Исследование по использованию гиалуроновой кислоты для перевязывания ран

Кожа, как тело и#39. "первая линия обороны" играет очень важную роль в противодействии вторжению патогенов. Однако в повседневной жизни кожа уязвима к травмам и образованию ран. Заживление ран является сложным и динамичным процессом, который включает гемостаз, воспаление, распространение и реорганизацию. Процесс заживления ран можно предотвратить или отложить, если рана заражается или возникают другие осложнения, такие как чрезмерное воспаление. Кроме того, некоторые ожоги и хирургические раны часто приводят к рубцам кожи, также известный как дерматофиброз, который наносит ущерб нормальной функции кожи. Чрезмерное рубцевание кожи может привести к снижению гибкости, аномальной функции, и даже зуд и боль. Для преодоления ограничений, связанных с процессом заживления ран, исследователи разработали различные биоматериалы для производства перевязочных материалов. В зависимости от морфологии раны могут быть классифицированы как электростатически пряный шелк, гидрогель, мембрана или губка. Несмотря на различные формы, большинство перевязочных ран являются нетоксичными, противомикробными, биологически совместимыми и биологически разлагаемыми и обладают свойствами быстрого заживления ран [1].

Гиалуроновая кислота is an anionic mucopolysaccharide composed of D-glucuronic acid alternately linked with N-acetylaminoglucosamine, which is found in the extracellular matrix of vertebrates, skin, vitreous body of the eye, cartilage, and joint fluid. The physicochemical properties of hyaluronic acid include hydrophilicity, antioxidant properties, fluidity, and viscoelasticity. The biological functions of hyaluronic acid are related to its molecular weight, e.g., high molecular weight hyaluronic acid inhibits inflammation, anti-angiogenesis, and scarring, whereas low molecular weight hyaluronic acid promotes angiogenesis, inflammation, and scarring. Due to the limited role of endogenous hyaluronic acid, it is important to use exogenous hyaluronic acid to prepare different types of wound dressings for wound repair. The molecular structure of hyaluronic acid is shown in Figure 1.

1 физико-химические свойства гиалуроновой кислоты

Hyaluronic acid belongs to a group of glycosaminoglycans that, unlike other glycosaminoglycans, are not sulfated and are usually not covalently attached to any core protein. The unique physicochemical properties of hyaluronic acid, such as hydrophilicity, fluidity, viscoelasticity, and antioxidant properties, have led to its widespread use in the production of various forms of wound dressings.

1.1 гидрофилисити

Hyaluronic acid is one of the important components of the extracellular matrix. Due to the presence of a large number of hydroxyl and carboxyl groups in its structure, hyaluronic acid is highly hydrophilic. This property also makes hyaluronic acid with a large number of negative charges, so as to attract more cations and water molecules. Hyaluronic acid has the properties of water absorption, water retention, etc., and also has a strong ability to complex water molecules, which is known as ‘nature' с увлажняющий фактор ', и может использоваться для смазки глаз, увлажняющий, и обработки сухих глаз.

1.2 флюидные свойства

Hyaluronic acid is also an important component of joint fluid, which can lubricate joints and reduce vibration, which is inseparable from its fluidity. In medical treatment, tracheal intubation is a key step in mechanical ventilation and respiratory support, and is used in cardiopulmonary resuscitation and respiratory diseases, etc. However, prolonged friction between the trachea and human tissues leads to damage of the mucous membrane of the laryngeal trachea, which results in inflammation, difficulty in articulation, and other symptoms, and in serious cases, it may endanger the lives of the patients. Clinical lubricants, including benzydamine hydrochloride gel, lidocaine 5% gel/cream, and corticosteroid creams, are commonly used to relieve these symptoms. The most commonly used lubricant is lidocaine cream, but it contains additives that can cause hypersensitivity reactions or trigger atopic dermatitis, so lubricating, non-toxic agents are constantly being investigated, and hyaluronic acid is a good candidate.

1.3 вязкость и эластичность

При комнатной температуре,Гиалуроновая кислота является белым сухим порошковым твердым веществомБез запаха, растворимыми в неорганических растворителях и нерастворимыми в органических растворителях. Когда гиалуроновая кислота растворяется в воде, ее водный раствор имеет хорошую вязкость и проницаемость давления, а также имеет неньютоновские свойства жидкости. Поскольку гиалуроновая кислота может быть легко химически модифицирована, могут быть сформированы структуры с высоким молекулярным весом. Вискоэластичные растворы гиалуроновой кислоты с высоким молекулярным весом хорошо подходят для имитации синовиальной жидкости в суставах, но не имеют прочной механической целостности [2].

