L'acido ialuronico è un prodotto di origine animale, ampiamente utilizzato in medicina e cosmetologia. Le proprietà di questa sostanza non sono ancora completamente comprese e il suo effetto sul corpo umano è promettente per la creazione di farmaci di nuova generazione. Questo composto è attivamente coinvolto nei processi di embriogenesi, divisione cellulare, loro differenziazione e movimento durante la risposta immunitaria.
Storia e terminologia della scoperta
L'acido ialuronico secondo la formula si riferisce ai glicosaminoglicani, le cui molecole sono costituite da unità ripetitive che non contengono gruppi solfato. Per la prima volta questo composto ad alto peso molecolare è stato isolato dal corpo vitreo di bovini. All'inizio, gli scienziati presumevano che la sostanza fosse caratteristica solo dei mammiferi. Tuttavia, nel 1937 questo fu confutato: fu ottenuto da un mezzo liquido in cui veniva coltivato lo streptococco emolitico. Nel 1954, sulla rivista scientifica generale britannica Nature, fu pubblicato per la prima voltaformula strutturale dell'acido ialuronico.
Il nome comune della sostanza è associato alla storia della sua scoperta (eng. "ialoid" - vitreo, "acido uronico" - acido uronico). Nella terminologia chimica internazionale c'è anche il nome "ialuronano", che combina l'acido ei suoi sali. La formula chimica dell'acido ialuronico è: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Attualmente il campo delle sue applicazioni è molto ampio: medicina, cosmetologia, farmacia. L'acido ialuronico è usato come sostanza principale e ausiliaria. Le proprietà del composto, scoperte negli ultimi anni, hanno grandi prospettive di utilizzo in futuro, quindi la domanda di questo biopolimero è in continua crescita.
Edificio
La formula dell'acido ialuronico è un tipico polisaccaride anionico. Le molecole sono collegate in lunghe catene lineari. Le sostanze correlate - gli aminoglicani del glucosio - hanno un gran numero di gruppi solfati. Questo spiega la formazione di vari isomeri, composti che differiscono nella disposizione spaziale degli atomi. Anche le loro proprietà chimiche differiscono. L'acido ialuronico, a differenza dei glicosaminoglicani, è sempre chimicamente identico. Le sue proprietà non dipendono dai metodi di ottenimento e dal tipo di materiali di partenza.
La composizione dell'acido ialuronico comprende acido D-glucuronico e N-acetil-D-glicosamina, che sono interconnessi da un legame beta-glicosidico e formano le sue unità disaccaridiche (anelli di glucopiranosio aventi un peso molecolare di circa 450 Da). Il loro numero nelle molecole di questo composto può raggiungere i 25.000. Per questo motivo, l'acido ha un peso molecolare elevato (5.000-20.000.000 Da).
La formula strutturale del frammento disaccaride dell'acido ialuronico è mostrata nella figura seguente.
La composizione dell'acido contiene aree idrofobiche e idrofile, per cui questo composto altamente molecolare nello spazio sembra un nastro attorcigliato. La combinazione di più catene forma una palla di struttura sciolta. La capacità di legare e trattenere fino a 1000 molecole d'acqua è un' altra caratteristica della formula dell'acido ialuronico. La biochimica di questa sostanza è dovuta principalmente alla sua elevata igroscopicità, che assicura la saturazione dei tessuti con acqua e il mantenimento del volume interno.
Proprietà chimiche
L'acido ialuronico ha le seguenti proprietà chimiche caratteristiche:
- formazione di un gran numero di legami idrogeno;
- creazione di una reazione acida del mezzo in soluzioni acquose per la presenza di un gruppo carbossilico deprotonato;
- formazione di sali solubili con metalli alcalini;
- formazione in una soluzione acquosa di una forte struttura gelatinosa (pseudogel) contenente una quantità significativa di umidità (i complessi proteici spesso precipitano);
- creazione di complessi insolubili con metalli pesanti e coloranti.
Esteriormente, le soluzioni acquose di una sostanza assomigliano all'albume per consistenza. La formula strutturale dell'acido ialuronico ti consente di assumereha diverse forme, a seconda dell'ambiente ionico del mezzo:
- elica singola sinistra;
- strutture piatte multifilamento;
- doppia elica;
- strutture supercoiled con una fitta rete molecolare.
L'ultima forma è terziaria ed è in grado di assorbire una grande quantità di acqua, elettroliti, proteine ad alto peso molecolare.
Differenze in acido ialuronico di varia origine
Come accennato in precedenza, la struttura di questa sostanza è molto simile, indipendentemente dalla fonte della sua produzione. La differenza tra acidi di origine batterica e animale è il grado della loro polimerizzazione. La formula dell'acido ialuronico di origine animale è più lunga della forma batterica (rispettivamente 4.000-6.000 e 10.000-15.000 monomeri).
