חומצה היאלורונית היא מוצר ממקור מן החי, שנמצא בשימוש נרחב ברפואה ובקוסמטולוגיה. התכונות של החומר הזה עדיין לא מובנות במלואן, והשפעתו על גוף האדם מבטיחה ליצירת תרופות מהדור החדש. תרכובת זו מעורבת באופן פעיל בתהליכי העובר, חלוקת התאים, ההתמיינות והתנועה שלהם במהלך התגובה החיסונית.
היסטוריית גילויים ומינוח
חומצה היאלורונית לפי הנוסחה מתייחסת לגליקוזאמינוגליקן, שהמולקולות שלהן מורכבות מיחידות חוזרות שאינן מכילות קבוצות סולפט. בפעם הראשונה תרכובת זו במשקל מולקולרי גבוה בודדה מגוף הזגוגית של הבקר. תחילה הניחו מדענים שהחומר אופייני רק ליונקים. עם זאת, בשנת 1937 זה הופרך - זה התקבל ממדיום נוזלי שבו טיפחו סטרפטוקוק המוליטי. ב-1954, בכתב העת המדעי הכללי הבריטי Nature, הוא פורסם לראשונהנוסחה מבנית של חומצה היאלורונית.
השם הנפוץ של החומר קשור להיסטוריה של גילויו (באנגלית: "hyaloid" - זגוגית, "חומצה אורונית" - חומצה אורונית). בטרמינולוגיה הכימית הבינלאומית קיים גם השם "hyaluronan", המשלב את החומצה ומלחיה. הנוסחה הכימית של חומצה היאלורונית היא: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
כרגע, טווח היישום שלו רחב מאוד: רפואה, קוסמטולוגיה, בית מרקחת. חומצה היאלורונית משמשת כחומר עזר ועיקרי. לתכונות התרכובת, שהתגלו בשנים האחרונות, יש סיכויים גדולים לשימוש בעתיד, ולכן הביקוש לביופולימר זה גדל כל הזמן.
בניין
נוסחת חומצה היאלורונית היא פוליסכריד אניוני טיפוסי. מולקולות מחוברות בשרשראות ליניאריות ארוכות. לחומרים קשורים - גלוקוז aminoglycans - יש מספר רב של קבוצות סולפטיות. זה מסביר את היווצרותם של איזומרים שונים - תרכובות השונות בסידור המרחבי של האטומים. גם התכונות הכימיות שלהם שונות. חומצה היאלורונית, שלא כמו גליקוזאמינוגליקן, היא תמיד זהה מבחינה כימית. תכונותיו אינן תלויות בשיטות ההשגה ובסוג חומרי המקור.
ההרכב של חומצה היאלורונית כולל חומצה D-glucuronic ו-N-acetyl-D-glycosamine, המחוברות ביניהן על ידי קשר בטא גליקוזידי ויוצרות יחידות דו-סוכר שלה (טבעות גלוקופירנוז במשקל מולקולרי של כ-450 Da). מספרם במולקולות של תרכובת זו יכול להגיע ל-25,000.בשל כך, לחומצה משקל מולקולרי גבוה (5,000-20,000,000 Da).
נוסחת המבנה של שבר הדו-סוכר של חומצה היאלורונית מוצגת באיור למטה.
הרכב החומצה מכיל אזורים הידרופוביים והידרופיליים, שבגללם התרכובת הגבוהה מולקולרית הזו בחלל נראית כמו סרט מעוות. השילוב של מספר שרשראות יוצרים כדור בעל מבנה רופף. היכולת לקשור ולהחזיק עד 1000 מולקולות מים היא תכונה נוספת של נוסחת החומצה ההיאלורונית. הביוכימיה של חומר זה נובעת בעיקר מההיגרוסקופיות הגבוהה שלו, המבטיחה רוויה של רקמות במים ושמירה על נפח פנימי.
