Trochu teorie

Kyselina hyaluronová, přírodní léčba nejen pro omlazení pokožky

Miloš BERAN

Informace o autorovi článku

Miloš Beran vede skupinu Nanotechnologií v Národním centru zemědělského a potravinářského výzkumu. Byl hlavním řešitelem řady vědeckých projektů v oblastech potravinářství, biotechnologií, enzymologie, či tkáňového inženýrství. Je spoluzakladatelem úspěšných start-up firem. V současné době se věnuje zejména vývoji pokročilých materiálů a technologií. Kromě řady publikací je autorem více než 70 užitných vzorů a 21 patentů.

 Název Hyalogos jsme pro naši společnost nezvolili náhodou. Slovo LOGOS uvedl do filosofie Hérakleitos z Efesu, který jím mínil společný řád vesmíru, jejž člověk myšlením pouze odhaluje a odkrývá. Při studiu odborné literatury o kyselině hyaluronové (dále KH) jsem si uvědomil, jak komplexní „vesmír“ s nesčetnými strukturálními, ale i metabolickými (týkajícími se energetické a látkové přeměny) a signalizačními funkcemi, které teprve věda začíná objevovat, tato molekula v našem těle ve skutečnosti vytváří. 

KH patří do skupiny látek souhrnně označovaných jako mukopolysacharidy (slizniční polysacharidy), či glykosaminoglykany, (patří sem třeba také i chondroitin sulfát, nebo heparin), tedy polysacharidů (složených cukrů s dlouhým řetězcem) jejichž struktura obsahuje mimo jednoduchých cukrů také tzv. aminocukry. V případě KH jsou těmito základními stavebními prvky (můžete si je představit jako korálky na niti složené „polymerní“ molekuly) kyselina glukuronová a N-acetylglukosamin. KH se často vyskytuje také ve formě solí, tzv. hyaluronátů, s navázanými sodíkovými, případně jinými ionty.

Naše tělo obsahuje přibližně 15 g molekuly KH, která je společně s dalšími slizničními polysacharidy rozptýlena zejména v epiteliálních, pojivových a nervových tkáních. Vzhledem ke schopnosti molekuly KH vázat na sebe velké množství vody za tvorby tzv. hydrogelu, tedy husté viskózní kapaliny připomínající svými fyzikálními vlastnostmi med, to však představuje s navázanou vodou objem minimálně několika stovek mililitrů. Můžete si to představit jako velké chaoticky propletené klubíčko dlouhého řetězce KH v podobě dvoušroubovice, připomínající strukturu DNA, které se postupně rozpíná a zvětšuje svou velikost, jak se postupně naplňuje vodou a zvětšuje tím svůj objem (viz ilustrační obrázek níže).

 Takto si můžete představit molekulu kyseliny hyaluronové v hydrogelu. Volný prostor je vyplněn vodou.

