透明质酸应用及机理

• 透明质酸是人体内一种固有的成分, 它广泛存在 透明质酸是人体内一种固有的成分,
透明质酸分子结构
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ECM的结构与性质 ECM的结构与性质
• ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。 ECM(extracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。 • 包括：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等。 包括：胶原 非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等。 胶原、 • ECM在结缔组织中含量较高。 ECM在结缔组织中含量较高。 • ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。 ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。
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透明质酸市场分析
• 透明质酸适用于配制眼药水及其他眼部保健产品， •
这类产品最主要的用途是防治“干眼症”和“电 脑眼”，这也是一个非常巨大的市场。 其次，透明质酸作为一种治疗骨关节炎的药物， 其销量正在稳步上升，目前该用途的透明质酸年 销售额已达5亿美元。预计到2008年，这一数字 销售额已达5亿美元。预计到2008年，这一数字 将达20亿美元. 将达20亿美元. 我国国内企业用发酵法生产透明质酸始于上世纪 80年代末至90年代初，山东福瑞达公司已成为国 80年代末至90年代初，山东福瑞达公司已成为国 内首屈一指的使用发酵法生产透明质酸的厂商。
• 是氨基聚糖（除HA）与核心蛋白质的共价结合物。 是氨基聚糖（ HA）与核心蛋白质的共价结合物。 • 核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链。 核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链 • 首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）连接 首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）
• HA 作为眼科粘弹性保护剂在1979 年应用于临床,
并成为多种眼内手术的重要工具,随着研究的不断 深入,其在临床上的应用已扩展到白内障囊外摘除 术、人工晶状体取除术、玻璃体视网膜手术、眼 内异物摘除术等手术中, HA作用机制为 保护角膜上皮,降低炎症反应,止血, 清除自由基, 维持眼前房适宜的深度和形状,协助 散瞳,有利于手术视野清晰.
如：角膜、肌腱。 如：角膜、肌腱。
• ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。 ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。
MACROMOLECULAR ORGANIZATION OF ECM
氨基聚糖及蛋白聚糖
• 1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG） 氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG） • GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。 GAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。 • 二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。 二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。 • 可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸 可分为六种：透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、
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HA的保水作用
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HA在水溶液中, 其分子高度伸展并相互缠绕连 接形成连续的网状结构, 而水分子则在此网络内通 过极性键和氢键与HA 分子相互结合, 使得HA 就 像“分子海绵”一样, 能吸收和保持其自身质量上 千倍的水分。涂布于皮肤表面后, 则能形成一层水 化膜, 对角质层保持保湿作用, 防止皮肤干燥. 其理论保水值高达500 ml/g以上,在结缔组织中 的实际保水值约为80 ml/g。。其保水性能与其浓 度和相对分子质量(Mr)呈正相关,而对水的通透性 则与其浓度和Mr呈负相关
HA 对骨关节炎的治疗机制
• 润滑和缓冲应力作用 • 填充剂和屏障作用 • 可稳定细胞膜,屏蔽膜感受器,钝化其对刺激
的敏感性
HA对骨关节炎的治疗效果 HA对骨关节炎的治疗效果