La solubilità in acqua di queste sostanze è la stessa e dipende principalmente dalla presenza di gruppi ossidrile e sali nei residui disaccaridi. Poiché la struttura chimica dell'acido è intrinsecamente simile in tutti gli individui viventi, ciò riduce al minimo il rischio di reazioni immunologiche avverse e di rigetto quando somministrato a esseri umani e animali.
Ruolo nella natura
La sede principale dell'acido ialuronico è la composizione della matrice intercellulare (o extracellulare) dei tessuti dei mammiferi. Come dimostrano studi scientifici, è presente anche nelle capsule di alcuni batteri: streptococchi, stafilococchi e altri microrganismi parassiti. La sintesi del composto avviene anche nel corpo di animali invertebrati (protozoi,artropodi, echinodermi, vermi).
Gli scienziati suggeriscono che la capacità di produrre acido ialuronico nei batteri si sia evoluta per aumentare le loro proprietà virulente nell'organismo ospite. Grazie alla sua presenza, i microrganismi possono facilmente penetrare nella pelle e colonizzarla. Tali batteri parassiti sono in grado di neutralizzare la risposta immunitaria dell'ospite e provocare lo sviluppo di un processo infiammatorio più attivo rispetto ad altri ceppi di microbi.
L'acido ialuronico è prodotto da proteine che sono incorporate nella parete cellulare o nelle membrane degli organelli intracellulari. La più alta concentrazione di una sostanza nel corpo umano si nota nel fluido che riempie la cavità delle articolazioni, nel cordone ombelicale, nel corpo vitreo dell'occhio e nella pelle.
Metabolismo
La sintesi dell'acido ialuronico avviene sotto forma di reazioni enzimatiche in 3 fasi:
- Glucosio-6-fosfato – glucosio-1-fosfato (glucosio fosforilato) – UDP-glucosio – acido glucuronico.
- Aminozucchero – glucosamina-6-fosfato – N-acetilglucosamina-1-fosfato – UDP-N-acetilglucosamina-1-fosfato.
- Reazione della glicoside transferasi che coinvolge l'enzima ialuronato sintetasi.
Circa 5 g di questa sostanza vengono prodotti e scomposti nel corpo umano al giorno. La quantità totale di acido è di circa sette millesimi di percento in peso. Nei vertebrati, la sintesi acida avviene sotto l'influenza di 3 tipi di proteine enzimatiche (sintetasi ialuronato). Sono metalloproteine composte da cationi metallici e glucoside fosfati. Gli unici enzimi sono le ialuronato sintetasicatalizzando la produzione di acido.
Il processo di distruzione delle molecole di C₂₈H₄₄N₂O₂₃ avviene sotto l'azione degli enzimi ialuronico-litici. Nel corpo umano ce ne sono almeno sette e alcuni di essi sopprimono i processi di formazione del tumore. I prodotti di degradazione dell'acido ialuronico sono oligo e polisaccaridi, che stimolano la formazione di nuovi vasi sanguigni.
Funzioni nel corpo umano
Il collagene e l'acido ialuronico nella composizione della pelle umana sono le sostanze più preziose da cui dipendono l'elasticità e la levigatezza del derma. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ svolge le seguenti funzioni:
- conservazione dell'acqua, che assicura l'elasticità della pelle e il suo turgore;
- creare il grado di viscosità richiesto del liquido interstiziale;
- partecipazione alla riproduzione delle cellule principali e immunocompetenti dell'epidermide;
- supporta la crescita e la riparazione della pelle danneggiata;
- rafforzamento delle fibre di collagene;
- rafforzamento dell'immunità locale;
- protezione contro radicali liberi, agenti chimici e biologici.
La più alta concentrazione di questa sostanza si osserva nella pelle dell'embrione. Con l'invecchiamento, la maggior parte dell'acido si lega alle proteine, riducendo il livello di idratazione della pelle. La capacità di autoregolare il metabolismo è particolarmente ridotta nelle persone di età superiore ai 50 anni.
Sono state inoltre determinate le seguenti proprietà dell'acido ialuronico nel liquido sinoviale:
- formazionestruttura omogenea per contenere un componente specifico della cartilagine - solfato di condroitina;
- rafforzare la struttura del collagene della cartilagine;
- fornisce la lubrificazione delle parti mobili delle articolazioni, riducendone l'usura.
Il ruolo biologico delle molecole acide varia a seconda del loro peso molecolare. Pertanto, i composti contenenti fino a 1500 monomeri hanno un effetto antinfiammatorio e partecipano attivamente alla costruzione della rete di collagene. I polimeri con una catena fino a 2000 monomeri svolgono un ruolo nel mantenimento dell'equilibrio idrico e i composti ad alto peso molecolare hanno le proprietà antiossidanti più pronunciate.
