กรดไฮยาลูโรนิกเป็นผลิตภัณฑ์จากสัตว์ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์และความงาม คุณสมบัติของสารนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ และผลกระทบต่อร่างกายมนุษย์นั้นมีแนวโน้มดีสำหรับการสร้างยารุ่นใหม่ สารประกอบนี้มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในกระบวนการสร้างตัวอ่อน การแบ่งเซลล์ ความแตกต่างและการเคลื่อนไหวระหว่างการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน
ประวัติการค้นพบและคำศัพท์
กรดไฮยาลูโรนิกตามสูตรหมายถึงไกลโคซามิโนไกลแคน ซึ่งโมเลกุลประกอบด้วยหน่วยซ้ำๆ ซึ่งไม่มีกลุ่มซัลเฟต เป็นครั้งแรกที่แยกสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงนี้ออกจากร่างกายน้ำเลี้ยงของวัวควาย ในตอนแรก นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าสารนี้มีลักษณะเฉพาะของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเท่านั้น อย่างไรก็ตามในปี 2480 สิ่งนี้ถูกข้องแวะ - ได้มาจากอาหารเหลวซึ่งมีการเพาะเลี้ยง hemolytic streptococcus ในปี ค.ศ. 1954 วารสารวิทยาศาสตร์ทั่วไปของอังกฤษ Nature ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกสูตรโครงสร้างของกรดไฮยาลูโรนิก
ชื่อสามัญของสารนี้สัมพันธ์กับประวัติการค้นพบ (อังกฤษ "ไฮยาลอยด์" - น้ำเลี้ยง, "กรดยูริก" - กรดยูริก) ในศัพท์เคมีสากลยังมีชื่อ "hyaluronan" ซึ่งรวมกรดและเกลือเข้าด้วยกัน สูตรทางเคมีของกรดไฮยาลูโรนิกคือ: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
ปัจจุบันมีขอบเขตการใช้งานกว้างมาก: ยา เครื่องสำอาง ร้านขายยา กรดไฮยาลูโรนิกใช้เป็นสารหลักและสารเสริม คุณสมบัติของสารประกอบที่ค้นพบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีแนวโน้มที่ดีสำหรับการใช้งานในอนาคต ดังนั้นความต้องการไบโอโพลีเมอร์นี้จึงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
ตึก
สูตรกรดไฮยาลูโรนิกคือพอลิแซ็กคาไรด์ประจุลบทั่วไป โมเลกุลเชื่อมต่อกันเป็นสายโซ่ยาวเป็นเส้นตรง สารที่เกี่ยวข้อง - กลูโคสอะมิโนไกลแคน - มีกลุ่มซัลเฟตจำนวนมาก สิ่งนี้อธิบายการก่อตัวของไอโซเมอร์ต่างๆ - สารประกอบที่แตกต่างกันในการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอม คุณสมบัติทางเคมีของพวกมันก็ต่างกันเช่นกัน กรดไฮยาลูโรนิกซึ่งแตกต่างจากไกลโคซามิโนไกลแคนมักมีลักษณะทางเคมีเหมือนกัน คุณสมบัติของมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิธีการได้มาและชนิดของวัตถุดิบ
องค์ประกอบของกรดไฮยาลูโรนิกประกอบด้วยกรด D-glucuronic และ N-acetyl-D-glycosamine ซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเบตา-ไกลโคซิดิกและสร้างหน่วยไดแซ็กคาไรด์ (วงแหวนกลูโคราโนสที่มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 450 ดา). จำนวนของมันในโมเลกุลของสารประกอบนี้สามารถสูงถึง 25,000ด้วยเหตุนี้กรดจึงมีน้ำหนักโมเลกุลสูง (5,000-20,000,000 Da)
