El ácido hialurónico es un producto de origen animal, muy utilizado en medicina y cosmetología. Las propiedades de esta sustancia aún no se conocen por completo y su efecto en el cuerpo humano es prometedor para la creación de fármacos de nueva generación. Este compuesto participa activamente en los procesos de embriogénesis, división celular, su diferenciación y movimiento durante la respuesta inmune.
Historial y terminología del descubrimiento
El ácido hialurónico según la fórmula se refiere a los glicosaminoglicanos, cuyas moléculas consisten en unidades repetitivas que no contienen grupos sulfato. Por primera vez se aisló este compuesto de alto peso molecular del cuerpo vítreo de bovinos. Al principio, los científicos asumieron que la sustancia era característica solo de los mamíferos. Sin embargo, en 1937 esto fue refutado: se obtuvo a partir de un medio líquido en el que se cultivó el estreptococo hemolítico. En 1954, en la revista científica general británica Nature, se publicó por primera vezfórmula estructural del ácido hialurónico.
El nombre común de la sustancia está asociado con la historia de su descubrimiento (ing. "hialoide" - vítreo, "ácido urónico" - ácido urónico). En la terminología química internacional, también existe el nombre de "hialuronano", que combina el ácido y sus sales. La fórmula química del ácido hialurónico es: C₂₈H₄₄N₂O₂₃.
Actualmente, el rango de su aplicación es muy amplio: medicina, cosmetología, farmacia. El ácido hialurónico se utiliza como sustancia principal y auxiliar. Las propiedades del compuesto, descubiertas en los últimos años, tienen grandes perspectivas de uso en el futuro, por lo que la demanda de este biopolímero está en constante crecimiento.
Edificio
La fórmula de ácido hialurónico es un polisacárido aniónico típico. Las moléculas están conectadas en largas cadenas lineales. Las sustancias relacionadas, los aminoglicanos de glucosa, tienen una gran cantidad de grupos sulfatados. Esto explica la formación de varios isómeros, compuestos que difieren en la disposición espacial de los átomos. Sus propiedades químicas también difieren. El ácido hialurónico, a diferencia de los glicosaminoglicanos, es siempre químicamente idéntico. Sus propiedades no dependen de los métodos de obtención y del tipo de materiales de origen.
La composición del ácido hialurónico incluye ácido D-glucurónico y N-acetil-D-glicosamina, que están interconectados por un enlace beta-glucosídico y forman sus unidades de disacárido (anillos de glucopiranosa con un peso molecular de aproximadamente 450 Da). Su número en las moléculas de este compuesto puede llegar a 25.000. Debido a esto, el ácido tiene un alto peso molecular (5.000-20.000.000 Da).
La fórmula estructural del fragmento de disacárido del ácido hialurónico se muestra en la siguiente figura.
La composición del ácido contiene áreas hidrofóbicas e hidrofílicas, por lo que este compuesto de alto peso molecular en el espacio parece una cinta retorcida. La combinación de varias cadenas forman una bola de estructura suelta. La capacidad de unir y retener hasta 1000 moléculas de agua es otra característica de la fórmula del ácido hialurónico. La bioquímica de esta sustancia se debe principalmente a su alta higroscopicidad, que asegura la saturación de los tejidos con agua y el mantenimiento del volumen interno.
Propiedades químicas
El ácido hialurónico tiene las siguientes propiedades químicas características:
- formación de un gran número de enlaces de hidrógeno;
- creación de una reacción ácida del medio en soluciones acuosas debido a la presencia de un grupo carboxilo desprotonado;
- formación de sales solubles con metales alcalinos;
- formación en una solución acuosa de una fuerte estructura de gel (pseudogel) que contiene una cantidad significativa de humedad (los complejos de proteínas a menudo precipitan);
- creación de complejos insolubles con metales pesados y colorantes.
Exteriormente, las soluciones acuosas de una sustancia se parecen a la clara de huevo en consistencia. La fórmula estructural del ácido hialurónico te permite tomartiene varias formas, dependiendo del entorno iónico del medio:
- hélice única izquierda;
- estructuras planas multifilamento;
- doble hélice;
- estructuras superenrolladas con una densa red molecular.
La última forma es terciaria y es capaz de absorber una gran cantidad de agua, electrolitos, proteínas de alto peso molecular.
Diferencias en ácido hialurónico de varios orígenes
Como se mencionó anteriormente, la estructura de esta sustancia es muy similar, independientemente de la fuente de su producción. La diferencia entre los ácidos de origen bacteriano y animal es el grado de su polimerización. La fórmula de ácido hialurónico de origen animal es más larga que la forma bacteriana (4,000-6,000 y 10,000-15,000 monómeros respectivamente).