מאפיינים כימיים
חומצה היאלורונית בעלת התכונות הכימיות האופייניות הבאות:
- יצירת מספר רב של קשרי מימן;
- יצירת תגובה חומצית של המדיום בתמיסות מימיות עקב נוכחות של קבוצת קרבוקסיל דה-פרוטונים;
- יצירת מלחים מסיסים עם מתכות אלקליות;
- היווצרות בתמיסה מימית של מבנה ג'ל חזק (פסאודוגל) המכילה כמות משמעותית של לחות (קומפלקסים של חלבון משקעים לעתים קרובות);
- יצירת קומפלקסים בלתי מסיסים עם מתכות כבדות וצבעים.
כלפי חוץ, תמיסות מימיות של חומר דומות לעקביות של חלבון ביצה. הנוסחה המבנית של חומצה היאלורונית מאפשרת לך לקחתיש לו כמה צורות, בהתאם לסביבה היונית של המדיום:
- סליל בודד שמאלי;
- מבנים שטוחים מרובים;
- סליל כפול;
- מבנים מפותלים עם רשת מולקולרית צפופה.
הצורה האחרונה היא שלישונית ומסוגלת לספוג כמות גדולה של מים, אלקטרוליטים, חלבונים במשקל מולקולרי גבוה.
הבדלים בחומצה היאלורונית ממקורות שונים
כפי שהוזכר לעיל, המבנה של החומר הזה דומה מאוד, ללא קשר למקור הייצור שלו. ההבדל בין חומצות ממקור חיידקי לבעלי חיים הוא מידת הפילמור שלהן. פורמולה של חומצה היאלורונית מבעלי חיים ארוכה יותר מהצורה החיידקית (4,000-6,000 ו-10,000-15,000 מונומרים בהתאמה).
המסיסות במים עבור חומרים אלו זהה ותלויה בעיקר בנוכחות של קבוצות הידרוקסיל ומלח בשאריות דו-סוכרים. מכיוון שהמבנה הכימי של החומצה דומה מטבעו בכל הפרטים החיים, הדבר ממזער את הסיכון לתגובות אימונולוגיות שליליות ודחייה כאשר היא ניתנת לבני אדם ובעלי חיים.
תפקיד בטבע
המיקום העיקרי של חומצה היאלורונית הוא הרכב המטריצה הבין-תאית (או החוץ-תאית) של רקמות יונקים. כפי שמראים מחקרים מדעיים, הוא קיים גם בקפסולות של חיידקים מסוימים - סטרפטוקוקוס, סטפילוקוק ומיקרואורגניזמים טפילים אחרים. הסינתזה של התרכובת מתרחשת גם בגוף של בעלי חיים חסרי חוליות (פרוטוזואה,פרוקי רגליים, פצעי עור, תולעים).
מדענים מציעים שהיכולת לייצר חומצה היאלורונית בחיידקים התפתחה כדי להגביר את התכונות הארסיות שלהם באורגניזם המארח. בשל נוכחותו, מיקרואורגניזמים יכולים בקלות לחדור לעור ולהתנחל בו. חיידקים טפיליים כאלה מסוגלים לנטרל את התגובה החיסונית של המארח ולעורר התפתחות של תהליך דלקתי פעיל יותר מאשר זנים אחרים של חיידקים.
חומצה היאלורונית מיוצרת על ידי חלבונים המוטבעים בדופן התא או בממברנות של אברונים תוך-תאיים. הריכוז הגבוה ביותר של חומר בגוף האדם מצוין בנוזל הממלא את חלל המפרקים, בחבל הטבור, בגוף הזגוגית של העין ובעור.
מטבוליזם
הסינתזה של חומצה היאלורונית מתרחשת בצורה של תגובות אנזימטיות ב-3 שלבים:
- גלוקוז-6-פוספט – גלוקוז-1-פוספט (גלוקוז פוספוריל) – UDP-גלוקוז – חומצה גלוקורונית.
- סוכר אמינו – גלוקוזאמין-6-פוספט – N-אצטיל גלוקוסאמין-1-פוספט – UDP-N-אצטיל גלוקוסאמין-1-פוספט.
- תגובת גליקוזיד טרנספראז המערבת את האנזים hyaluronate synthetase.
