Гиалуроновая кислота в фармацевтике — обзорная информация

Что такое гиалуроновая кислота?

Гиалуроновая кислота (ГК) представляет собой природный полисахарид, который играет ключевую роль в организме человека. Она содержится в соединительных, эпителиальных и нервных тканях, являясь важным компонентом внеклеточного матрикса. Основное свойство гиалуроновой кислоты — способность притягивать и удерживать влагу, что обеспечивает необходимый уровень увлажнения тканей.

Гиалуроновая кислота играет важную роль в поддержании водного баланса кожи, составляя около 50% от всей гиалуроновой кислоты в организме. В дерме она регулирует осмотическое давлениеОсмотическое давление — это давление, которое необходимо приложить к раствору, чтобы предотвратить процесс осмоса, то есть самопроизвольное перемещение молекул растворителя через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворённых веществ в область с большей концентрацией.Подробнее, поток ионов, а также действует как фильтр, исключая определённые молекулы. Это помогает стабилизировать структуры кожи за счёт электростатических взаимодействий.

Кроме того, гиалуроновая кислота способствует клеточной пролиферацииКлеточная пролиферация — это процесс размножения клеток путём деления, при котором из одной клетки образуются две дочерние. Этот механизм играет ключевую роль в росте, развитии, регенерации тканей и поддержании гомеостаза организма.Подробнее и миграции, что важно для регенерации тканей. Она также участвует в процессах, связанных с прогрессированием злокачественных опухолей, что подчеркивает её значимость не только в косметологии, но и в медицине.

Однако эффективность гиалуроновой кислоты зависит от её молекулярной массы и концентрации. Существует два основных типа гиалуроновой кислоты: высокомолекулярная и низкомолекулярная, каждая из которых имеет свои уникальные свойства и применение.

Высокомолекулярная гиалуроновая кислота состоит из больших молекул, которые трудно проникают в кожу. Однако на поверхности кожи она создаёт защитную плёнку, которая удерживает влагу и делает кожу более увлажнённой. Такая кислота удерживает и поглощает воды больше, чем другие виды гиалуроновой кислоты.

В медицине она используется для улучшения увлажнения кожи, но из-за своих размеров не применяется в косметических средствах, проникающих в глубь кожи.

Низкомолекулярная гиалуроновая кислота имеет меньшую молекулярную массу, что позволяет ей легче проникать в верхние слои эпидермиса и достигать более глубоких слоев кожи. Она стимулирует производство коллагена, уменьшает воспаление и способствует быстрому восстановлению кожи.

Этот вид гиалуроновой кислоты широко используется в косметологических продуктах, направленных на глубокое увлажнение и восстановление кожного покрова.

Таким образом, гиалуроновая кислота является многофункциональным компонентом, который нашёл широкое применение в различных областях фармацевтики, медицины и косметологии.

Получение гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота (ГК) — важный компонент, естественно вырабатываемый в организме, играющий ключевую роль в поддержании увлажненности и эластичности кожи.

Однако с возрастом её синтез в организме замедляется, что требует дополнительного поступления гиалуроновой кислоты извне. Существует два основных метода получения гиалуроновой кислоты: физико-химический и микробный.

Физико-химический способ получения ГК: экстракция из животного сырья

Экстракция гиалуроновой кислоты (ГК) из животного сырья — это сложный процесс, включающий несколько этапов, направленных на извлечение и очистку этого ценного биополимера. Гиалуроновая кислота встречается в различных тканях млекопитающих и птиц, и её содержание и молекулярная масса могут значительно варьировать в зависимости от источника.

На сегодняшний день промышленное получение гиалуроновой кислоты чаще всего осуществляется из пупочных канатиков новорождённых и гребней кур. Однако существуют и другие методы, включающие экстракцию из стекловидного тела глаз крупного рогатого скота, синовиальной жидкости, суставных сумок, свиной кожи, плазмы крови и хрящевой ткани.

