Hyaluronsäure

Hyaluronsyre og dens natriumsalt Sodium Hyaluronate er vigtige komponenter i kroppen og findes næste over alt i kroppen. 

Das Molekulargewicht ist entscheidend für deren Eigenschaften. Generell kann festgehalten werden, dass Hyaluronsäure mit einem hohen Molekulargewicht entzündungshemmende und immunsuppressive Eigenschaften besitzt und an gewissen Genexpressionen beteiligt ist, während Hyaluronsäure mit einem niedrigen Molekulargewicht antioxidative, entzündliche und immunstimulierende Eigenschaften aufweist.

Allen ist gemeinsam, dass Hyaluronsäure hervorragend in der Lage ist, Wasser zu binden und somit z. B. der Haut Feuchtigkeit und Fülle zu verleihen. Feuchtigkeit ist ein grundlegender Bestandteil der Haut und oft Teil der Lösung, um eine schöne und funktionsfähige Haut zu bewahren. Die Folgen einer verminderten Hautfeuchtigkeit können vielfältig sein – trockene Haut verfügt z. B. über eine schlechtere Schutzbarriere und birgt somit ein erhöhtes Infektionsrisiko. Trockene Haut erhöht zudem das Risiko von Allergien, und die Heilung der Haut ist bei geringerer Feuchtigkeit beeinträchtigt. Bei vielen Hautproblemen besteht ein Zusammenhang mit einem Feuchtigkeitsmangel. Ältere Haut zeichnet sich ebenfalls dadurch aus, dass sie weniger Feuchtigkeit enthält.

PUCA PURE & CARE anvender en Sodium Hyaluronate udvundet fra Steptococcus-bakterier. Det er en blanding af 10 % lavmolekylær vægt og 90 % mellemmolekylære vægt.  

Produkter med HYALURONSYRE

Serum Hyaluronic Acid | PUCA - PURE & CARE
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Serum Oil-Cocktail Hyaluronic Acid | PUCA - PURE & CARE
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Hydrogel Eye Mask Hyaluronic Acid | PUCA - PURE & CAR
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Hyaluronic Acid Sheet Mask | PUCA - PURE & CARE
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Hydrogel Eye Mask All Over Hyaluronic Acid | PUCA - PURE & CARE
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HYALURONSYRE

EINE EINFACHE, ABER INTERESSANTE CHEMISCHE STRUKTUR

Hyaluronsäure ist ein natürlich vorkommendes Glykosaminoglykan – also ein Biopolymer aus Disacchariden mit einzigartigen physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften. Deren Eigenschaften hängen stark vom Molekulargewicht ab, das zwischen 10 und 1000 kDa (1) liegen kann. Der Name Hyaluronsäure oder Hyaluronan, wie sie auch genannt wird, umfasst also nicht nur ein Molekül mit einer bestimmten Struktur, sondern alle Kettenlängen, die bei dieser spezifischen und sich wiederholenden Struktur der beiden Zuckermoleküle D-Glucuronsäure und N-Acetyl-D-Glucosamin auftreten. – Siehe Abbildung 1.

Da hyaluronsyre spænder over en så bred vifte af molekyler inddeler man dem ofte i nogle grupper baseret på deres molekylvægt. Der er ikke helt enighed om hvor grænserne for hver gruppe går, men det er nogenlunde som følger: 40-500 kDa er lavmolekylær vægt (LMW), 500-2000 kDa er mellemmolekylære vægt (MMW) og > 2000 kDa er højmolekylære vægt (HMW). 

Strukturen af hyaluronsyre er en snoet kæde uden forgreninger og består af mellem 500 og 50.000 monosakkarider og måler op til 10 nm – dog normalt ca 1 nm (2). Det er relativt store molekyler. Til sammenligning er et hårstrå ca 80.000 til 100.000 nm i diameter. 

før - efter billede

Figur 1. Hyaluronsyre-strukturen. Her ses to enheder af disakkariderne der udgør hyaluronsyrens molekylære enhed. I venstre side af figuren ses en D-glucuronsyre, som er bundet til en N-acetylglucosamin med en 1→3 glykosid-binding. Denne N-acetylglucosamin er bundet til den næste d-glucuronsyre med en 1→4 glykosid-binding, som er bundet sammen med den sidste-acetylglucosamin i figuren via en 1→3 glykosid-binding. Det lille ”n” betyder at det kan være mange gentagelser af denne struktur.  

