Гиалуроновая кислота

Гиалуроновая кислота (также известная как гиалуронан) — полисахарид (а именно, глюкозаминогликан), состоящий из повторяющихся остатков D-глюкуроновой кислоты и D-N-ацетилглюкозамин-дисахарида. Как правило, карбоксильная группа (-COOH) D-глюкуроновой кислоты превращается в ее натриевую соль, и образуются дисахаридные остатки, соединенные между собой бета-1,4-гликозидной связью. В более широком смысле эти дисахаридные остатки можно рассматривать как «мономеры» — молекулы с небольшой массой, химически связанные с такими же или другими мономерами в макромолекулу или «полимер». Мономеры дисахарида связаны между собой в линейную цепь полимера ГК бета-1,4-гликозидными связями. Каждый дисахаридный мономер имеет молекулярную массу приблизительно 400 Да. Число дисахаридных повторов (n) в цепи полимера ГК может составлять 25 000 и более, и тогда общая молекулярная масса полимера достигает приблизительно 10 МДа.

ГК — неотъемлемый естественный биополимерный компонент межклеточного вещества всех взрослых животных тканей. Частым заблуждением, касающимся ГК, является представление о том, что ее структура различается в зависимости от источника происхождения: животного или бактериального. Строение основной структурной единицы ГК — то есть мономера, из которого состоит полимерная цепь — одинаковое, вне зависимости от источника происхождения. Главным различием ГК животной и бактериальной природы является длина (степень полимеризации n, или молекулярный вес) конечной цепи полимера.

• Полимерная цепь ГК бактериального происхождения, как правило, короче и состоит примерно из 4 000-6 000 мономеров, что соответствует средней молекулярной массе 1,5-2,5 МДа.
• Цепи ГК животного происхождения состоят из 10 000–15 000 мономеров, что соответствует средней молекулярной массе 4-6 МДа (рисунок 2).

Гиалуроновая кислота — высоко гидрофильное вещество, поэтому она является основой межклеточного матрикса. ГК создает комфортные условия для жизнедеятельности клеток и обеспечивает возможность их перемещения. Она может на своей поверхности фиксировать нековалентными связями другие молекулы. Фактически она удерживает на себе витамины, микроэлементы, питательные и энергетические молекулы. От третичной структуры зависит проницаемость матрикса на основе ГК, поэтому она является фильтрующей частью всех базальных мембран.

ГК как бактериального, так и животного происхождения — хорошо растворимый в воде полимер, быстро образующий вязкий прозрачный раствор. Растворимость ГК в воде связана с множеством факторов, однако главным образом — с наличием в составе каждого дисахаридного остатка 4-х гидроксильных (-OH) и одной «солевой» (–COO-Na+) группы. Гидроксильная группа способна участвовать в образовании водородных связей с водой, что стабилизирует растворенное состояние. Кроме того, солевая группа в воде диссоциируется с высвобождением свободной энергии, которая возникает из энергии растворения результирующих ионов –СОО- и Na+ и увеличения энтропии высвобождающихся ионов натрия (Na+). В сумме все эти эффекты приводят к тому, что ГК полностью растворяется в воде. Благодаря тому, что химическая структура ГК одинакова у всех особей, вероятность иммунологических реакций и отторжения имплантата незначительна, и это делает ГК крайне подходящим веществом для использования в качестве дермального филлера.

ГК классифицируют по размеру:

• низкомолекулярная ГК (100-350 тыс. Да);
• среднемолекулярная ГК (350 тыс. — 1 млн. Да);
• высокомолекулярная ГК (свыше 1 млн. Да).

Низкомолекулярная ГК стимулирует пролиферацию фибробластов и их подвижность, а также синтез ГК.

Высокомолекулярная ГК формирует периклеточное пальто фибробласта и межклеточный матрикс. Она имеет противовоспалительное действие, тормозит пролиферацию фибробластов и их подвижность.

Среднемолекулярная ГК — промежуточная форма деградации высокомолекулярной гиалуроновой кислоты. Она играет важную роль в детоксикации организма. Связывая на себе токсины и антигены, она дренируется через лимфатические сосуды и движется током лимфы. Антигены фильтруются в лимфоузлах и доставляются клеткам иммунной системы. Токсины импортируются в печень. Нужно отметить, что гиалуроновая кислота не только безопасно доставляет токсины в печень, но и транспортирует главный субстрат для детоксикации — глюкуроновую кислоту. Процесс глюкуронизации составляет 40% детоксикации организма.

Попытки найти филлеры, которые бы не требовали постановки аллергических проб и действовали бы, по возможности, дольше, чем препараты коллагена, привели к созданию веществ на основе гиалуроновой кислоты. Первый препарат на основе ГК был одобрен для применения в США в декабре 2003 года и вскоре после этого на рынке появились и другие филлеры, содержащие ГК.