La solubilidad en agua de estas sustancias es la misma y depende principalmente de la presencia de grupos hidroxilo y sal en los residuos de disacáridos. Dado que la estructura química del ácido es inherentemente similar en todos los individuos vivos, esto minimiza el riesgo de reacciones inmunológicas adversas y rechazo cuando se administra a humanos y animales.
Papel en la naturaleza
La ubicación principal del ácido hialurónico es la composición de la matriz intercelular (o extracelular) de los tejidos de los mamíferos. Como muestran los estudios científicos, también está presente en las cápsulas de algunas bacterias: estreptococos, estafilococos y otros microorganismos parásitos. La síntesis del compuesto también ocurre en el cuerpo de animales invertebrados (protozoos,artrópodos, equinodermos, gusanos).
Los científicos sugieren que la capacidad de producir ácido hialurónico en las bacterias ha evolucionado para aumentar sus propiedades virulentas en el organismo huésped. Debido a su presencia, los microorganismos pueden penetrar fácilmente en la piel y colonizarla. Estas bacterias parásitas pueden neutralizar la respuesta inmunitaria del huésped y provocar el desarrollo de un proceso inflamatorio más activo que otras cepas de microbios.
El ácido hialurónico es producido por proteínas que están incrustadas en la pared celular o en las membranas de los orgánulos intracelulares. La mayor concentración de una sustancia en el cuerpo humano se observa en el líquido que llena la cavidad de las articulaciones, en el cordón umbilical, el cuerpo vítreo del ojo y la piel.
Metabolismo
La síntesis del ácido hialurónico tiene lugar en forma de reacciones enzimáticas en 3 etapas:
- Glucosa-6-fosfato – glucosa-1-fosfato (glucosa fosforilada) – UDP-glucosa – ácido glucurónico.
- Aminoazúcar – Glucosamina-6-fosfato – N-acetilglucosamina-1-fosfato – UDP-N-acetilglucosamina-1-fosfato.
- Reacción de la glucósido transferasa en la que interviene la enzima hialuronato sintetasa.
Aproximadamente 5 g de esta sustancia se producen y descomponen en el cuerpo humano por día. La cantidad total de ácido es de aproximadamente siete milésimas de un por ciento en peso. En los vertebrados, la síntesis de ácido se produce bajo la influencia de 3 tipos de proteínas enzimáticas (hialuronato sintetasas). Son metaloproteínas compuestas por cationes metálicos y glucósidos fosfatos. Las hialuronato sintetasas son las únicas enzimascatalizando la producción de ácido.
El proceso de destrucción de las moléculas de C₂₈H₄₄N₂O₂₃ ocurre bajo la acción de las enzimas líticas hialuronanas. En el cuerpo humano, hay al menos siete de ellos, y algunos de ellos suprimen los procesos de formación de tumores. Los productos de descomposición del ácido hialurónico son los oligo y polisacáridos, que estimulan la formación de nuevos vasos sanguíneos.
Funciones en el cuerpo humano
El colágeno y el ácido hialurónico en la composición de la piel humana son las sustancias más valiosas de las que depende la elasticidad y tersura de la dermis. C₂₈H₄₄N₂O₂₃ realiza las siguientes funciones:
- preservación del agua, que asegura la elasticidad de la piel y su turgencia;
- crear el grado requerido de viscosidad del líquido intersticial;
- participación en la reproducción de las principales células inmunocompetentes de la epidermis;
- apoyar el crecimiento y la reparación de la piel dañada;
- fortalecimiento de las fibras de colágeno;
- fortalecimiento de la inmunidad local;
- protección contra radicales libres, agentes químicos y biológicos.
La mayor concentración de esta sustancia se observa en la piel del embrión. Con el envejecimiento, la mayor parte del ácido se une a las proteínas, lo que reduce el nivel de hidratación de la piel. La capacidad de autorregular el metabolismo se reduce especialmente en personas mayores de 50 años.
También se han determinado las siguientes propiedades del ácido hialurónico en el líquido sinovial:
- formaciónestructura homogénea para contener un componente específico del cartílago - sulfato de condroitina;
- fortalecimiento de la estructura de colágeno del cartílago;
- proporcionando lubricación a las partes móviles de las articulaciones, reduciendo su desgaste.
La función biológica de las moléculas de ácido difiere según su peso molecular. Por lo tanto, los compuestos que contienen hasta 1500 monómeros tienen un efecto antiinflamatorio y participan activamente en la construcción de la red de colágeno. Los polímeros con una cadena de hasta 2000 monómeros desempeñan un papel en el mantenimiento del equilibrio hídrico, y los compuestos de alto peso molecular tienen las propiedades antioxidantes más pronunciadas.