สูตรโครงสร้างของส่วนไดแซ็กคาไรด์ของกรดไฮยาลูโรนิกดังรูปด้านล่าง
องค์ประกอบของกรดประกอบด้วยพื้นที่ไม่ชอบน้ำและชอบน้ำ เนื่องจากสารประกอบโมเลกุลสูงนี้ในอวกาศดูเหมือนริบบิ้นบิดเป็นเกลียว การรวมกันของโซ่หลาย ๆ อันทำให้เกิดโครงสร้างหลวม ความสามารถในการจับและกักเก็บโมเลกุลของน้ำได้มากถึง 1,000 โมเลกุล เป็นอีกหนึ่งคุณลักษณะของสูตรกรดไฮยาลูโรนิก ชีวเคมีของสารนี้มีสาเหตุหลักมาจากความสามารถในการดูดความชื้นสูง ซึ่งทำให้แน่ใจได้ว่าเนื้อเยื่อมีความอิ่มตัวด้วยน้ำและการรักษาปริมาตรภายใน
คุณสมบัติทางเคมี
กรดไฮยาลูโรนิกมีคุณสมบัติทางเคมีดังต่อไปนี้:
- การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนจำนวนมาก;
- การสร้างปฏิกิริยากรดของตัวกลางในสารละลายที่เป็นน้ำเนื่องจากการมีอยู่ของกลุ่มคาร์บอกซิลที่ลดโปรตอน;
- การก่อตัวของเกลือที่ละลายได้กับโลหะอัลคาไล
- ก่อตัวในสารละลายที่เป็นน้ำของโครงสร้างเจลที่แข็งแรง (เทียมเจล) ที่มีความชื้นจำนวนมาก (คอมเพล็กซ์โปรตีนมักจะตกตะกอน);
- การสร้างสารเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำด้วยโลหะหนักและสีย้อม
ภายนอกสารละลายของสารมีลักษณะเหมือนไข่ขาวมีความสม่ำเสมอ สูตรโครงสร้างของกรดไฮยาลูโรนิกช่วยให้คุณทานมันมีหลายรูปแบบ ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมของไอออนิก:
- เกลียวเดี่ยวซ้าย;
- โครงสร้างแบนหลายเส้น;
- เกลียวคู่;
- โครงสร้างซุปเปอร์คอยล์ที่มีโครงข่ายโมเลกุลหนาแน่น
รูปแบบสุดท้ายเป็นแบบตติยภูมิและสามารถดูดซับน้ำปริมาณมาก อิเล็กโทรไลต์ โปรตีนน้ำหนักโมเลกุลสูง
ความแตกต่างของกรดไฮยาลูโรนิกที่มีต้นกำเนิดต่างๆ
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น โครงสร้างของสารนี้มีความคล้ายคลึงกันมากโดยไม่คำนึงถึงแหล่งที่มาของการผลิต ความแตกต่างระหว่างกรดที่เกิดจากแบคทีเรียและสัตว์คือระดับของการเกิดพอลิเมอไรเซชัน สูตรกรดไฮยาลูโรนิกจากสัตว์มีระยะเวลายาวนานกว่าแบคทีเรีย (4,000-6,000 และ 10,000-15,000 โมโนเมอร์ตามลำดับ)
ความสามารถในการละลายในน้ำสำหรับสารเหล่านี้เหมือนกันและขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของหมู่ไฮดรอกซิลและเกลือในกากไดแซ็กคาไรด์เป็นหลัก เนื่องจากโครงสร้างทางเคมีของกรดมีความคล้ายคลึงกันโดยเนื้อแท้ในบุคคลที่มีชีวิตทั้งหมด สิ่งนี้ช่วยลดความเสี่ยงของปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันที่ไม่พึงประสงค์และการปฏิเสธเมื่อให้กับมนุษย์และสัตว์
บทบาทในธรรมชาติ
