УДК 547.995.15:544.122.4
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2024.3.45
Скачать статью

 

А. В. Людчик1, Т. В. Абакумова2, О. А. Квятковская1, В. А. Лапицкая3, Н. С. Сердюченко4

СТРУКТУРИРОВАНИЕ МОЛЕКУЛЫ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ КАК НОВЫЙ МЕТОД УВЕЛИЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЕЕ ПРИМЕНЕНИЯ ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ КОНФОРМАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

1ООО «ГиалСин Технолоджи», г. Минск, Республика Беларусь

2Белорусский государственный медицинский университет г. Минск, Республика Беларусь

3Институт тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова Национальной академии наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

4Национальная академия наук Беларуси, г. Минск, Республика Беларусь

При оценке и описании действия экзогенной (изделия медицинского назначения, лекарственные средства) гиалуроновой кислоты (ГК) основное внимание уделяется ее химическим характеристикам, хотя с химической точки зрения все растворы ГК идентичны. Не принимаются во внимание физические свойства раствора, которые определяют характер взаимодействия ГК с рецепторами и клиническую эффективность. При помощи атомно-силовой микроскопии были изучены нативные и структурированные растворы (H-in технология) гиалуроновой кислоты, изучены их морфологические характеристики.

Структурированная ГК матричного типа соответствует физиологическим требованиям взаимодействия ГК с рецепторами клеточной поверхности по типу «ключ-замок». Данный факт определяет уровень активности контакта ГК с клеточными рецепторами, влияет на протекание регенераторно-репаративных процессов и восстановление локального гомеостаза. Данный аспект подтверждается эффективностью применения, структурированной ГК в малоинвазивной терапии дегенеративно-дистрофической патологии различной локализации, имеющей в своей основе схожие патогенетические механизмы.

Ключевые слова: гиалуроновая кислота, связывание, конформация, адгезионные силы, структурирование, морфология раствора, H-in технология.

 

SUMMARY

V. Lyudchik , T. V. Abakumava, O. A. Kvyatkovskaya, V. A. Lapitskaya, S Serdyuchenko

STRUCTURING HYALURONIC ACID MOLECULE AS A NEW METHOD INCREASING THE EFFECTIVENESS OF ITS APPLICATION BY CHANGING CONFORMATIONAL CHARACTERISTICS

When evaluating and describing the effect of exogenous (medical devices, medicines) hyaluronic acid the main attention is paid to its chemical characteristics though from a chemical point of view all solutions of HA are identical. Physical properties of the solution determining the nature of HA interaction with receptors and clinical efficacy are not taken into account. Using atomic-force microscopy native and structured solutions (H-in technology) of hyaluronic acid were studied, their morphological characteristics were analyzed.

The structured matrix-type HA corresponds to the physiological requirements of HA interaction with the receptors of the cell surface according to the "key-lock" type. This fact determines the level of HA contact activity with cellular receptors, effects the course of regenerative and reparative processes and the restoration of local homeostasis. This aspect is confirmed by the effectiveness of the structured HA application in minimally invasive therapy of degenerative-dystrophic pathology of various localization basically having similar pathogenetic mechanisms .

Keywords: hyaluronic acid, binding, conformation, adhesive forces, structured solution, morphology of the solution, H-in technology.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Scott, J. Hyaluronan forms specific tertiary structures in aqueons solutions: a 13CNMR study / J.Scott, F Heatley // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. – 1999. – Vol. 96, N 9. – P. 4850–4855.
  2. Ярыгина, В. Н. Биология: учеб. пособие / В. Н. Ярыгина. – Москва: Высш. школа, 2000. – 332 с.
  3. Северин, Е. С. Биологическая химия / Е. С. Северин, Т. Л. Алейников, Е. В. Осипов. – Москва: Мед. информ. агенство, 2008. – 541 с.
  4. Lee, J. Hyaluronan: a multifunctional megaDalton, stealth molecule / J. Lee, P. Spicer // Current opinion in cell biology. – 2000. – Vol. 12, N 5. – P. 581–586.
  5. Jiang, D. Hyaluronan as an immune regulator in human diseases / D. Jiang, J. Liang, P. W. Nobel // Physiological reviews. – 2011. – Vol. 91, N 1. – P. 221–264.
  6. Toole, B. P. Hyaluronan and its binding proteins, the hyaladherins / B. P. Toole // Current opinion in cell biology. – 1990. – Vol. 2, N 5. – P. 839–844.
  7. Toole, B. P.  Hyaluronan-CD44 Interactions in Cancer: Paradoxes and Possibilities / B. P. Toole // Clinical cancer research. – 2009. – Vol. 15, N 24. – P.  7462–7468.
  8. Hyaluronan binding by cell surface CD44 / J. Lesley, V. C. Hascall, M. Tammi, R. Hyman // The Journal of biological chemistry. – 2000. – Vol. 275, N 35. – P. 26967–26975.
  9. Analysis of CD44-hyaluronan interactions in an artificial membrane system: insights into the distinct binding properties of high and low molecular weight hyaluronan / P. M. Wolny, S. Banerji, C. Gounou [et al.] // The Journal of biological chemistry. – 2010. – Vol. 285, N 39. – P. 30170–30180.
  10. Characterizing the micro-scale elastic modulus of hydrogels for use in regenerative medicine / C. D. Markert, X. Guo, A. Skardal [et al.] // Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. – 2013. – Vol. 27. – P. 115–127.
  11. Regulated clustering of variant CD44 proteins increases their hyaluronate binding capacity / J. Sleeman, W. Rudy, M. Hofmann [et al.] // The Journal of cell biology. – 1996. – Vol. 135, N 4. – P. 1139–1150.
  12. Injectable hydrogels prepared from partially oxidized hyaluronate and glycol chitosan for chondrocyte encapsulation / D.Y. Kim, H. Park, S. W. Kim [et al.] // Carbohydrate polymers. – 2017. – Vol. 157. – P. 1281–1287.
  13. Kwon, Induction of osteogenic differentiation in a rat calvarial bone defect model using an In situ forming graphene oxide incorporated glycol chitosan/oxidized hyaluronic acid injectable hydrogel / S. J. Lee, H. Nah, D. N. Heo [et al.] // Carbon. – 2020. – Vol. 168. – P. 264–277.
  14. Evaluation of morphology, physical and mechanical properties of hyaluronic acid matrices of various molecular weights by atomic force microscopy / T. Kuznetsova, V. Lapitskaya, S. Chizhik [et al.] // Journal of molecular liquids. – 2024.– Vol. 412 – P. 221–231.