1.4 антиоксидантные свойства

Hyaluronic acid also has antioxidant properties and can act as an antioxidant due to the formation of a viscous pericellular meshwork around the cell that limits the movement of ROS in the vicinity of the cell or other biomolecules, where excess reactive oxygen species can damage proteins, lipids, and DNA. Some of the antioxidant properties of hyaluronic acid are able to reduce the risk of apoptosis induced by UV light and the risk of acid-induced DNA damage.

2 биологические свойства гиалуроновой кислоты

Исследования показали, чтоbiological functions of hyaluronic acid (HA) are closely related to its molecular weight [3-4] . Hyaluronic acid can be classified into five categories according to its molecular weight (MW), i.e., HA oligosaccharides (O-HA, MW < 1×104 Da), which can promote angiogenesis, anti-tumour, wound healing, osteogenesis, immune and metabolic regulation, and ageing; and low-molecular-weight HA (LMW-HA, MW < 25×104 Da), which is more easily absorbed by the human body and can promote wound healing. Low molecular weight HA (LMW-HA, 1×104 Da < MW < 25×104 Da), more easily absorbed by the human body, can promote wound healing, vascularity, scarring, and plays an important role in chronic wound healing; medium molecular weight HA (MMW-HA, 25×104 Da < MW < 100×104 Da), moisturising, lubricating, and slow release of medicines, etc.; high molecular weight HA (HMW-HA, MW ≥ 1×106 Da), has good moisturising, lubricating, and adhesion properties. High molecular weight HA (HMW-HA, MW ≥ 1×106 Da) has good moisturising, lubrication, viscoelasticity, and can inhibit inflammation, anti-angiogenesis, and inhibit scarring; Ultra-high molecular weight HA (vHMW-HA, MW ＞ 6×106 Da) has lubrication, viscoelasticity, and so on.

2.1 способность к биоразложению

Hyaluronic acid is a kind of unsulfated glycosaminoglycan, which is the main component of the extracellular matrix of proliferating and migrating cells, and is especially abundant in early embryos. Exogenous hyaluronic acid can be degraded by physical (gamma radiation, ultrasound), chemical (acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, oxygenation degradation), and enzymatic methods, and is commonly used in biomedical, cosmetic, and drug delivery applications. Endogenous hyaluronic acid is usually degraded by hyaluronidase and free radicals to low molecular weight hyaluronic acid and glucosamine.

2.2 бактериостатические свойства

Comparison of the antimicrobial effect of hyaluronic acid with other natural polymers shows that chitosan is structurally similar to hyaluronic acid and has antimicrobial properties. Bacteria can avoid the inhibitory effect of hyaluronic acid in two ways, either when they contain the ability to produce hyaluronic acid as a mucus capsule, or when they can produce hyaluronan lytic enzymes to lyse it. Therefore, infections can occur in some hyaluronic acid applications, such as contact lenses and wound dressings. Low molecular weight hyaluronic acid has no inhibitory effect on Staphylococcus aureus, and high molecular weight hyaluronic acid has only a minimal inhibitory effect on Staphylococcus aureus.

2.3 содействие заживлению ран

In the human body, hyaluronic acid binds to CD44, a receptor for keratinocytes in wounds, and stimulates cell proliferation and migration. The affinity of CD44 for hyaluronic acid is related to its molecular weight, i.e. the higher the molecular weight, the higher the affinity for the receptor.

3 различные формы гиалуроновой кислоты в перевязочных тканях

The unique physicochemical and biological properties of hyaluronic acid have led to its use in a wide range of different forms of medical wound dressings such as electrostatically spun silk, membranes, hydrogels and sponges.

3.1 электростатическое вращение на основе гиалуроновой кислоты

Электростатическое вращение является эффективным методом производства заряженных полимерных ниток с диаметрами от микрона до нанометра в электростатическом поле. Волоконно-раневые перевязочные материалы, подготовленные ESP, отличаются высокой пористостью, высокой пластичностью и хорошей способностью переносить наркотики, что не только позволяет раневым клеткам дышать, но и препятствует росту бактерий. Электростатические перевязочные шнурки могут также охватывать области, которые трудно охватить обычными перевязочными материалами. Эти превосходные свойства привели к использованию электростатической прядильной технологии в широком спектре биомедицинских применений.

Су сена и др. [5] извлекают гиалуроновую кислоту и кератин из животных и загружают их в качестве биоактивных агентов в коаксиальные электроспиновые волокна для лечения ран, а сунь хуан-фэн и др. [6] успешно производят электроспиновые нановолокна из композитного цельного раствора читосан и гиалуроновой кислоты.