ตำแหน่งหลักของกรดไฮยาลูโรนิกคือองค์ประกอบของเมทริกซ์ระหว่างเซลล์ (หรือนอกเซลล์) ของเนื้อเยื่อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จากการศึกษาทางวิทยาศาสตร์พบว่า มันยังมีอยู่ในแคปซูลของแบคทีเรียบางชนิด เช่น สเตรปโตคอคซี สแตฟิโลคอคซี และจุลินทรีย์ที่เป็นกาฝากอื่นๆ การสังเคราะห์สารประกอบยังเกิดขึ้นในร่างกายของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (โปรโตซัวสัตว์ขาปล้อง เอไคโนเดิร์ม หนอน)
นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าความสามารถในการผลิตกรดไฮยาลูโรนิกในแบคทีเรียได้พัฒนาขึ้นเพื่อเพิ่มคุณสมบัติก่อโรคในสิ่งมีชีวิต เนื่องจากการปรากฏตัวของจุลินทรีย์จึงสามารถเจาะผิวหนังและตั้งรกรากได้ง่าย แบคทีเรียที่เป็นกาฝากดังกล่าวสามารถต่อต้านการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของโฮสต์และกระตุ้นการพัฒนาของกระบวนการอักเสบที่กระฉับกระเฉงกว่าจุลินทรีย์สายพันธุ์อื่นๆ
กรดไฮยาลูโรนิกผลิตโดยโปรตีนที่ฝังอยู่ในผนังเซลล์หรือเยื่อหุ้มของออร์แกเนลล์ภายในเซลล์ ความเข้มข้นสูงสุดของสารในร่างกายมนุษย์นั้นถูกบันทึกไว้ในของเหลวที่เติมช่องของข้อต่อ ในสายสะดือ ร่างกายน้ำเลี้ยงของตา และผิวหนัง
เมแทบอลิซึม
การสังเคราะห์กรดไฮยาลูโรนิกเกิดขึ้นในรูปของปฏิกิริยาของเอนไซม์ใน 3 ขั้นตอน:
- กลูโคส-6-ฟอสเฟต – กลูโคส-1-ฟอสเฟต (กลูโคสฟอสฟอรีเลต) – UDP-กลูโคส – กรดกลูโคโรนิก
- น้ำตาลอะมิโน – กลูโคซามีน-6-ฟอสเฟต – N-อะเซทิลกลูโคซามีน-1-ฟอสเฟต – UDP-N-อะเซทิลกลูโคซามีน-1-ฟอสเฟต
- ปฏิกิริยาไกลโคไซด์ทรานส์เฟอเรสที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ไฮยาลูโรเนตสังเคราะห์
ผลิตและสลายสารนี้ประมาณ 5 กรัมในร่างกายมนุษย์ต่อวัน ปริมาณกรดทั้งหมดอยู่ที่ประมาณเจ็ดในพันของเปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก ในสัตว์มีกระดูกสันหลัง การสังเคราะห์กรดเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์โปรตีน 3 ชนิด (hyaluronate synthetases) พวกมันคือเมทัลโลโปรตีนที่ประกอบด้วยไอออนบวกของโลหะและกลูโคไซด์ฟอสเฟต Hyaluronate synthetases เป็นเอนไซม์ตัวเดียวเร่งการผลิตกรด
กระบวนการทำลายโมเลกุลของ C₂₈H₄₄N₂O₂₃ เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของเอนไซม์ไฮยาลูโรแนน-ไลติก ในร่างกายมนุษย์มีอย่างน้อยเจ็ดคนและบางคนก็ยับยั้งกระบวนการสร้างเนื้องอก ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของกรดไฮยาลูโรนิกคือโอลิโกและโพลีแซ็กคาไรด์ซึ่งกระตุ้นการสร้างหลอดเลือดใหม่
หน้าที่ในร่างกายมนุษย์
คอลลาเจนและกรดไฮยาลูโรนิกในองค์ประกอบของผิวหนังมนุษย์เป็นสารที่มีค่าที่สุดซึ่งความยืดหยุ่นและความเรียบเนียนของผิวหนังขึ้นอยู่กับ C₂₈H₄₄N₂O₂₃ ทำหน้าที่ดังต่อไปนี้:
- กักเก็บน้ำซึ่งรับประกันความยืดหยุ่นของผิวหนังและ turgor
- การสร้างระดับความหนืดที่ต้องการของของเหลวคั่นระหว่างหน้า