Hyaluronsyre er i modsætning til de andre glycosaminoglycaner, som fx chondroitin sulphate, dermatan sulphate og heparin, ikke sulfateret – dvs der er ikke en sulfat-gruppe på og desuden er hyaluronsyre i modsætning til de andre glycosaminoglycaner ikke biosyntetiseret inde i cellens golgi-apparat, men af proteiner placeret i cellemembranen. Glycosaminoglycaner har mange forskellige funktioner i og omkring cellerne – fx medvirker nogle i regulering af cellevækst, kardannelse, forskellige neurologiske processer og infektion. 

Navnet ”hyaluronan” blev introduceret i 1986 for at tilpasse det oprindelig navn, hyaluronsyre, til den polysakkaridnomenklartur som er gældende. Men i dag bruges ofte navnet hyaluronsyre – den tilsvarende natrium salt er natrium hyaluronat, hvor hydrogen-atomet i D-glucuronsyre-delen er udskiftet med natrium, som blot er løst bundet og dermed er molekylet på anion form – dvs den er negativt ladet. I kroppen er hyaluronsyre primært på anion form. I INCI-nomenklatur er det ”Hyaluronic Acid” og ”Sodium Hyaluronate” og det er oftest disse to versioner der bruges i de mange anvendelser som hyaluronan har. 

(1) kDa = Kilodalton (1000 Da). Diese Maßeinheit entspricht g/mol und wird verwendet, um auszudrücken, wie viel ein Molekül wiegt. Ein Wassermolekül wiegt zum Beispiel etwa 18 Da.

(2) nm = Nanometer 1 nm = 0,0000001 cm

HYALURONSYRE

VORKOMMEN, BIOSYNTHESE UND ABBAU

Hyaluronsäure wurde erstmals im Jahr 1934 aus Rinderaugen isoliert. – Heute ist bekannt, dass sie fast überall im menschlichen Körper vorkommt und dieselbe Struktur besitzt, die in den meisten Tieren und sogar in einigen Bakterien zu finden ist. Die chemische Struktur der Hyaluronsäure wurde in den 1950er-Jahren identifiziert.

Die höchste Konzentration von Hyaluronsäure beim Menschen kommt im Auge, in der Gelenkflüssigkeit und im Knorpel vor, aber die größte Menge befindet sich in der Haut. – Hier sind etwa 50 % der körpereigenen Hyaluronsäure zu finden, und zwar hauptsächlich in der Dermisschicht der Haut. Genauer gesagt ist Hyaluronsäure hauptsächlich in der extrazellulären Matrix um die Zellen herum zu finden, wo sie zusammen mit z. B. Kollagen und anderen Glykosaminoglykanen einen Hauptbestandteil der Stütz- und Schutzstruktur um die Zellen herum ausmacht.

Das Besondere an Hyaluronsäure ist, dass sie viel Wasser an sich binden kann und somit sehr wichtig ist, um die Feuchtigkeit und Fülle im Gewebe zu bewahren. Man hat herausgefunden, dass in junger Haut die meiste Hyaluronsäure in "freier Form" vorliegt, die viel Wasser binden kann, während sie in älterer Haut mehr an Proteine und andere Strukturen gebunden ist und somit eine geringere wasserbindende Kapazität aufweist.

Ein Mensch mit 70 kg Körpergewicht verfügt über etwa 15 g Hyaluronsäure und etwa 1/3 davon wird täglich verstoffwechselt – d. h. ein sehr großer Teil wird täglich auf- und abgebaut.

Die Biosynthese von Hyaluronsäure wird durch Hyaluronan-Synthase-Proteine (kurz HAS) gesteuert, von denen es bei Säugetieren drei Typen gibt, nämlich HAS-1, HAS-2 und HAS-3, die jeweils unterschiedliche Längen von Hyaluronsäure synthetisieren. Diese Proteine sind transmembranös, d. h. sie befinden sich in der Zellmembran und durchdringen diese in ihrer gesamten Dicke. Hier sorgen sie dafür, dass die eigentliche Synthese im Inneren der Zelle stattfindet, während die wachsende Kette nach und nach an der Außenseite der Zelle entsteht.

Die meisten Zellen im Körper besitzen die Fähigkeit, Hyaluronsäure zu synthetisieren. In der Haut sind in erster Linie die Fibroblasten für die Synthese verantwortlich, die zum Beispiel bei der Wundheilung verstärkt stattfindet.