Этапы выделения гиалуроновой кислоты:

1. Подготовка сырья. Процесс начинается с предварительного разрушения органов и тканей, содержащих гиалуроновую кислоту, а также разрушения белково-углеводных комплексов. Для этого используются методы измельчения и гомогенизацииГомогенизация — это процесс механического смешивания компонентов до состояния однородной массы, при котором размер частиц или капель уменьшается и равномерно распределяется по всему объёму смеси. Этот метод широко применяется в фармацевтической, пищевой и косметической промышленности для создания устойчивых эмульсий, суспензий и других гомогенных систем.Подробнее, которые помогают получить однородный гомогенат.
2. Экстракция. Гомогенат подвергается экстракции с использованием водно-органических растворителей. На этом этапе важно эффективно извлечь гиалуроновую кислоту из комплекса с белками и другими полисахаридами. Для этого могут использоваться смеси ацетона с хлороформом, вода или водно-спиртовые растворы.
3. Очистка. Для удаления ковалентно-связанных примесей пептидов применяют ферментативный протеолиз с использованием протеаз, таких как папаин, или химическую денатурацию с помощью хлороформа или амилового спирта с этанолом. Затем для очистки от примесей мукополисахаридов используются методы осаждения с хлоридом цетилпиридиния или ионообменная хроматография.
4. Дополнительная очистка. Для окончательной очистки гиалуроновой кислоты применяется адсорбция на активированном угле и электродиализ. Эти методы помогают избавиться от оставшихся примесей и получить высокочистую гиалуроновую кислоту.

Наибольшее распространение получил метод экстракции гиалуроновой кислоты из петушиных гребней, благодаря доступности сырья и высокому содержанию биополимера. Экстракция из гребней производится смесью ацетона с хлороформом для удаления белков, а затем — водой или водно-спиртовыми смесями для самой экстракции.

Окончательная очистка включает сорбцию на активированном угле, электрофорез или использование ионообменных смол.

Микробный синтез: продуценты гиалуроновой кислоты

Микробный синтез гиалуроновой кислоты (ГК) представляет собой экономически выгодную и технологически продвинутую альтернативу традиционным методам, основанным на использовании животного сырья. Этот метод позволяет значительно сократить производственные издержки, устранить зависимость от сезонных поставок и обеспечить масштабируемое производство высококачественного продукта.

Основное преимущество микробного синтеза заключается в возможности получения гиалуроновой кислоты высокой степени очистки, которая не содержит примесей и обладает низкой аллергенностью. Это особенно важно для медицинских и косметологических приложений, где качество и безопасность продукта имеют первостепенное значение.

Исследования в области микробного синтеза выявили способность некоторых бактерий к синтезу гиалуроновой кислоты. К основным продуцентам ГК относятся капсулообразующие бактерии родов Streptococcus и Pasteurella. Эти бактерии культивируются на питательных средах определённого состава в строго контролируемых условиях, что позволяет получить искомый биополимер.

Гиалуроновая кислота в фармацевтике: Свойства и применение

Вебинар по теме

Елена Дурова,
эксперт компании Solopharm

Требования к штаммам-продуцентам:

1. Отсутствие патогенности и гемолитической активности. Штаммы не должны вызывать заболеваний и разрушать эритроциты, что обеспечивает безопасность конечного продукта.
2. Способность к синтезу высокомолекулярной гиалуроновой кислоты. Высокомолекулярные формы ГК имеют лучшие увлажняющие свойства.
3. Большие размеры капсул с высоким содержанием биополимера. Капсулы должны легко отделяться, что облегчает процесс экстракции.
4. Отсутствие гиалуронидазной активности. Это предотвращает разрушение гиалуроновой кислоты и обеспечивает высокий выход продукта.
5. Высокая способность к росту и эффективное использование субстрата. Штаммы должны быстро расти и полноценно использовать питательные вещества.
6. Стабильность физиолого-биохимических свойств. Штаммы должны сохранять свои свойства на протяжении длительного времени.

Одним из наиболее успешных штаммов-продуцентов является Streptococcus equi subsp. equi и Streptococcus equi subsp. zooepidemicus. Эти штаммы были модифицированы для устранения внеклеточных белков, что повышает выход гиалуроновой кислоты. Модификации включают химический и УФ-индуцированный мутагенез, а также ненаправленный мутагенез с последующей селекцией.

Кроме того, ведутся работы по созданию генно-инженерных штаммов. Например, штаммы Bacillus subtilis показали высокие результаты выхода гиалуроновой кислоты при росте на сложных ферментированных средах. Эти штаммы обеспечивают стабильное и высокое производство гиалуроновой кислоты, что делает их перспективными для коммерческого использования.

Таким образом, микробный синтез гиалуроновой кислоты с использованием специально отобранных и модифицированных штаммов бактерий представляет собой эффективный и устойчивый метод получения этого важного биополимера. Он открывает новые возможности для производства гиалуроновой кислоты в больших масштабах, что удовлетворяет растущий спрос в фармацевтической и косметической промышленности.