Abbas Zakeri Bazmandeh et al [7] prepared hyaluronic acid crosslinked chitosan and gelatin electrostatically spun membrane (Cs-Gel-HA) by electrostatic spinning, and the results showed that the Cs-Gel-HA membrane is more suitable for cell adhesion and can better promote skin regeneration. Hyaluronic acid is soluble in water, but its ionic nature leads to long-range electrostatic interactions, and the presence of counterions leads to a dramatic increase in the viscosity of the aqueous solution of hyaluronic acid but does not ensure sufficient chain entanglement for stable and efficient electrospinning.Morgane Séon-Lutz et al. [8] prepared insoluble hyaluronan-based nanofibres in pure water by using an electrostatic spinning technique. Polyvinyl alcohol (PVA) was added as a carrier polymer and the addition of hydroxypropylcyclodextrin (HPBCD) was found to promote the effective formation of nanofibre scaffolds and to make the electrostatic spinning process more stable.Yasmein Hussein et al [9] prepared enhanced polyvinyl alcohol/hyaluronic acid nanofibres using cellulose nanocrystallites (CNCs) as nanofillers and L-arginine as a wound healing promoter. Polyvinyl alcohol/hyaluronic acid nanofibres (PVA/HA-NFs) were prepared. The results showed that the PVA/HA/CNC/L-arginine NFs had good haemocompatibility, high protein adsorption, proliferation and adhesion ability.

3.2 гиалуроническая кислотная мембрана

Membrane is a soft and flexible material. Yin Chuan-Jin et al [10] covalently attached hyaluronic acid (HA) to the surface of bovine serum albumin/silver (BSA/Ag) porous membranes to prepare BSA/Ag/HA films, which can be used as contact lenses, and showed good clarity, high water content, haematocompatibility, non-cytotoxicity, and antimicrobial properties. Josef Chmelař et al [11] used a solution flow-through method to produce water-insoluble freestanding films of lauroyl-modified hyaluronic acid as a novel biomaterial, which were homogeneous in texture, mechanically strong, and pliable.Abou-Okeil et al [12] prepared hyaluronic acid/sodium alginate films for use as a topical bioactive wound dressing.Rocha Neto J.B.B. [13] used BSA/Ag/HA films as contact lenses. Rocha Neto J.B.M et al [13] also developed hyaluronic acid (HA)/chitosan (Chi) based films and showed that platelet adhesion was significantly reduced in the sulphated modified functional films, providing new insights into the development of novel antithrombotic biomaterials.Fernanda Zamboni et al [14] used the cross-linking agent, bis- (β-ethyl isocyanate) disulphide (BIED), as a cross-linker. Fernanda Zamboni et al [14] used the cross-linker bis-(β-ethyl isocyanate) disulfide (BIED) to heterogeneously cross-link HA and then doped it with carbon nanofibres to optimise the mechanical and antimicrobial properties of the resulting film, which showed excellent mechanical and antimicrobial properties of the film-type wound dressing.

3.3 гидрогели на основе гиалуроновых кислот

Гидрогелевый перевязочный материал представляет собой своего рода мокрый перевязочный материал с высоким содержанием воды, который является мягким и слегка эластичным. Ожоги являются одной из самых разрушительных травм, и, несмотря на современные методы лечения, пациенты по-прежнему сталкиваются со многими осложнениями и рубцами после ожогов. В этой связи Dong Yi-Xiao et al. [15] разработали платформу для доставки стволовых клеток на основе гиалуроновой кислоты для быстрого локального гелирования при контакте с раной, что усиливает неозивацию на месте ранения и способствует заживлению ожоговых ран и уменьшает их рание16 Чжан шао-хан и др. [16] ввели новый антиоксидантный материал, производные аргинина (ад), в допамино-функциональную гиалуроновую кислоту (га), которая оказалась хорошим выбором для лечения ожогов. Чжан шао-хан и др. [16] ввели новый антиоксидантный материал, производный аргинин (AD), в допамин-функциональную гиалуроновую кислоту (HA-DA) для подготовки нового гидрогеля с антиоксидантной активностью. Скорость уборки мусора у DPPH и o-радикалов была выше, чем у HA-DA hydrogel. Кроме того, гидрогель обеспечивает лучшую клеточную защиту от внешнего окислительного стресса (снижение уровней роз и мда, увеличение активности фермента сод и ХВХ) и более эффективное заживление ран (улучшенный VEGF и CD31 экспрессия, улучшенная регенерация тканей).