KH byla poprvé izolována Karlem Meyerem a Johnem Palmerem v roce 1934 ze sklivce hovězích očí a její struktura byla popsána o 20 let později. První KH splňující farmaceutické požadavky vyrobil v roce 1979 maďarský lékař Balazs, který vyvinul účinnou metodu pro extrakci a čištění tohoto polymeru z kohoutích hřebínků a lidských pupečních šňůr. Balazsův postup vytvořil základ pro pozdější průmyslovou výrobu KH. Během 90. let minulého a v první dekádě tohoto století byla speciální pozornost věnována identifikaci a charakterizaci enzymů zapojených do biosyntézy KH, stejně jako vývoji technik bakteriální fermentace pro produkci KH s řízenou velikostí molekuly a polydisperzitou (stejnorodostí). V současné době je KH již průmyslově produkována bakteriální fermentací. Není bez zajímavosti, že jeden z klíčových světových výrobců KH, společnost CONTIPRO, sídlí v Dolní Dobrušce. Po několik desetiletí byla KH považována pouze za strukturální (stavební) komponent tzv. extracelulárního matrixu (hmota vyplňující prostory mezi buňkami různých tkání) kůže, kloubů, očí a řady dalších tkání.  Díky intenzivnímu výzkumu mnoha biologů a biochemiků se za poslední dvě desetiletí pohled na KH dramaticky změnil. Velmi významným počinem byl například objev existence speciálních buněčných receptorů pro KH na povrchu buněk nazývaných hyaladheriny. Buněčné receptory jsou bílkoviny na povrchu buňky nebo i uvnitř buňky, který má schopnost vázat nějakou zcela konkrétní molekulu, tzv. ligand. Jedná se o tzv. specifickou interakci, neboť různé receptory vážou různé ligandy. Zjednodušeně si můžeme receptor představit jako zámek a ligand jako klíč. Vazba ligandu na receptor následně vyvolá nějakou biologickou odpověď buňky. Počet typů a členů různých skupin objevovaných buněčných receptorů pro KH neustále narůstá. Funkce některých z nich již byly popsány, zatímco funkce jiných stále ještě čeká na objasnění. Dnes však již víme, že vazba určitých fragmentů KH na tyto receptory aktivuje uvnitř buňky signalizační systémy zahrnuté v regulaci procesů jako je buněčné množení, buněčná diferenciace (vznik specializovaných typů buněk z embryonálních či kmenových buněk), buněčných pohybových mechanismů, a dokonce i proces postupného enzymového rozkladu vlastních molekul KH. Na úrovni celého organismu významně ovlivňuje KH širokou škálu biologických procesů, jako je regenerace kůže a dalších tkání, hojení ran, či imunomodulační a zánětlivé procesy.  Díky schopnosti regenerovat celou řadu našich tkání se KH stala jednou z klíčových složek nespočtu nutraceutických, kosmetických a nutrakosmetických (kombinujících kosmetický efekt s výživovým) komerčních přípravků. Účinnost KH v nejrůznějších formách (tj. gely, krémy, intradermální výplňové injekce, dermální výplně, výplně obličeje, autologní tukové gely, lotion, sérum a implantáty atd.)  při nutriční i kosmetické povrchové aplikaci proti tvorbě vrásek, záhybů, dalším projevům stárnutí kůže byly vědecky prokázány celou řadou klinických vědeckých studií. Omlazovacího účinku je dosahováno zlepšenou hydratací pokožky, stimulací kolagenu a elastinu a obnovením objemu obličeje. Dochází ke zlepšení elasticity pokožky, zlepšení estetického skóre a vyhlazení vrásek a drobnějších záhybů. Výše zmiňovaná vysoká kapacita vazby vody molekuly KH činí pokožku měkčí, hladší a zářivější. Nesmíme však přitom zapomínat i na regenerační a výživové vlastnosti této látky.

Vysokomolekulární KH vytváří primárně film na povrchu kůže (vlevo), kdežto nízkomolekulární KH proniká více do vnitřních vrstev kůže a přispívá tak i k její výživě.

Objev neočekávaných komplexních biologických rolí KH vytvořil nový výzkumný impuls pro biology a klinický zájem v několika oblastech medicíny, jako je oftalmologie, kloubní patologie, údržba a remodelace kůže, tkáňové inženýrství různých typů tkání, či terapie rakoviny. KH je v těle rychle obnovována, její poločas se pohybuje od 12-24 hodin v kůži po několik minut v krevním řečišti. Velký potenciál KH v medicíně podnítil zájem farmaceutických společností, které mohou pomocí nových technologií vyrábět KH a několik nových derivátů s cílem prodloužit jak dobu setrvání v různých lidských tkáních, tak protizánětlivé a další prospěšné účinky.

KH je netoxická a nedráždivá a může být použita pro všechny typy pokožky bez rizika alergické reakce.   Bezpečnost KH není zpochybňována žádnými oficiálními autoritami. Drobné chemické modifikace a tzv. síťování molekul KH umožnily vyrábět z této molekuly ve vodě nerozpustné produkty, které nalezly široké pole působnosti zejména v medicíně. Jedná se o membrány, gázy, netkané textilie, nanovlákenné konstrukty, gely, nebo hadičky. Tyto biomateriály se používají například pro krytí ran a spálenin, či v různých oblastech tzv.  tkáňového inženýrství kůže, chrupavky, kosti, cév nebo tukové tkáně. KH také v těle podporuje proces tvorby nových cév.