L'acido ialuronico è anche coinvolto nella formazione e nello sviluppo dell'embrione, nel controllo della mobilità cellulare - migrazione cellulare da un luogo all' altro, in alcune interazioni con i recettori cellulari di superficie.
Ricevi
Ci sono 2 gruppi principali di modi per ottenere una sostanza:
- Fisico-chimico (estrazione da tessuti di mammiferi, vertebrati e uccelli). Poiché le materie prime animali contengono spesso acido in combinazione con proteine e altri polisaccaridi, è necessaria un'accurata purificazione del prodotto risultante, che incide sul costo del farmaco finale. Per ottenere acido su scala industriale si utilizzano il cordone ombelicale dei neonati e i pettini dei polli domestici. Esistono altri metodi di estrazione: dagli occhi del bestiame, il fluido che riempie le cavità delle articolazioni e delle borse articolari; plasma del sangue,cartilagine, pelle di maiale.
- Metodi microbici basati su batteri in coltura. I principali produttori sono i batteri Pasteurellamultocida e Streptococcus. Questi metodi furono testati per la prima volta nel 1953. Sono più economici e inoltre non dipendono dalle forniture stagionali di materie prime.
Nel primo caso, i materiali biologici vengono distrutti mediante metodi di macinazione e omogeneizzazione, quindi l'acido viene estratto in una miscela con peptidi mediante esposizione a solventi organici. La massa risultante viene trattata con enzimi o proteine rimosse per denaturazione con cloroformio o una miscela di etanolo e alcol amilico. Successivamente, la sostanza viene concentrata sul carbone attivo. La purificazione finale viene eseguita mediante cromatografia a scambio ionico o precipitazione con cloruro di cetilpiridinio.
Uso medico
L'acido ialuronico viene utilizzato per le seguenti patologie:
- oftalmologia – cataratta; utilizzare come ambiente chirurgico durante le operazioni;
- ortopedia - osteoartrite, protezione della cartilagine articolare dalla distruzione, nonché per stimolarne il recupero (endoprotesi del liquido sinoviale);
- chirurgia - aumento dei tessuti molli, operazioni con escissione estesa della cartilagine;
- farmaci - produzione di farmaci basati sulla struttura polimerica del composto (compresse, capsule, creme, gel, unguenti);
- industria alimentare - nutrizione sportiva;
- ginecologia - antiadesionefondi;
- dermatologia - trattamento di ustioni, malattie trofiche cutanee post-trombotiche.
Secondo le previsioni degli scienziati, questa sostanza può diventare la base per un nuovo gruppo di farmaci per il trattamento del cancro.
Anche altre proprietà dell'acido sono promettenti:
- effetto antimicrobico, antivirale (il composto è attivo contro il virus dell'herpes e altri);
- miglioramento della microcircolazione sanguigna;
- effetto antinfiammatorio;
- azione prolungata (dissoluzione graduale nei tessuti umani).
Vitamine
L'acido ialuronico nella composizione delle vitamine viene utilizzato sotto forma di ialuronato di sodio purificato, che è il suo analogo. Lo scopo principale della sostanza è preservare la giovinezza della pelle, idratarla e curare le ferite. Per migliorare l'assorbimento, l'acido ascorbico viene introdotto nella composizione dei complessi vitaminici.
Sono inoltre in corso ricerche per lo sviluppo di farmaci e integratori alimentari con effetti antinfiammatori e immunomodulatori che possono essere utilizzati in molte aree dell'attività umana.
Cosmetologia
In cosmetologia, questo composto viene utilizzato per correggere i cambiamenti legati all'età. A causa del fatto che la struttura dell'acido è simile in tutti gli organismi viventi, è adatto per l'uso come filler dermico (iniezione), specialmente intorno agli occhi. Affinché la sostanza rimanga più a lungo nell'epidermide, viene modificata con l'aiuto di molecole di reticolazione.(reticolanti). I filler reticolati differiscono tra loro in termini di viscosità del gel, concentrazione di acido e durata del riassorbimento nella pelle.
Le iniezioni vengono somministrate per via intra o sottocutanea sotto forma di una soluzione acquosa all'1-3%. Questo aiuta ad aumentare l'elasticità e la compattezza dei tessuti, una notevole levigatura delle rughe.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ viene aggiunto anche alla composizione di cosmetici esterni: gel, schiume, creme e altri prodotti di base. L'acido ialuronico nella composizione è indicato come acido ialuronico (e lo ialuronato di sodio è ialuronato di sodio). Questo tipo di prodotto cosmetico ha le stesse proprietà dei riempitivi: previene la formazione di rughe, acne e aiuta a saturare la pelle con l'idratazione.