Вдохновленные спонтанным заражением кровяных клеток во время гемостаза, лю йи-хао и др. [17] подготовили 5'-adenosine diphosphate-modified haemagglutinating hyaluronic acid (HA-ADP) hydrogel by physically cross-linking and freeze-drying, and the prepared hydrogel could promote the adhesion of platelets and erythrocytes and could induce significant procoagulant ability by activating platelets, which could complete hemostasis in vitro in a relatively short period of time. The hydrogel can promote the adhesion of blood platelets and erythrocytes. In addition, materials with antioxidant properties have attracted much attention in wound healing.

3.4 гиалуронические кислотные губки

Губки перевязочные материалы очень пористые материалы, которые позволяют газообмен между клетками раны, чтобы ускорить заживление раны, и имеют хорошую абсорбцию воды, чтобы держать рану влажной. Однако обычные перевязочные материалы имеют слабую механическую прочность и должны быть переплетены с другими полимерами, чтобы в полной мере использовать их характеристики.

Meng Xin et al [18] prepared a chitosan/alginate/hyaluronic acid composite sponge crosslinked with genipin, which has high mechanical strength, good biocompatibility and accelerated blood coagulation.Sanda-Maria Bucatariu et al [19] obtained a new type of sponge dressing by solvent-free thermal cross-linking of hyaluronic acid and poly(vinylmethyl ether-alt-maleic acid). Sanda-Maria Bucatariu et al. [19] obtained a novel sponge hydrogel (HA3P50) by solvent-free thermal cross-linking of hyaluronic acid and poly (methyl vinyl ether -alt-maleic acid), which is a biocompatible material to support the growth of tumour cells and provides a 3D platform to mimic tumour function for screening of anti-tumour drugs.20 Mathie Najberg et al. [20] prepared aerogel sponges with filipin, hyaluronic acid and heparin for soft tissue engineering. The aerogel sponge has high expansion, high porosity, high connectivity and soft texture close to the brain.

Рания абдель-бассет санад и др. [21] успешно подготовлены chitosan-hyaluronic acid/andrographolide nanocomposite scaffolds for wound healing and Annapoorna Mohandas et al [22] prepared composite sponge dressings made of chitosan and hyaluronic acid and loaded with vascular endothelial growth factor (VEGF). The results showed that the sponge dressing has the potential to induce angiogenesis in wound healing. Effective haemostasis is particularly important in the treatment of wounds, and Liu Jia-Ying et al [23] used a simple self-foaming method to produce a polysaccharide-based haemostatic porous sponge composed of hyaluronic acid and cationised dextran, which showed excellent in vivo haemostatic properties in a mouse model of hepatic haemorrhage.

4. Выводы и перспективы

Hyaluronic acid stands out as one of the most attractive biomaterials among many others due to its excellent physicochemical and biological properties. Due to its high molecular weight and excellent water absorption capacity, it contributes to the maintenance of mechanical integrity, homeostasis, viscoelasticity and lubricity of tissues. In addition, it actively participates in important biological processes such as cell adhesion, migration, proliferation, differentiation and angiogenesis, and plays a crucial role in inflammation regulation, wound healing, tissue repair, morphogenesis, tumour proliferation and metastasis.

The excellent biodegradability and biocompatibility of hyaluronic acid-based biomaterials have also contributed to their wide application in the biomedical field. The use of hyaluronic acid and its substrates is increasing with the growing demand for products. For this reason, researchers in different countries have developed new smart dressings with different efficacies using hyaluronic acid as a base material. This article systematically describes the use of hyaluronic acid in different types of wound dressings, such as electrostatic spinning, membranes, hydrogels, sponges, etc., with the aim of providing ideas for the development of new biomaterials. In the future, hyaluronic acid-based wound dressings will be of great value in clinical wound repair.

Ссылка на сайт

[1]GRUPPUSO M,TURCO G,MARSICKh E,et al.Polymeric перевязочные раны, анализ полисахаридных электроспиралей [J]. Применяемые материалы сегодня,2021,24:101148.

[2]DOVEDYTIS M,LIU Z J,BARTLETT S.Hyaluronic acid and its bimedical applications:A review[J]. Инженерная регенерация,2020, 1:102-113.

[3]MARIANA F P G, SONIA P M, CATIA S D C,et al.Hyaluronic acid — повязки на основе раневых тканей :Areview[J]. Карбогид полим,2020,241:1-17.

[4]QIU Y B,MA Y Q,HUANG Y Y,et al.Current достижения в биосинтезе гиалуроновой кислоты с переменным молекулярным весом [J]. Углеводы полимеры,2021,269:118320.