Nedbrydningshastigheden af hyaluronsyre er ikke ens de forskellige steder i kroppen. Fx har hyaluronsyre en halveringstid på 2-5 minutter i blodet, ca 1 dag i huden, 1-3 uger i brusk og ca 10 uger i øjet. Nedbrydningsprocessen kan både være via enzymer og via frie radikaler (oxidation) – men det er svært at studere og man ved ikke helt hvordan fordeling er mellem disse to typer af processer. Enzymerne, som står for nedbrydningen, kaldes hyaluronidaser (forkortet HYAL) – der findes mindst 7 typer hyaluronidase-lignende enzymer, hvoraf HYAL-1 især findes i serum. Nedbrydningsprodukterne er oligosakkarider og lav-molekylær hyaluronsyre. Nedbrydningen via frie radikaler er en oxidationsproces som fx finder sted ved UV-påvirkning og ved lav og høj pH. 

HYALURONSYRE

EIN MOLEKÜL MIT VIELEN FUNKTIONEN IM KÖRPER

Hyaluronsyre er meget hygroskopisk – dvs den har en meget stor kapacitet til at binde vand – og netop dette er en egenskab, som giver hyaluronsyre flere af dens funktioner. Man har målt at hyaluronsyre kan binde ca 1000 gange dens egen vægt i vand. Jo højere molekylvægt, jo højere er den vandbindende egenskab. Dette gør at hyaluronsyre er en meget god fugtbinder og idet den binder så meget vand giver det også volumen. Desuden giver den en smørende/lubrikerende effekt og viskositet. Blot 1 % hyaluronsyre i vand giver en ret viskøs gel med særlige reologiske egenskaber: Det er pseudo-plastisk og viskoelastisk, hvilket betyder, at viskositeten falder når gelen påføres stress eller pres og det har en vis elastisk evne, hvilket er vigtigt for dens lubrikerende, stabiliserede og stødabsorberende effekt. Fx i led og andre steder i kroppen hvor der er bevægelse er den lubrikerende effekt vigtig. 

På celleniveau er hyaluronsyre med til at regulere migrationen af celler – den hydrerede matrix, som hyaluronsyre giver, facilitere cellemigration, hvilket er vigtig i rigtig mange processer i kroppen. Fx ved sårheling og ved dannelsen af nye blodkar og immunsystemet er meget afhængig af at celler kan bevæge sig rundt i vævene. Ligeså sker der en stor cellemigration ved cancerudvikling. 

Es gibt eine Reihe von Studien über die Rolle der Hyaluronsäure im Wundheilungsprozess, bei dem es sich um einen sehr komplexen Prozess mit vielen zellulären und molekularen "Akteuren" handelt. Der Wundheilungsprozess lässt sich in mehrere (teilweise überlappende) Phasen einteilen:

Celle-proliferationen. Her vokser og deler celler sig så det udfylder vævet med de rette celler og der dannes nye blodkar med mere. Sidste fase – remodelering – går ud på at vævet ”modnes” og der sker ”justeringer. Fx udskiftes og omarrangeres noget af collagenet der er dannet, hvilket øger trækstyrken af vævet, og udtjente komponenter og celler fjernes. 

Zu Beginn des Heilungsprozesses sind besonders hohe Konzentrationen an hochmolekularer Hyaluronsäure vorhanden. Wenn die Haut geschädigt ist, bilden die Zellen in diesem Bereich auf natürliche Weise mehr Hyaluronsäure, die ein feuchtes und gelartiges Medium bildet, in dem die verschiedenen Zellen leichter migrieren können. Im Laufe der Zeit wird Hyaluronsäure durch Hyaluronidase (die von den in das Medium migrierten Zellen abgesondert wird) zu Hyaluronsäure mit einem geringeren Molekulargewicht abgebaut, was Entzündungen und die Bildung von Blutgefäßen fördert. Auf diese Weise übernimmt Hyaluronsäure verschiedene Rollen im Wundheilungsprozess und hilft dabei, die Phasen zu steuern.

Hyaluronsäure mit einem niedrigen Molekulargewicht hat sich als antioxidativ, entzündungshemmend und immunstimulierend erwiesen, während Hyaluronsäure mit einem hohen Molekulargewicht an gewissen Genexpressionen beteiligt ist und entzündungshemmende und immunsuppressive Eigenschaften aufweist. In der Dermis der Haut trägt sie zur Regulierung des Wasserhaushalts und zur Stabilisierung der Hautstruktur bei und stimuliert die Kollagensynthese der Fibroblasten.