Применение гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота была открыта несколько десятилетий назад и с тех пор нашла широкое применение благодаря своим уникальным свойствам. Первоначально препараты на основе гиалуроновой кислоты разрабатывались для наружного применения, чтобы улучшить регенеративные и барьерные функции кожи. Однако производство гиалуроновой кислоты из животного сырья требовало тщательной очистки от примесей, что увеличивало себестоимость и ограничивало её использование.

Со временем рост знаний о свойствах гиалуроновой кислоты и внедрение биотехнологических методов микробного синтеза позволили существенно снизить себестоимость её производства. Это открыло новые возможности для применения гиалуроновой кислоты в различных областях, включая медицину, фармацевтику, космецевтику и пищевую промышленность.

Гиалуроновая кислота в медицине

Гиалуроновая кислота находит широкое применение в различных областях медицины благодаря своим антимикробным, регенерирующим и противовирусным свойствам.

Терапия кожных поражений. Изначально гиалуроновая кислота использовалась для создания препаратов против ожогов. Благодаря своим регенерирующим свойствам, она активно применяется при терапии трофических нарушений кожного эпителия, в том числе посттромботического генеза. Препараты на основе ГК способствуют ускоренному заживлению ран, восстановлению кожного покрова и уменьшению риска инфекций.

Противовирусное действие. Гиалуронат обладает способностью повышать активность интерферона, что обеспечивает выраженное противовирусное действие. Препараты на основе гиалуроновой кислоты доказали свою высокую эффективность в отношении вируса герпеса и некоторых других вирусов, что делает их ценным средством в лечении вирусных инфекций.

Лечение остеоартрита. FDA одобрило использование гиалуроновой кислоты для лечения остеоартрита коленного сустава с помощью внутрисуставных инъекций. Несмотря на первоначальные сомнения относительно эффективности этих инъекций, мета-анализ, проведённый в 2020 году, показал, что высокомолекулярная гиалуроновая кислота уменьшает боль и улучшает функции суставов у пациентов с остеоартритом. Это открытие поддержало широкое применение гиалуроновой кислоты в ревматологии.

В качестве примера можно привести средство для внутрисуставного введения «Армавискон^® Platinum» — протез синовиальной жидкости сустава. Используется при наличии дегенеративных изменений поверхности синовиального хряща и помогает улучшить подвижность суставов, снизить болевой синдром и воспалительные реакции, восстановить гомеостаз в хряще. Как правило, при остеоартрозе присутствует дефицит и качественные изменения гиалуроновой кислоты, входящей в состав синовиальной жидкости и хряща. Внутрисуставное введение ГК позволяет улучшить функциональное состояние сустава.

Защита тканей при облучении. В онкологии гиалуроновая кислота используется для защиты здоровых тканей при облучении, например, при лечении рака предстательной железы. Гиалуронат помогает отделить облучаемые ткани от здоровых, минимизируя побочные эффекты радиотерапии и улучшая качество жизни пациентов.

Офтальмология. Гиалуроновая кислота может использоваться при изготовлении капель для глаз. В этом случае она помогает создать защитную увлажняющую плёнку на поверхности глаза, обеспечить длительное увлажнение тканей и транспортировку кислорода. ГК помогает избавиться от сухости и раздражения глаз. По этой причине она входит в состав линейки увлажняющих капель «Гилан» компании Solopharm.

Гиалуроновая кислота зарекомендовала себя как эффективное средство в медицине, обладающее множеством терапевтических свойств. Её применение охватывает широкий спектр медицинских областей, от дерматологии и ревматологии до офтальмологии и онкологии. Благодаря продолжающимся исследованиям и инновациям, гиалуроновая кислота остаётся важным компонентом в лечении и восстановлении здоровья пациентов.

Отоларингология. Гиалуроновая кислота может использовать в препаратах от ринита. В этом случае она может усиливать муколитическое действие ацетилцистеина, увлажнять и защищать слизистую носа. Многие средства наоборот, приводят к пересыханию слизистой, в то время как средства с гиалуроновой кислотой позволяют сделать лечение более комфортным и безопасным. «Риностейн^®» от компании Solopharm содержит в составе ГК.

Это не все направления, где используется ГК. Например, компания Solopharm производит раствор для промывания контактных линз «АкваОптик», в состав которого входит гиалуроновая кислота.