כ-5 גרם של חומר זה מיוצר ומתפרק בגוף האדם ביום. כמות החומצה הכוללת היא כשבע אלפיות האחוז במשקל. בבעלי חוליות, סינתזת חומצה מתרחשת בהשפעת 3 סוגים של חלבוני אנזימים (סינתזות היאלורונט). הם מטלופרוטאינים המורכבים מקטיוני מתכת ופוספטים גלוקוזידים. סינתזות היאלורונט הם האנזימים היחידיםמזרז ייצור חומצה.
תהליך ההרס של מולקולות C₂₈H₄₄N₂O₂₃ מתרחש תחת פעולתם של אנזימים היאלורונן-ליטיים. בגוף האדם ישנם לפחות שבעה מהם, וחלקם מדכאים את תהליכי היווצרות הגידול. תוצרי הפירוק של חומצה היאלורונית הם אוליגו ופוליסכרידים, הממריצים יצירת כלי דם חדשים.
פונקציות בגוף האדם
קולגן וחומצה היאלורונית בהרכב העור האנושי הם החומרים היקרים ביותר שבהם תלויה הגמישות והחלקות של הדרמיס. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ מבצע את הפונקציות הבאות:
- שימור מים, המבטיח את גמישות העור והטורגור שלו;
- יצירת דרגת הצמיגות הנדרשת של הנוזל הבין-סטיציאלי;
- השתתפות ברפרודוקציה של התאים הראשיים והאימונו-מוכשרים של האפידרמיס;
- תמוך בצמיחה ותיקון של עור פגום;
- חיזוק סיבי קולגן;
- חיזוק החסינות המקומית;
- הגנה מפני רדיקלים חופשיים, חומרים כימיים וביולוגיים.
הריכוז הגבוה ביותר של חומר זה נצפה בעור העובר. עם ההזדקנות, רוב החומצה נקשרת לחלבונים, מה שמפחית את רמת הלחות של העור. היכולת לווסת את חילוף החומרים העצמית מופחתת במיוחד אצל אנשים מעל גיל 50.
נקבעו גם התכונות הבאות של חומצה היאלורונית בנוזל סינוביאלי:
- היווצרותמבנה הומוגני להחזיק מרכיב ספציפי של סחוס - כונדרויטין סולפט;
- חיזוק מסגרת הקולגן של הסחוס;
- מתן שימון של חלקים נעים של המפרקים, מפחית את הבלאי שלהם.
התפקיד הביולוגי של מולקולות חומצה שונה בהתאם למשקל המולקולרי שלהן. לפיכך, לתרכובות המכילות עד 1500 מונומרים יש השפעה אנטי דלקתית ולוקחות חלק פעיל בבניית רשת הקולגן. פולימרים עם שרשרת של עד 2000 מונומרים ממלאים תפקיד בשמירה על הידרואיזון, ולתרכובות גבוהות מולקולריות יש את התכונות נוגדות החמצון הבולטות ביותר.
חומצה היאלורונית מעורבת גם ביצירה והתפתחות של העובר, בבקרת ניידות התאים - נדידת תאים ממקום אחד למשנהו, באינטראקציות מסוימות עם קולטני תאי פנים.
קבל
ישנן 2 קבוצות עיקריות של דרכים להשיג חומר:
- פיזיקלי-כימי (שאיבה מרקמות של יונקים, חולייתנים וציפורים). מכיוון שחומרי גלם מהחי מכילים לרוב חומצה בשילוב עם חלבונים ופוליסכרידים אחרים, נדרש טיהור יסודי של המוצר המתקבל, המשפיע על עלות התרופה הסופית. כדי להשיג חומצה בקנה מידה תעשייתי, משתמשים בחבל הטבור של יילודים ובמסרקים של תרנגולות ביתיות. ישנן שיטות מיצוי נוספות - מעיני הבקר, הנוזל הממלא את חללי המפרקים ושקיות מפרקים; פלזמת דם,סחוס, עור חזיר.
- שיטות מיקרוביאליות המבוססות על חיידקים מתורבתים. היצרנים העיקריים הם החיידקים Pasteurellamultocida וסטרפטוקוקוס. שיטות אלו נבדקו לראשונה בשנת 1953. הן חסכוניות יותר וגם אינן תלויות באספקה עונתית של חומרי גלם.