Man ved også at hyaluronsyre kan binde visse receptorer – fx CD44, som findes på de fleste celletyper og er involveret i reguleringen af vedhæftning, migration, aktivering og differentiering af celler og cancer metastase-processen. CD44 er også med i regulering af hyaluronsyre-niveauet. En anden receptortype som hyaluronsyre kan binde er RHAMM, som også er medvirkende i celle-vækst og migration.  

HYALURONSYRE

HERSTELLUNG UND VERWENDUNG

Hyaluronsyre findes som nævnt virkelig mange steder – ud over i mennesker, dyr og bakterier findes det også i mange forskelle planter. Særligt høje koncentrationer i menneskekroppen findes i navlestrengen, ledvæske, hud og øjets glaslegeme, men den højeste koncentration blandt alle dyr finder man i hanekamme. I forhold til industriel brug er der overordnet tre fremstillingsmetoder: Ekstraktion fra dyre-væv, bakteriel produktion og in vitro enzym produktion. 

Zur Extraktion aus tierischem Gewebe wurden bislang hauptsächlich Hahnenkämme, menschliche Nabelschnüre, Rinderaugen und Gelenkflüssigkeit von Rindern verwendet. Heute werden bei dieser Methode überwiegend Hahnenkämme verwendet – und hiervon werden große Mengen benötigt – insbesondere für die medizinische Anwendung von Hyaluronsäure. Die Vorteile dieser Herstellungsmethode liegen darin, dass sie sehr gut erprobt ist und die verwendeten Materialien im Allgemeinen recht billig sind (Rückstände aus der Lebensmittelproduktion). Zudem wird die Hyaluronsäure auf natürliche Weise im Gewebe produziert und kann mit einem relativ hohen Molekulargewicht und in hoher Reinheit gewonnen werden. Die Nachteile sind das Risiko einer Kontamination mit Proteinen, Nukleinsäuren und Viren. Außerdem ist der Ertrag nicht so hoch und der Reinigungsprozess ist aufwendig und birgt das Risiko eines Abbaus der Hyaluronsäure-Polymere.

Produktion via bakterier startede i 1960’erne – især da man opdagede at hyaluronsyre fra dyrematerialer kan indeholde uønskede proteiner. I dag er det – i forhold til kosmetik – den mest anvendte produktionsmetode. Der findes mange bakterier som producerer hyaluronsyre og udskiller det på ydersiden af cellevæggen, hvorfra det er relativt let at ”høste” det og hvilket i øvrigt gør, at bakterierne er mindre let at opdage for immunsystemet, da hyaluronsyren er helt identisk i mennesker og disse bakterier. De bakterier som primært bruges i dag, er stammer af Streptococcus, desuden bruges også fx Escherichia coli, Lactococcus lactis og Bacillus subtilis. Fordelene ved bakteriel produktion er at teknikken er moden og velkendt, det er relativt let at få et højt udbytte og rimelig høj molekylvægt og meget rent. Man har også mulighed for at påvirker hvor meget hyaluronsyre bakterierne producerer. Ulemperne er, at det kan være GMO-bakterier der bruges og der er en risiko for kontaminering med endotoksiner, proteiner, nukleinsyrer og tungmetaller.

Zu guter Letzt noch die neueste Ergänzung zu den Produktionsmethoden: Die enzymatische Herstellung, bei der Bakterienenzyme zur In-vitro-Synthese von Hyaluronsäure verwendet werden. Die Vorteile dieser neueren, vielseitigen Methode liegen darin, dass das Molekulargewicht leichter kontrolliert werden kann, kein Kontaminationsrisiko besteht und sich die Qualität leichter steuern lässt. Die Nachteile sind, dass es sich hierbei um ein noch in der Entwicklung befindliches Verfahren handelt, das relativ teuer ist.

Die hergestellte Hyaluronsäure wird mitunter modifiziert, indem Querverbindungen in das Molekül eingefügt werden, um es weiter zu stabilisieren.

Aufgrund ihrer zahlreichen Eigenschaften wird Hyaluronsäure für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, insbesondere in der Medizin, in Nahrungsergänzungsmitteln und in der Kosmetik. Ein sehr wichtiger Faktor für die Verwendung ist, dass die Hyaluronsäure biokompatibel und generell sehr sicher in der Anwendung am und im Menschen ist.