[5]SU S,BEDIR T,KALKANDELEN C,et al.Coaxial и эмульсии электроспиннинг извлеченной гиалуроновой кислоты и на основе кератина нановолокна для ранезаживления [J]. European Polymer Journal,2021,142:110158.

[6] сунь, перри S L,SCHIFFMAN J D.Electrospinning нановолокна от mchitosan/hyaluronicacidкомплексоacervates [J]. Bioacromo lecules,2019,20(11):4191-4198.

[7] аббас з б, эсмаил м, милад ф и др. дуальная спинеретная электроспиноволокнистовая/гелевая структура читосан-гелатин/читосан-гиалуроновая кислота аса повязка ран :In-vitro и in-vivo исследования [J]. Международный журнал биологических макромолекул,2020,162:359-373.

[8]MORGANE S L,ANNE C C, SEVERINE V,et al.Electrospinning in water and in situ crosslink of hyaluronic acid/cyclodextrin nanofibers: к нанесению ран с контролируемым высвобождением наркотиков [J]. Углеводы полимеры,2018,207:276-287.

[9]YASMEIN H,ESMAIL ME,ELBADAWYl A K,et al.Electrospun PVA/hyaluronic acid/L-arginine нановолокна для ранезаживления: оптимизация нановолокон и биооценка in vitro [J]. Международный журнал биологических макромолекул,2020,164:667-676.

[10] инь CJ,QI XJ,WU J, и др. Международный журнал биологических макромолекул,2021,184:713-720.

[11]JOSEFC,JIŠ I M,MARTINA H,et al.biostanding films from lauroyl derivatives of hyaluronan[J]. Углеводы полимеры, 2019,224(C):115162.

[12] абу-о-а, фахми х м, эль-б м к и др. European Polymer Journal,2018,109:101-109.

[13]ROCHA N J B M,COPES F,CHEVALLIER P,et al.Polysaccharide- однослойная наноархитектура с сульфированным читосаном для настройки антитромбогенных свойств [J]. Коллоиды и поверхности B: биоинт-эрфисы,2022,213:112359.

[14]ZAMBONI F,OKOROAFOR C,RYAN M P,et al.On бактериальной активности композитных пленок из гиалуроновой кислоты [J]. Карбогид полим, 2021,260:117803.

[15]DONG Y X,CUI M H,QU J,et al.conforhyaluronic acid hydrogel поставляет стволовые клетки на основе адипозы и способствует регенерации ожоговых травм [J]. Acta Biomaterialia,2020,108:56-66.

[16] чжан с ч, хоу й й, юань к й и др. аргининовые производные помогают гибридным гидрогелям допамин-гиалуроновая кислота повысить антиоксидантную активность для заживления ран [J]. М. : наука,2020, 392:123775.

[17]LIU Y H,NIU H Y,WANG C W, и др#39;- дифосфатно-модифицированная гиалуроновая кислота координировала гидрофобию без деканального изменения гемостазисандрана [J]. Биоактивные материалы,2022,17:162-177.

[18]MENG X,LU Y,GAO Y,et al.Chitosan/alginate/hyaluronic acid polyelectrolytecompositespongescrosslinkedwithgenipinforwound application[J]. InternationalJournal of Biological Macromolec ules,2021,182:512-523.

[19] букатариу С-м, консанти н М, варга Ник I C-D,et al.A новый губчатый гидрогель на основе гиалуроновой кислоты и поли (метилвинилетер-альт-малеиновая кислота) в качестве 3D платформы для роста опухолевых клеток [J]. Международный журнал биологических макромолекул, 2020,165:2528-2540.

[20]MATHIE N, мухаммад H M, теодоре T, и др. аэрогелевые губки из шёлкового фиброина, гиалуроновой кислоты и гепарина для мягких тканей: соотношение композиций и свойств [J]. Carbohydrate Polymers,2020,237:116107.

[21]RANIA A-B S,HEND M A-B. Chitosan –hyaluronic acid composite sponge scaffold enriched with Andrographolide-loaded lipid nanoparticlesforenhancedwound healing[J]. Carbohydrate Polymers, 2017,173:441-450.

[22] аннапурна м, аниша б с, ченнаши к п, и др. читосан-гиалуроновая кислота/вегф загружают композитные губки из фибриновых наночастиц для усиления ангиогенеза в ранах [J]. Коллоиды и поверхности B:Bioi nterfaces,2015,127:105-113.

[23]LIU JY,YANG L,YANG H,et al.Hemostatic porous sponges of cross- linked hyaluronicacid/cationizeddextranby oneself-foaming process [J]. Материаловедение и инжиниринг C,2018,83:160-168.