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以往对膝关节OA 的治疗多采用甾体激素关节 腔注射,口服非甾类消炎药,但疗效不能持久且副作 用明显。 自应用SH 关节腔注射疗法以来,发现该疗法可 极大地缓解疼痛,改善关节功能,使疗效持续时间长, 且无不良反应,特别是对Ⅰ、Ⅱ期膝关节OA 治疗 效果更佳,总有效率达90 %以上,是目前治疗早、 中期膝关节OA 最有效的方法之一。
乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。 乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。
• 透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。 透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。
可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。 可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。
氨基聚糖的分子特性及分布
氨基聚糖 透明质酸 二糖单位 葡萄糖醛酸，N-乙酰葡萄糖 硫酸基 0 分布组织 结缔组织、皮肤、软骨、玻璃 体、滑液 硫酸软骨素 硫酸皮肤素 葡萄糖醛酸，N-乙酰半乳糖 0.2~2.3 软骨、角膜、骨、皮肤、动脉 皮肤、血管、心、心瓣膜
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HA在干眼治疗中的应用
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促进眼角膜上皮愈合的作用 具有优良的保水性,增加角膜的保湿性 抑制眼表泪膜的破裂的作用 Hamano 等用泪膜稳定性作为参数,探讨HA的 浓度效应关系,结果显示, HA 溶液的浓度至少达到 0. 1 %时,才能显著延长泪膜破裂时间和有效缓解 眼干燥症状。
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在眼科手术中的应用
透明质酸的发展历程
• 1.1943年美国人Meyer以及Palmer首先从牛 1.1943年美国人Meyer以及Palmer首先从牛
眼玻璃体中分离出该物质。 • 2.19世纪80年代，透明质酸的来源稀小， 2.19世纪80年代，透明质酸的来源稀小， 当时以美国为首的发达国家主要从肉禽加 工厂的下脚料——鸡冠中提取药用级透明质 工厂的下脚料——鸡冠中提取药用级透明质 酸，因产量低故产品售价昂贵，当时每公 斤注射液透明质酸原料药售价曾高达1 斤注射液透明质酸原料药售价曾高达1万美 元左右。年销售额仅为数百万美元
骨关节炎之病理变化 •软骨磨损 骨磨损 •骨疣(刺)增生 骨疣( •滑膜炎 •关节腔狹窄 关节腔狹窄
HA 对骨关节炎的治疗机制
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OA 病变过程中存在一恶性循环:滑液黏弹性降 低→屏障和保护作用降低→软骨进一步破坏→释 放的酶和炎症因子进一步使滑液黏弹性降低 HA 溶液由于具有大分子网状结构,可同时具 有凝胶的弹性和溶液的黏性这一双重特性, 称之为 黏弹性,在关节内这一物理学功能发挥着重要作用。
透明质酸应用研究
武汉大学药学院 李勇
主要内容
• 透明质酸概况 • 透明质酸在眼科中的应用 • 透明质酸在美容化妆品中的应用 • 透明质酸对骨关节炎的治疗作用 • 透明质酸在防手术粘连中的应用 • 透明质酸在肿瘤中的应用 • 透明质酸的其他用途
透明质酸定义
• 透明质酸（Hyaluronic acid）是具有特殊功能的 （ acid）
HA的注射防皱的优势 HA的注射防皱的优势
透明质酸在化妆品中的应用
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保湿作用 营养的作用 皮肤损伤的修复和预防作用 润滑性和成膜性,增稠性
骨关节炎之影响 骨关节炎之影响
• 骨关节炎(OA) 是一种常见的退行性关节
软骨疾病,老年人发病率较高,尤其是女性。 • 据我国初步调查,OA 患者占全国总人口 的3 % ,已成为仅次于缺血性心脏病导致 工作能力丧失的第二大疾病。
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眼科应用机理
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透明质酸钠的流变学性质: 羟基的解离 使溶液中的HA分子处于负离子的相互排斥 状态,构象松散,低浓度时HA 分子可占据整 个溶液空间;高浓度时HA 分子可相互缠绕形 ; HA 成网状结构,赋予HA 溶液特殊的流变学性质 • 透明质酸有良好的生物相容性,保湿性.
HA在滴眼液中的应用
HA为非牛顿流体,且具有良好的生物相容 性,正常情况下,HA 形成一层膜覆盖于角膜 上皮表面,角膜上皮具有与HA特异性结合位 点, 长时间存留于眼表, 药物可长久有效地 吸收,从而增加药物的生物利用度。 , • 临床上以HA为药物媒介上市的眼药水有 很多,如阿昔洛韦滴眼液,硝酸毛果芸香碱滴 眼液,托吡卡胺滴眼液,马来酸噻吗洛尔滴眼 液等。
到Ser残基上，然后再延长糖链。 Ser残基上，然后再延长糖链。
• 除HA及肝素外，其他GAG均不游离存在。 HA及肝素外，其他GAG均不游离存在。 • HA以非共价键连接许多蛋白聚糖单体巨分子。 HA以非共价键连接许多蛋白聚糖单体巨分子。
A Proteoglycan Complex.