Síťování polymerních řetězců

KH je obsažena v kloubní chrupavce a tvoří základní složku tvz. synoviální tekutiny. Synoviální tekutina plní funkci „kloubního maziva“, které se podílí na hladkém pohybu kloubu. Zároveň působí i jako tlumič nárazů, protože rozkládá tlak působící na kloubní plochy.  Jedinečné reologické vlastnosti synoviální kapaliny se v případě onemocnění osteoartrózou postupně zhoršují v důsledku snižování velikosti molekul KH a současného poklesu viskozity roztoku, což vede ke snižování objemu, zhoršení mazného efektu a degradaci chrupavky. Bolestivé projevy osteoartrózy velmi dobře zná většina stárnoucí populace.  Od 80. let 20. století bylo pro obnovení homeostázy synoviální tekutiny a k ochraně kloubní chrupavky před mechanickým poškozením vyvinuto mnoho preparátů pro injekční aplikace do kloubů. Svojí roli zde jistě také hraje i správná kloubní výživa, ke které mohou přispívat i potravní doplňky s KH.

Porovnání zdravého a nemocného kloubu

 Díky svým viskoelastickým vlastnostem jsou vodné roztoky KH široce používány jako lubrikační oční kapky a k ochraně povrchu rohovky před vysušením při léčbě syndromu suchého oka, lubrikaci očních čoček či jako nosič oftalmických léčiv, jako jsou antibiotika a protizánětlivá činidla, pro prodloužení jejich očního pobytu a následně jejich aktivního účinku.

Rovnováha mezi biosyntézou a biodegradací KH hraje v lidském těle klíčovou regulační funkci, protože určuje nejen množství, ale také velikost molekul KH. Molekulová hmotnost a okolnosti syntézy/degradace jsou klíčovými faktory definujícími biologické působení KH. KH s vysokou a nízkou molekulovou hmotností mohou dokonce vykazovat opačné účinky, a když jsou současně přítomny ve specifické tkáni, mohou vyvíjet účinky odlišné od prostého součtu účinků jednotlivých molekul.  Například nízkomolekulární KH může mít v organismu za určitých okolností prozánětlivé účinky, kdežto vysokomolekulární naopak protizánětlivé.

KH se prodává jako potravinový doplněk v USA, Kanadě, Evropě a Asii (zejména v Jižní Koreji a Japonsku) s určitými rozdíly v terapeutickém zaměření a marketingu, primárně k léčbě bolesti kloubů v USA a v Evropě; ke zlepšení stavu pokožky v Japonsku či v Jižní Koreji. Zlepšení stavy pokožky i kloubů při denním příjmu KH bylo potvrzeno v řadě publikovaných studií. Neexistuje oficiální a univerzální pokyn o správném orálním užívání KH. Doporučená denní dávka je u některých výrobců 200 mg, zatímco jiní uvádějí až 1000 mg. V publikovaných vědeckých studiích nepřesahoval denní příjem KH 240 mg KH, který byl dostačující k prokázání deklarovaných účinků.

Zdroje

Abatangelo G, Vindigni V, Avruscio G, Pandis L, Brun P. Hyaluronic Acid: Redefining Its Role. Cells. 2020 Jul 21;9(7):1743. doi: 10.3390/cells9071743.

Bukhari SNA, Roswandi NL, Waqas M, Habib H, Hussain F, Khan S, Sohail M, Ramli NA, Thu HE, Hussain Z. Hyaluronic acid, a promising skin rejuvenating biomedicine: A review of recent updates and pre-clinical and clinical investigations on cosmetic and nutricosmetic effects. Int J Biol Macromol. 2018 Dec;120(Pt B):1682-1695. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.09.188.

Fallacara A, Baldini E, Manfredini S, Vertuani S. Hyaluronic Acid in the Third Millennium. Polymers (Basel). 2018 Jun 25;10(7):701. doi: 10.3390/polym10070701.