- มีส่วนร่วมในการสืบพันธุ์ของเซลล์หลักและภูมิคุ้มกันของหนังกำพร้า
- สนับสนุนการเจริญเติบโตและซ่อมแซมผิวที่เสียหาย;
- เสริมสร้างเส้นใยคอลลาเจน
- เสริมสร้างภูมิคุ้มกันในท้องถิ่น
- ป้องกันอนุมูลอิสระ สารเคมี และสารชีวภาพ
พบความเข้มข้นสูงสุดของสารนี้ในผิวหนังของตัวอ่อน เมื่ออายุมากขึ้น กรดส่วนใหญ่จะจับกับโปรตีน ซึ่งลดระดับความชุ่มชื้นของผิว ความสามารถในการควบคุมการเผาผลาญในตัวเองนั้นลดลงอย่างมากโดยเฉพาะในผู้ที่มีอายุมากกว่า 50 ปี
คุณสมบัติต่อไปนี้ของกรดไฮยาลูโรนิกในน้ำไขข้อได้รับการพิจารณาเช่นกัน:
- รูปแบบโครงสร้างที่เป็นเนื้อเดียวกันเพื่อยึดองค์ประกอบเฉพาะของกระดูกอ่อน - chondroitin sulfate;
- เสริมสร้างกรอบคอลลาเจนของกระดูกอ่อน;
- ให้การหล่อลื่นชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของข้อต่อ ลดการสึกหรอ
บทบาททางชีววิทยาของโมเลกุลของกรดจะแตกต่างกันไปตามน้ำหนักโมเลกุล ดังนั้นสารประกอบที่มีโมโนเมอร์มากถึง 1,500 ตัวมีฤทธิ์ต้านการอักเสบและมีส่วนสำคัญในการสร้างเครือข่ายคอลลาเจน โพลีเมอร์ที่มีโมโนเมอร์มากถึง 2,000 ตัวมีบทบาทในการรักษาสมดุลไฮโดร และสารประกอบโมเลกุลสูงมีคุณสมบัติต้านอนุมูลอิสระที่เด่นชัดที่สุด
กรดไฮยาลูโรนิกยังเกี่ยวข้องกับการก่อตัวและการพัฒนาของตัวอ่อน ในการควบคุมการเคลื่อนที่ของเซลล์ - การโยกย้ายเซลล์จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง ในการโต้ตอบบางอย่างกับตัวรับเซลล์พื้นผิว
รับ
มี 2 วิธีหลักในการรับสาร:
- กายภาพ-เคมี (สกัดจากเนื้อเยื่อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สัตว์มีกระดูกสันหลัง และนก) เนื่องจากวัตถุดิบจากสัตว์มักประกอบด้วยกรดร่วมกับโปรตีนและโพลิแซ็กคาไรด์อื่นๆ จึงต้องมีการทำให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์อย่างทั่วถึง ซึ่งส่งผลต่อต้นทุนของยาขั้นสุดท้าย เพื่อให้ได้กรดในระดับอุตสาหกรรมจะใช้สายสะดือของทารกแรกเกิดและหวีของไก่บ้าน มีวิธีอื่นในการสกัด - จากตาของวัว ของเหลวที่เติมโพรงของข้อต่อและถุงข้อ พลาสม่าในเลือด,กระดูกอ่อน หนังหมู
- วิธีจุลินทรีย์จากแบคทีเรียที่เพาะเลี้ยง ผู้ผลิตหลักคือแบคทีเรีย Pasteurellamultocida และ Streptococcus วิธีการเหล่านี้ได้รับการทดสอบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2496 ซึ่งประหยัดกว่าและไม่ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบตามฤดูกาล
ในกรณีแรก วัสดุชีวภาพจะถูกทำลายโดยวิธีการบดและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน จากนั้นกรดจะถูกสกัดในส่วนผสมที่มีเปปไทด์โดยการสัมผัสกับตัวทำละลายอินทรีย์ มวลที่ได้จะถูกบำบัดด้วยเอ็นไซม์หรือโปรตีนจะถูกลบออกโดยการทำให้เสียสภาพด้วยคลอโรฟอร์มหรือส่วนผสมของเอทานอลและอะมิลแอลกอฮอล์ หลังจากนั้นสารจะเข้มข้นบนถ่านกัมมันต์ การทำให้บริสุทธิ์ขั้นสุดท้ายทำได้โดยการแลกเปลี่ยนไอออนโครมาโตกราฟีหรือการตกตะกอนด้วยเซทิลไพริดิเนียมคลอไรด์
