này tồn tại trong lớp biểu bì lâu hơn, nó được biến đổi với sự trợ giúp của các phân tử liên kết chéo.(liên kết chéo). Các chất làm đầy liên kết chéo khác nhau về độ nhớt của gel, nồng độ axit và thời gian tái hấp thu trên da.
Tiêm được dùng trong hoặc dưới da dưới dạng dung dịch nước 1-3%. Điều này giúp tăng độ đàn hồi và độ săn chắc của các mô, làm mờ các nếp nhăn đáng chú ý.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ cũng được thêm vào thành phần của mỹ phẩm dùng ngoài - gel, bọt, kem và các sản phẩm cơ bản khác. Axit hyaluronic trong thành phần được gọi là axit hyaluronic (và natri hyaluronate là natri hyaluronate). Loại mỹ phẩm này có đặc tính tương tự như chất làm đầy - ngăn ngừa sự hình thành nếp nhăn, mụn trứng cá và giúp cung cấp độ ẩm cho da.