ГК обладает свойствами, которые делают ее крайне подходящей для использования в качестве дермального филлера: так, она способна связывать большое количество воды, присутствует в коже в естественных условиях и не склонна вызывать нежелательные реакции. Несмотря на эти общие черты, все дермальные филлеры на основе ГК отличаются друг от друга. Они содержат разные молекулы-сшивки (перекрестные связыватели, кросслинкеры), отличаются степенью перекрестного связывания, твердостью геля, вязкостью, силой выдавливания, консистенцией геля, общей концентрацией ГК (количеством ГК в 1 мл конечного продукта) и продолжительностью сохранения в коже.

Для того чтобы изготовить препарат, который может быть использован в качестве дермального филлера, ГК необходимо подвергнуть ряду химических модификаций и нескольким этапам обработки. Исходный полимер ГК, используемый для производства дермальных филлеров, обычно поставляется изготовителю в виде сухого порошка. При смешивании этого порошка с водой образуется вязкая жидкость, которая по внешнему виду и консистенции напоминает яичный белок. Чем больше порошка ГК добавляется к заданному объему воды, тем более густым и вязким получается раствор. Этот раствор носит название свободной, или перекрестно не связанной, или немодифицированной ГК. Если бы в качестве дермального филлера использовался он, то продукт исчезал бы из точки инъекции очень быстро (менее чем за неделю). Это является следствием очень ограниченного периода сохранения немодифицированной ГК в коже, так как организм крайне быстро разрушает цепи ГК, которые не связаны перекрестно с образованием геля. Ферменты, например, гиалуронидаза и свободные радикалы, в естественных условиях присутствующие в коже, быстро расщепляют перекрестно не связанные полимеры ГК, одномоментно взаимодействуя с большой поверхностью вещества. Как следствие, период полужизни ГК в ткани, где она растворяется в воде, составляет 1-2 дня, после чего осуществляется ее ферментативное расщепление в печени на воду и диоксид углерода. Таким образом, раствор перекрестно не связанной ГК не сохраняется в точке инъекции, что требуется от дермального филлера.

Для того чтобы преодолеть недостаточно длительное сохранение перекрестно не связанной ГК в ткани, производители дермальных филлеров используют молекулы сшивки (кросслинкеры). Молекулы-сшивки связывают цепи ГК между собой, создавая полимерную «сеть» и превращая вязкий раствор в гель. В связи с тем, что полимерный каркас геля содержит множество химических связей, ферменты и свободные радикалы могут одномоментно взаимодействовать лишь с ограниченными по площади участками. Кроме того, в связи с большими размерами полученной структуры, ферменты с трудом проникают в гелевую сеть, что, в конечном итоге, вносит дополнительный вклад в замедление процесса расщепления. С клинической точки зрения это означает, что гель на основе ГК дольше сохраняется в коже в качестве дермального филлера. В дермальных филлерах на основе ГК, представленных на рынке, в качестве молекул-сшивок используются два вещества: 1,4-бутандиол-диглицидиловый эфир (BDDE) и дивинилсульфон (DVS). Оба вещества реагируют с гидроксильными группами цепей ГК и одинаково эффективно замедляют ферментную и свободнорадикальную деградацию дермальных филлеров после их введения в кожу.

Степень перекрестного связывания указывает, какая доля мономерных дисахаридных остатков в цепи ГК связана с молекулами-сшивками. Так, говоря о том, что степень перекрестного связывания в дермальном филлере составляет 4%, подразумевают, что на каждые 100 дисахаридных остатков в полимерной цепи ГК приходится, в среднем, 4 молекулы-сшивки. При неизменности других параметров справедливо правило, что чем больше степень перекрестного связывания, тем тверже гель.

Говоря о степени перекрестного связывания, необходимо понимать, что многие дермальные филлеры на основе ГК состоят как из перекрестно-связанных, так и перекрестно не связанных фаз.

По определению, степень перекрестного связывания характеризует только ту долю ГК, которая действительно вступила в реакцию. Именно перекрестно связанная ГК обеспечивает волюмизирующий эффект дермального филлера в коже, в то время как перекрестно не связанная ГК выводится из организма за несколько дней. При прочих равных факторах для дермальных филлеров на основе ГК справедливо правило, что большая степень перекрестного связывания клинически проявляется более длительным сохранением филлера в коже. В то же время существует пока еще точно не определенное пороговое значение степени перекрестного связывания, при превышении которого степень гидрофильности (сродства к воде) полимерных цепей ГК, а, следовательно, и лифтинговый потенциал геля, могут снизиться. Кроме того, превышение этого порогового значения может изменить биосовместимость продукта и вызвать иммунную реакцию на введенный гель ГК: вместо того, чтобы постепенно расщеплять его, организм может начать отторжение геля, что вызовет нежелательные реакции, например, инкапсуляцию и формирование гранулемы или стерильного абсцесса. Принимая во внимание вышеперечисленное, производители дермальных филлеров стараются не приближаться к этому пороговому значению и добиваются баланса между той степенью перекрестного связывания полимерных цепей ГК, которая позволила бы добиться длительного сохранения эффекта, в тоже время гарантируя отсутствие каких-либо нежелательных явлений, в частности реакции отторжения.