במקרה הראשון, חומרים ביולוגיים מושמדים בשיטות טחינה והומוגניות, ולאחר מכן מופקת חומצה בתערובת עם פפטידים בחשיפה לממסים אורגניים. המסה המתקבלת מטופלת באנזימים או חלבונים מוסרים על ידי דנטורציה עם כלורופורם או תערובת של אתנול ואלכוהול עמיל. לאחר מכן, החומר מתרכז בפחם פעיל. הטיהור הסופי נעשה על ידי כרומטוגרפיה של חילופי יונים או משקעים עם צטילפירידיניום כלוריד.
שימוש רפואי
חומצה היאלורונית משמשת לפתולוגיות הבאות:
- אופטלמולוגיה – קטרקט; שימוש כסביבה כירורגית במהלך ניתוחים;
- אורתופדיה - דלקת מפרקים ניוונית, הגנה על סחוס מפרקי מפני הרס, כמו גם לעורר החלמתו (אנדופרסטזות נוזל סינוביאלי);
- ניתוח - הגדלת רקמות רכות, ניתוחים עם כריתת סחוס נרחבת;
- pharmaceuticals - ייצור תרופות המבוססות על המבנה הפולימרי של התרכובת (טבליות, כמוסות, קרמים, ג'לים, משחות);
- תעשיית המזון - תזונת ספורט;
- גינקולוגיה - אנטי-הדבקהקרנות;
- דרמטולוגיה - טיפול בכוויות, הפרעות עור טרופיות פוסט-טרומבוטיות.
לפי תחזיות המדענים, החומר הזה יכול להפוך לבסיס לקבוצה חדשה של תרופות לטיפול בסרטן.
תכונות אחרות של החומצה מבטיחות גם הן:
- אפקט אנטי-מיקרוביאלי, אנטי-ויראלי (התרכובת פעילה נגד נגיף ההרפס ואחרים);
- שיפור במיקרו-מחזור הדם;
- אפקט אנטי דלקתי;
- פעולה ממושכת (התמוססות הדרגתית ברקמות אנושיות).
ויטמינים
חומצה היאלורונית בהרכב של ויטמינים משמשת בצורה של נתרן הואלורונט מטוהר, שהוא האנלוג שלה. מטרתו העיקרית של החומר היא לשמר את צעירותו של העור, להעניק לו לחות ולרפא פצעים. כדי לשפר את הספיגה, חומצה אסקורבית מוכנסת להרכב של קומפלקסים ויטמינים.
מחקר מתקיים גם לפיתוח תרופות ותוספי תזונה בעלי השפעות אנטי דלקתיות ואימונומודולטוריות שניתן להשתמש בהן בתחומים רבים של פעילות אנושית.
קוסמטולוגיה
בקוסמטיקה, תרכובת זו משמשת לתיקון שינויים הקשורים לגיל. בשל העובדה שמבנה החומצה דומה בכל היצורים החיים, היא מתאימה לשימוש כחומר מילוי עורי (הזרקה), בעיקר סביב העיניים. על מנת שהחומר יישאר באפידרמיס זמן רב יותר, הוא משתנה בעזרת מולקולות צולבות.(מצלבים). חומרי מילוי צולבים נבדלים זה מזה מבחינת צמיגות הג'ל, ריכוז החומצה ומשך הספיגה בעור.
הזרקות ניתנות תוך או תת עורית בצורה של תמיסה מימית של 1-3%. זה עוזר להגביר את הגמישות והמוצקות של הרקמות, החלקה ניכרת של קמטים.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ מתווסף גם להרכב של מוצרי קוסמטיקה חיצוניים - ג'לים, קצפים, קרמים ומוצרים בסיסיים אחרים. חומצה היאלורונית בהרכב מכונה חומצה היאלורונית (ונתרן היאלורונט היא נתרן היאלורונט). למוצר קוסמטי מסוג זה יש את אותן תכונות כמו לחומרי מילוי - הוא מונע היווצרות של קמטים, אקנה, ועוזר להרוות את העור בלחות.