การใช้ทางการแพทย์
กรดไฮยาลูโรนิกสำหรับโรคต่อไปนี้:
- จักษุวิทยา – ต้อกระจก; ใช้เป็นสภาพแวดล้อมการผ่าตัดระหว่างการผ่าตัด
- ออร์โธปิดิกส์ - โรคข้อเข่าเสื่อม การป้องกันกระดูกอ่อนจากการถูกทำลาย เช่นเดียวกับการกระตุ้นการฟื้นตัว (เอ็นโดโปรเทซิสของไขข้อ)
- surgery - เสริมเนื้อเยื่ออ่อน ผ่าตัดเอากระดูกอ่อนออก
- ยา - การผลิตยาตามโครงสร้างโพลีเมอร์ของสารประกอบ (เม็ด แคปซูล ครีม เจล ขี้ผึ้ง)
- อุตสาหกรรมอาหาร - โภชนาการการกีฬา
- นรีเวชวิทยา - ต่อต้านการยึดติดกองทุน;
- โรคผิวหนัง - การรักษาแผลไฟไหม้, ความผิดปกติของผิวหนังหลังเกิดลิ่มเลือดอุดตัน
ตามการคาดการณ์ของนักวิทยาศาสตร์ สารนี้จะกลายเป็นยาพื้นฐานสำหรับยากลุ่มใหม่ในการรักษาโรคมะเร็ง
คุณสมบัติอื่นๆ ของกรดก็มีแนวโน้มเช่นกัน:
- ยาต้านจุลชีพ ฤทธิ์ต้านไวรัส (สารประกอบนี้มีฤทธิ์ต้านไวรัสเริมและอื่น ๆ);
- ปรับปรุงจุลภาคในเลือด
- ฤทธิ์ต้านการอักเสบ;
- การกระทำที่ยืดเยื้อ (การละลายทีละน้อยในเนื้อเยื่อของมนุษย์)
วิตามิน
กรดไฮยาลูโรนิกในองค์ประกอบของวิตามินใช้ในรูปแบบของโซเดียมไฮยาลูโรเนตบริสุทธิ์ซึ่งเป็นอะนาล็อก จุดประสงค์หลักของสารนี้คือเพื่อรักษาความอ่อนเยาว์ของผิว ให้ความชุ่มชื้น และรักษาบาดแผล เพื่อปรับปรุงการดูดซึม กรดแอสคอร์บิกถูกนำเข้าสู่องค์ประกอบของวิตามินคอมเพล็กซ์
กำลังอยู่ระหว่างการวิจัยเพื่อพัฒนายาและอาหารเสริมที่มีฤทธิ์ต้านการอักเสบและกระตุ้นภูมิคุ้มกันที่สามารถนำมาใช้ในกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ได้มากมาย
เครื่องสำอาง
ในด้านความงาม สารประกอบนี้ใช้เพื่อแก้ไขการเปลี่ยนแปลงที่เกี่ยวข้องกับอายุ เนื่องจากโครงสร้างของกรดมีความคล้ายคลึงกันในสิ่งมีชีวิตทุกชนิด จึงเหมาะสำหรับใช้เป็นฟิลเลอร์ผิวหนัง (ฉีด) โดยเฉพาะบริเวณรอบดวงตา เพื่อให้สารคงอยู่ในชั้นหนังกำพร้าได้นานขึ้น สารนี้จะถูกดัดแปลงโดยใช้โมเลกุลเชื่อมขวาง(ตัวเชื่อมขวาง). สารตัวเติมแบบเชื่อมขวางนั้นแตกต่างกันในแง่ของความหนืดเจล ความเข้มข้นของกรด และระยะเวลาของการสลายในผิวหนัง
ฉีดเข้าในหรือใต้ผิวหนังในรูปของสารละลายน้ำ 1-3% ช่วยเพิ่มความยืดหยุ่นและความกระชับของเนื้อเยื่อ ริ้วรอยดูเรียบเนียนอย่างเห็นได้ชัด
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ ยังถูกเพิ่มเข้าไปในองค์ประกอบของเครื่องสำอางภายนอก เช่น เจล โฟม ครีม และผลิตภัณฑ์พื้นฐานอื่นๆ กรดไฮยาลูโรนิกในองค์ประกอบเรียกว่ากรดไฮยาลูโรนิก (และโซเดียมไฮยาลูโรเนตคือโซเดียมไฮยาลูโรเนต) ผลิตภัณฑ์เครื่องสำอางประเภทนี้มีคุณสมบัติเช่นเดียวกับสารตัวเติม ป้องกันการก่อตัวของริ้วรอย สิว และช่วยให้ผิวอิ่มน้ำด้วยความชื้น