Гиалуроновая кислота в косметологии

Гиалуроновая кислота (ГК) играет важнейшую роль в современной косметологии благодаря своим уникальным свойствам. Основываясь на способности гиалуроната и его солей задерживать воду в межклеточном пространстве, косметологические процедуры с использованием гиалуроновой кислоты направлены на увлажнение, восстановление эластичности и улучшение общего состояния кожи.

Инъекции гиалуроновой кислоты. В последние годы стали особенно популярны инъекции 1-3% водного раствора гиалуроновой кислоты для внутри- или подкожного введения. Эти инъекции повышают эластичность и упругость тканей, возвращая коже молодость и красоту. Гиалуроновая кислота в виде водного геля способствует не только улучшению текстуры кожи, но и ускоряет заживление микроповреждений, оказывая противовоспалительное и иммуномодулирующее действие.

Дермальные филлеры. Гиалуроновая кислота является идеальным компонентом для филлеров благодаря своей способности связывать большое количество воды и отсутствию склонности вызывать нежелательные реакции. Филлеры представляют собой однородные монофазные гели гиалуроновой кислоты неживотного происхождения. Они используются для уменьшения глубины морщин, носогубных складок и складок в уголках рта, а также для придания дополнительного объёма лицу в области скул, щек и губ.

Кремы и гели на основе гиалуроновой кислоты. Высокомолекулярная гиалуроновая кислота широко используется в составе комбинированных кремов и гелей для наружного применения. Эти продукты направлены на восстановление реологических свойств кожи, что помогает предотвратить образование морщин, прыщей и других возрастных изменений. Применение таких кремов и гелей обеспечивает длительное увлажнение кожи, улучшая её внешний вид и структуру.

Формы применения гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота (ГК) широко используется в различных формах, что позволяет максимально эффективно использовать её полезные свойства для организма. Ниже представлены основные способы применения гиалуроновой кислоты.

Пероральные средства. Гиалуроновая кислота доступна в виде добавок, таблеток и жидких составов. Пероральный прием ГК помогает улучшить состояние кожи и волос, а также избавляет от болей в суставах. Такие средства могут быть как монопрепаратами, так и частью комбинированных добавок, доступных в свободной продаже и по рецепту.

Средства для нанесения на кожу. Косметическая промышленность предлагает множество продуктов на основе гиалуроновой кислоты: шампуни, лосьоны, кремы, гели, мази, пластыри и сыворотки. Эти средства предназначены для увлажнения кожи, борьбы с морщинами и преждевременным старением. Порошковая форма гиалуроновой кислоты также доступна для самостоятельного приготовления сывороток.

Глазные капли. Гиалуроновая кислота активно используется в глазных каплях для борьбы с сухостью глаз. В аптеке можно найти множество таких капель, которые увлажняют роговицу и снимают дискомфорт.

Средства для интимного ухода. Гели, кремы и лубриканты на основе гиалуроновой кислоты помогают бороться с чрезмерной сухостью слизистой. Такие средства особенно необходимы женщинам после наступления менопаузы, обеспечивая комфорт и здоровье интимной зоны.

Инъекции. Гиалуроновую кислоту вводят непосредственно в суставную сумку или внутривенно в составе комплексного лечения. Инъекции ГК помогают при лечении остеоартрита и других суставных заболеваний. Также гиалуроновая кислота применяется для лечения интерстициального цистита.

Подкожные инъекции. Подкожные инъекции гиалуроновой кислоты используются в косметологии для улучшения состояния кожи, разглаживания морщин, коррекции формы губ и устранения шрамов. Эти процедуры хорошо переносятся организмом и дают быстрые результаты.

Препараты для носа. Гиалуроновая кислота используется в назальных каплях и ингаляциях с помощью небулайзера. В такой форме она эффективно увлажняет слизистую оболочку носа и улучшает общее состояние дыхательных путей.

Выводы

• Гиалуроновая кислота играет важную роль в медицине, фармацевтике, космецевтике и пищевой промышленности.
• Микробный синтез гиалуроновой кислоты с использованием специально отобранных и модифицированных штаммов бактерий является наиболее эффективным и устойчивым методом получения биополимера.
• Гиалуроновая кислота находит широкое применение в медицине благодаря своим антимикробным, регенерирующим и противовирусным свойствам.
• В косметологии гиалуроновая кислота играет важную роль благодаря своим уникальным свойствам, направленным на увлажнение, восстановление эластичности и улучшение общего состояния кожи.
• Гиалуроновая кислота доступна в различных формах, включая пероральные средства, средства для нанесения на кожу, глазные капли, средства для интимного ухода, инъекции и препараты для носа.