D-glucuronic acid N-Acetyl-D-galactosamine
HA抗皱抗衰老作用 HA抗皱抗衰老作用
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HA与硫酸化粘多糖和胶原蛋白、弹性蛋白等纤 维状蛋白质共同组成含大量水分的胞外胶状基质, 使皮肤柔韧,富有弹性, 光滑细嫩。 随着年龄的增长,皮肤中HA的含量降低, 细胞间 以HA为主组成的胶状基质所填充的空间减小,导致 细胞排列紧密, 皮肤粗糙,失去弹性,形成皱纹。 HA 能限制自由基和脂质过氧化的酶类靠近细 胞膜, 减少了细胞膜表面自由基, 防止了细胞结构 的破坏, 从而产生防止皮肤皱纹形成和抗皮肤衰老 功能
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制备技术
• 目前常用的制备技术有两种：
一是利用天然原料即从动物组织中提取，主 要原料是人的脐带、鸡冠和牛眼玻璃体等。用丙 酮或乙醇将原料脱脂、脱水、风干后，用蒸馏水 浸泡、过滤，然后以氯化钠水溶液和氯仿溶液处 理，之后加入胰蛋白酶保温后得到混合液，最后 用离子交换剂进行处理、纯化得到精制的透明质 酸。该法提取率极低，仅为1 酸。该法提取率极低，仅为1％左右。
一种独特的线性大分子粘多糖.是由葡萄糖醛DN glucuronic-acid(GlcA) glucuronic-acid(GlcA)和N - 乙酰氨基葡萄糖Nacetyl- glucosamine(GlcNAc)的双糖单位反复交 acetyl-D-glucosamine(GlcNAc) 替连接而成,分子式为(C14H21NO11 ) 于胎盘,羊水,晶状体,关节软骨, 于胎盘,羊水,晶状体,关节软骨,皮肤真皮层等组织； 器官中它分布在细胞质,细胞间质中，． 器官中它分布在细胞质,细胞间质中，．
制备技术
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二是生物发酵法。以葡萄糖作为碳源，以酵母 萃取物和蛋白胨作为氮源。在培养基中发酵48小 萃取物和蛋白胨作为氮源。在培养基中发酵48小 时，发酵结束后，过滤除去菌丝体和杂质，然后 用醇沉淀法等简单操作即得到高纯度的产物。 发酵法的关键在于菌种的选择，目前多选用链球 菌属类菌种等。生物发酵法具有产品不受原料资 源限制，生产成本低，工艺简单（无需复杂纯化 工艺）等特点，是今后主要的研究开发方向。
Galactose
N-Acetyl-D-glucosamine
透明质酸的理化性质
• 透明质酸为白色无定形或纤维状物质,无臭,
有强吸湿性,易溶于水,溶于醇、酮、乙醚等 有机溶剂。水溶液呈酸性,带负电, 。 • 在高浓度(1% )时,分子间以网状形式存在, 有很高的粘弹性和渗透压
透明质酸水溶液
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葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸， 1.0~2.0 N-乙酰葡萄糖
硫酸 乙酰肝素 肝素
葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸， 0.2~3.0 N-乙酰葡萄糖 葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸， 2.0~3.0 N-乙酰葡萄糖
肺、动脉、细胞表面
肺、肝、皮肤、肥大细胞
硫酸角质素
半乳糖，N-乙酰葡萄糖
0.9~1.8
软骨、角膜、椎间盘
蛋白聚糖 proteoglycan
透明质Βιβλιοθήκη Baidu的发展历程
• 1990年丹麦Novozytne公司首创利用微生物发酵法生产透 1990年丹麦Novozytne公司首创利用微生物发酵法生产透
明质酸获得成功。随后，化妆品专家发现：透明质酸是一 种优异的化妆品原料，它能保持皮肤. 种优异的化妆品原料，它能保持皮肤.肌肉的弹性以及防 止上皮细胞因紫外线幅射引起的提前衰老。透明质酸开始 应用于化妆品中。 20世纪初丹麦生物工程公司Hyalose,开发上市了一种新颖 20世纪初丹麦生物工程公司Hyalose,开发上市了一种新颖 的“纳米级透明质酸”（Nano-HA）。分子量仅为10～ 的“纳米级透明质酸”（Nano-HA）。分子量仅为10～20 个糖分子单位，可用于治疗晚期肿瘤的一些症状，如减少 肿瘤体赖以生存的新血管生成，消炎和防止癌细胞转移等。