Für medizinische Zwecke wird Hyaluronsäure zur Wundheilung in Form von Wundauflagen in Folienform verwendet, welche durch die Schaffung eines feuchten Milieus in der Wunde die Wundheilung fördern können. Es wird bei chirurgischen Eingriffen am Auge (z. B. durch Injektion in das Auge, um dessen Form zu erhalten) und in Augentropfen und künstlichen Tränen zur Linderung von trockenen Augen verwendet. Ein weiterer Bereich der Medizin, in dem Hyaluronsäure eingesetzt wird, ist die Behandlung von Arthritis und Arthrose – insbesondere in den Knien. Die Injektion von Hyaluronsäurelösung in das Kniegelenk kann Schmerzen lindern. Für die schmerzlindernde Wirkung sind wahrscheinlich mehrere Wirkmechanismen verantwortlich. So fördert Hyaluronsäure nachweislich die Synthese von Bestandteilen der Knorpelmatrix, die bei Arthrose abgebaut wird, hemmt deren Abbau und lindert Entzündungen – und sorgt darüber hinaus für eine stoßdämpfende Wirkung und Feuchtigkeit im Gelenk. Bei Arthrose ist in der Regel ebenfalls weniger Hyaluronsäure im Gelenk vorhanden, sodass die Injektion einen Teil des verlorenen Anteils ersetzt. Hyaluronsäure wird jedoch, wie beschrieben, relativ schnell abgebaut. Hyaluronsäure mit Querverbindungen ist stabiler und kann etwas länger halten als die völlig natürliche. Interessanterweise hält die schmerzlindernde Wirkung der Hyaluronsäureinjektion jedoch länger an als die Hyaluronsäuremoleküle selbst im Gewebe bleiben – möglicherweise aufgrund einer Stimulation der Hyaluronsäurebildung und einer entzündungshemmenden Wirkung. Ein weiterer interessanter Bereich der Medizin ist, dass Hyaluronsäure verwendet werden kann, um Medikamente gezielt an der richtigen Stelle im Körper einzusetzen – zum Beispiel bei der Krebsbehandlung. Und schließlich können Abbauprodukte der Hyaluronsäure als Biomarker für bestimmte Krankheiten im Frühstadium verwendet werden.

In der kosmetischen Chirurgie wird Hyaluronsäure als Filler verwendet, d. h. es wird Hyaluronsäure (eventuell durch Querverbindungen oder auf andere Weise stabilisiert) in die Haut injiziert, um Falten aufzufüllen und zu glätten. Die Wirkung hält in der Regel etwa ½ bis 1½ Jahre an, und es handelt sich im Allgemeinen um eine sehr sichere Behandlung. Die häufigsten Nebenwirkungen sind Schmerzen, Rötungen und Juckreiz.

Hyaluronsäure wird auch in Nahrungsergänzungsmitteln verwendet, für die eine gewisse, aber nicht sehr starke Evidenz für die Wirksamkeit gegen Arthrose festgestellt wurde. Es zeigt sich jedoch, dass oral eingenommene Hyaluronsäure aufgenommen und im Körper verteilt wird.

In der Kosmetik ist Hyaluronsäure ein begehrter Inhaltsstoff – vor allem wegen ihrer feuchtigkeitsspendenden Eigenschaften. Feuchtigkeit ist ein sehr grundlegender Bestandteil der Haut und oft Teil der Lösung, um eine schöne und funktionsfähige Haut zu erhalten – und um eine Reihe von Hautproblemen zu lindern. Wie bei den anderen Einsatzbereichen ist die Molekülgröße von Hyaluronsäure für deren Eigenschaften in Bezug auf die Haut wesentlich. Hyaluronsäure mit einem hohen Molekulargewicht dringt im Allgemeinen nicht in die Haut ein, sondern legt sich wie ein Schutzfilm über die Haut – und spendet auf diese Weise Feuchtigkeit. Hyaluronsäure mit einem niedrigen Molekulargewicht kann leichter ein wenig in die Haut eindringen und dort Feuchtigkeit binden. Es wurden bereits sehr zahlreiche Studien mit Hyaluronsäure in Kosmetika durchgeführt. So zeigte eine Studie, dass 0,1 % niedermolekulare Hyaluronsäure (50–130 kDa) besser in der Lage war, Falten um die Augen zu reduzieren und die Hydratation und Elastizität der Haut zu verbessern, während Hyaluronsäure mit einem höheren Molekulargewicht im Allgemeinen ähnliche positive Auswirkungen hatte, wenn auch in etwas geringerem Maße.

Die Konzentration von Hyaluronsäure in Kosmetika liegt in der Regel unter 1 %. Zusätzlich zu ihrer Wirkung auf die Haut hat sie auch eine verdickende und feuchtigkeitsspendende Wirkung im Produkt selbst. Für Kosmetika wird hauptsächlich Natriumhyaluronat verwendet.

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