El ácido hialurónico también participa en la formación y el desarrollo del embrión, en el control de la movilidad celular: la migración celular de un lugar a otro, en algunas interacciones con los receptores celulares de superficie.
Recibir
Hay 2 grupos principales de formas de obtener una sustancia:
- Físico-química (extracción de tejidos de mamíferos, vertebrados y aves). Dado que las materias primas animales a menudo contienen ácido en combinación con proteínas y otros polisacáridos, se requiere una purificación exhaustiva del producto resultante, lo que afecta el costo del fármaco final. Para obtener ácido a escala industrial se utiliza el cordón umbilical de los recién nacidos y los panales de las gallinas domésticas. Hay otros métodos de extracción: de los ojos del ganado, el líquido que llena las cavidades de las articulaciones y las bolsas articulares; plasma sanguíneo,cartílago, piel de cerdo.
- Métodos microbianos basados en bacterias cultivadas. Los principales productores son las bacterias Pasteurellamultocida y Streptococcus. Estos métodos se probaron por primera vez en 1953. Son más económicos y tampoco dependen del suministro estacional de materias primas.
En el primer caso, los materiales biológicos se destruyen mediante métodos de molienda y homogeneización, y luego se extrae el ácido en una mezcla con péptidos mediante la exposición a solventes orgánicos. La masa resultante se trata con enzimas o se eliminan las proteínas por desnaturalización con cloroformo o una mezcla de etanol y alcohol amílico. Después de eso, la sustancia se concentra en carbón activado. La purificación final se realiza mediante cromatografía de intercambio iónico o precipitación con cloruro de cetilpiridinio.
Uso médico
El ácido hialurónico se utiliza para las siguientes patologías:
- oftalmología – catarata; utilizar como entorno quirúrgico durante las operaciones;
- ortopedia - osteoartritis, protección del cartílago articular de la destrucción, así como para estimular su recuperación (endoprótesis de líquido sinovial);
- cirugía: aumento de tejido blando, operaciones con escisión extensa de cartílago;
- productos farmacéuticos: producción de medicamentos basados en la estructura polimérica del compuesto (tabletas, cápsulas, cremas, geles, ungüentos);
- industria alimentaria - nutrición deportiva;
- ginecología - antiadherenciafondos;
- dermatología: tratamiento de quemaduras, trastornos cutáneos tróficos postrombóticos.
Según las previsiones de los científicos, esta sustancia puede convertirse en la base de un nuevo grupo de fármacos para el tratamiento del cáncer.
Otras propiedades del ácido también son prometedoras:
- efecto antimicrobiano, antiviral (el compuesto es activo contra el virus del herpes y otros);
- mejora de la microcirculación sanguínea;
- efecto antiinflamatorio;
- acción prolongada (disolución gradual en tejidos humanos).
Vitaminas
El ácido hialurónico en la composición de las vitaminas se utiliza en forma de hialuronato de sodio purificado, que es su análogo. El objetivo principal de la sustancia es preservar la juventud de la piel, hidratarla y curar heridas. Para mejorar la absorción, se introduce ácido ascórbico en la composición de los complejos vitamínicos.
También se están realizando investigaciones para desarrollar medicamentos y suplementos dietéticos con efectos antiinflamatorios e inmunomoduladores que puedan usarse en muchas áreas de la actividad humana.
Cosmetología
En cosmetología, este compuesto se usa para corregir los cambios relacionados con la edad. Debido al hecho de que la estructura del ácido es similar en todos los organismos vivos, es adecuado para su uso como relleno dérmico (inyección), especialmente alrededor de los ojos. Para que la sustancia permanezca más tiempo en la epidermis, se modifica con la ayuda de moléculas de enlace cruzado.(entrecruzadores). Los rellenos reticulados difieren entre sí en términos de viscosidad del gel, concentración de ácido y duración de la reabsorción en la piel.
Las inyecciones se administran por vía intra o subcutánea en forma de una solución acuosa al 1-3%. Esto ayuda a aumentar la elasticidad y firmeza de los tejidos, un alisado notable de las arrugas.
C₂₈H₄₄N₂O₂₃ también se agrega a la composición de cosméticos externos: geles, espumas, cremas y otros productos básicos. El ácido hialurónico en la composición se denomina ácido hialurónico (y el hialuronato de sodio es hialuronato de sodio). Este tipo de producto cosmético tiene las mismas propiedades que los rellenos: previene la formación de arrugas, acné y ayuda a saturar la piel con humedad.