REFERENCES

  1. Scott J, Heatley F. Hyaluronan forms specific tertiary structures in aqueons solutions: a 13CNMR study. Proc Natl Acad Sci USA. 1999;96(9):4850–5. doi: 10.1073/pnas.96.9.4850
  2. Iarygina VN. Biology: ucheb posobie. Moskva, RF: Vyssh shkola; 2000. 332 s. (In Russ.)
  3. Severin ES, Aleinikov TL, Osipov EV. Biological chemistry. Moskva, RF: Med inform agenstvo; 2008. 541 s. (In Russ.)
  4. Lee J, Spicer P. Hyaluronan: a multifunctional megaDalton, stealth molecule. Curr Opin Cell Biol. 2000;12(5):581–6. doi: 10.1016/s0955-0674(00)00135-6
  5. Jiang D, Liang J, Nobel PW. Hyaluronan as an immune regulator in human diseases. Physiol Rev. 2011;91(1):221–64. doi: 10.1152/physrev.00052.2009
  6. Toole BP. Hyaluronan and its binding proteins, the hyaladherins. Curr Opin Cell Biol. 1990;2(5):839–44. doi: 10.1016/0955-0674(90)90081-o
  7. Toole BP. Hyaluronan-CD44 Interactions in Cancer: Paradoxes and Possibilities. Clin Cancer Res. 2009;15(24):7462–8. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-09-0479
  8. Lesley J, Hascall VC, Tammi M, Hyman R. Hyaluronan binding by cell surface CD44. J Biol Chem. 2000;275(35):26967–75. doi: 10.1074/jbc.M002527200
  9. Wolny PM, Banerji S, Gounou C, Brisson AR, Day AJ, Jackson DG et al. Analysis of CD44-hyaluronan interactions in an artificial membrane system: insights into the distinct binding properties of high and low molecular weight hyaluronan. J Biol Chem. 2010;285(39):30170–80. doi: 10.1074/jbc.M110.137562
  10. Markert CD, Guo X, Skardal A, Wang Z, Bharadwaj S, Zhang Y et al. Characterizing the micro-scale elastic modulus of hydrogels for use in regenerative medicine. J Mech Behav Biomed Mater. 2013;27: 115–27. doi: 10.1016/j.jmbbm.2013.07.008
  11. Sleeman J, Rudy W, Hofmann M, Moll J, Herrlich P, Ponta H. Regulated clustering of variant CD44 proteins increases their hyaluronate binding capacity. J Cell Biol. 1996;135(4):1139–50. doi: 10.1083/jcb.135.4.1139
  12. Kim DY, Park H, Kim SW, Lee JW, Lee KY. Injectable hydrogels prepared from partially oxidized hyaluronate and glycol chitosan for chondrocyte encapsulation. Carbohydr Polym. 2017;157:1281–7. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.11.002
  13. Lee SJ, Nah H, Heo DN, Kim KH, Seok JM, Heo M et al. Kwon, Induction of osteogenic differentiation in a rat calvarial bone defect model using an In situ forming graphene oxide incorporated glycol chitosan/oxidized hyaluronic acid injectable hydrogel. Carbon. 2020;168:264–77. doi: 10.1016/j.carbon.2020.05.022
  14. Kuznetsova T, Lapitskaya V, Chizhik S, Aizikovich S, Nikolaev A, Sadyrin E et al. Evaluation of morphology, physical and mechanical properties of hyaluronic acid matrices of various molecular weights by atomic force microscopy. J Mol Liq. 2024;412:221–31. doi: 10.1016/j.molliq.2024.125833

Адрес для корреспонденции:

220083, Республика Беларусь,

г. Минск, пр. Держинского, 83,

УО «Белорусский государственный

медицинский университет»,

кафедра патологической физиологии,

тел. +375295694944,

e-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.,

Абакумова Т. В.

Поступила 20.09.2024 г.