НА - линейный гликозаминогликановый полимер, присутствующий во внеклеточном матриксе тканей позвоночных, включая соединительную, эпителиальную и нервную ткани [1]. Он участвует в ряде биологических процессов, таких как эмбриональное развитие, заживление ран, прогрессирование рака, ангиогенез, воспаление и регенерация костей [2-4]. Было установлено, что НА регулирует такие важные клеточные процессы, как клеточная адгезия, пролиферация и дифференцировка [5,6].

Помимо принадлежности к соединительным тканям позвоночных, НА может быть обнаружена у некоторых штаммов бактерий (например, стрептококков групп А и С и Pasteurella multocida) в качестве компонента их капсул и слизи с функцией обеспечения адгезии, защиты и молекулярной мимикрии, необходимой для обхода иммунной системы хозяина во время инфекционного процесса [7].

За последние 20 лет интерес к НА возрос в геометрической прогрессии благодаря постоянным научным открытиям, связанным с его внутренними свойствами и последующим применением. Продолжаются исследования механизмов, лежащих в основе его биологической активности.

Области применения НА охватывают несколько сфер - от косметических средств до вискохирургии, офтальмологии, ортопедической хирургии, ревматологии, регенерации тканей и направленной терапии рака [8]. Такой широкий спектр применения возможен благодаря специфической биоактивности, проявляемой НА в зависимости от его молекулярной массы (МВ). Кроме того, помимо использования чистого HA, наметилась тенденция сочетания HA с другими биоактивными ингредиентами или материалами для решения ряда задач, таких как восстановление объема лица [9-11], лечение остеоартрита [12-14] (NCT00653432, NCT05683327), косметическая медицина [15-19], уменьшение носогубной складки [20,21], лечение рака [22-25] (NCT05024773), диагностика и лечение атеросклероза [26], лечение псориаза [27,28], лечение инфекций мочевыводящих путей [29,30], тканевая инженерия [31-34], антиоксидантные и противовоспалительные эффекты [35-37], заживление ран [38,39].

Старение населения, связанное с этим увеличение спроса на антивозрастные средства и рост числа возрастных заболеваний, а также внедрение технологически передовых продуктов, растущее предпочтение не-инвазивных методов, принятие эстетических процедур и потребность в более быстрых и естественных результатах - все это факторы, которые повлияли и будут продолжать влиять на рост исследований и размер рынка HA в ближайшие годы.

В результате в ближайшие годы ожидается значительный рост мирового рынка гиалуроновой кислоты (HA), прогнозируемая стоимость которого к 2030 году составит 16,8 млрд долларов США [40,41]. Увеличение доли рынка подчеркивает важность оптимизации процессов производства HA для соответствия стандартам качества, обеспечения эффективности и поддержания доступной стоимости.

Был проведен глубокий поиск исследований, посвященных современному состоянию и роли НА как биоактивной молекулы. Использовались такие электронные поисковые системы, как PubMed (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov, доступ 23 марта 2023 г.), ScienceDirect (https://www.sciencedirect.com, доступ 4 января 2023 г.), Google Scholar (https://scholar.google.com, доступ 23 марта 2023 г.) и U.S. National Library of Medicine (https://clinicaltrials.gov, доступ 30 апреля 2023 г.). Использовались следующие ключевые слова: "гиалуроновая кислота", "метаболический путь", "ферментация" и "биоактивная молекула". Для каждого ключевого слова было найдено несколько синонимов (например, гиалуронан, гиалуронат, биопродукция, биосинтез и биоактивное соединение). В поиск были включены последние обновления (2013-2023 гг.), связанные с препаратами на основе гиалуроновой кислоты (включая клинические испытания, а также исследования in vitro и in vivo), независимо от уровня их доказательности.

НА, также известнf как гиалуронан, является важным представителем семейства гликозаминогликанов (GAG), характеризующихся высокой степенью полимеризации и макромолекулярной структурой. В отличие от других GAG (хондроитинсульфата, дерматансульфата, гепарансульфата и кератансульфата), НА не подвергается сульфатации или другим модификациям по всей своей длине. Более того, она не синтезируется в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме и аппарате Гольджи, а образуется на цитоплазматической поверхности плазматической мембраны под действием ферментов гиалуронан-синтазы. Кроме того, документально подтверждено, что НА не прикрепляется к основному белку, как это наблюдается у других GAG [42,43]. HA состоит из повторяющихся единиц β-(1,4)-глюкуроновой кислоты (HA) и β-(1,3)-N-acetylglucosamine (NAG), которые многократно соединены между собой чередующимися β-1,3 и β-1,4 гликозидными связями (рис. 1) [43].



Рисунок 1. Структура дисахаридной повторяющейся единицы НА. Молекула НА состоит из Я-(1,4)-глюкуроновой кислоты и Я-(1,3)-N-ацетилглюкозамина, соединенных между собой Я-1,3 и Я-1,4 гликозидными связями. Молекулярная масса этой молекулы зависит от количества повторений дисахаридной единицы (n).

В зависимости от количества повторяющихся единиц гиалуроновая кислота может быть разделена на три формы: низкомолекулярная (LMW) HA (6-200 кДа), среднемолекулярная (MMW) HA (0,2-1,0 MDa) и высокомолекулярная (HMW) HA (более 1 MDa). Как правило, НА может состоять из 10 000 и более повторяющихся единиц, что приводит к молекулярной массе около 4 миллионов Da [44,45]. Структура этой молекулы энергетически стабильна только в том случае, если оба сахара находятся в бета-конформации. Эта конформация позволяет аномерному углероду, гидроксильной группе и карбоксильной группе занимать стерически благоприятные экваториальные позиции, в то время как гидрогены занимают менее благоприятные аксиальные позиции [44]. Наличие карбоксильных групп в НА приводит к образованию отрицательно заряженной молекулы, которая является высокогидрофильной при физиологическом pH. В результате в этих условиях НА обладает способностью связывать большое количество молекул воды и становиться вязким за счет образования внутримолекулярных и межмолекулярных водородных связей [41].

Физико-химические свойства НА играют важнейшую роль в поддержании гидратации внеклеточного матрикса, где она выступает в качестве водосвязывающего компонента [46]. Выполняя эту функцию, НА способствует устойчивости тканей к физическим нагрузкам и обеспечивает необходимый уровень влажности [47].

Кроме того, НА обладает своеобразной сетчатой структурой, которая служит барьером для ряда экзогенных веществ, включая бактерии и инфекционные агенты (за исключением S. aureus и S. pyogenes), замедляя их фильтрационную способность [48]. Кроме того, НА регулирует гомеостаз тканей, а также участвует в росте эпителиальных клеток, эозинофилов и макрофагов [49-51]. Кроме того, он образует околоклеточную оболочку вокруг нескольких типов клеток и, таким образом, в зависимости от молекулярной массы, выступает в качестве сигнальной молекулы и регулятора клеточной адгезии, миграции и пролиферации [52].

Как уже говорилось, различные функции НА тесно связаны с его молекулярной массой. Действительно, существует корреляция между биоактивностью НА и его молекулярной массой. Соответственно, размер молекулы может влиять на ее сродство к рецепторам и возможность формирования рецепторных комплексов. Кроме того, молекулярный размер НА играет роль в его поглощении клетками [53].

В основном механическая прочность гиалуроновой кислоты (HA) возрастает с увеличением ее молекулярного веса (MW). Поэтому HMW HA предпочтительно использовать в тех областях, где требуются сильные вязкоупругие свойства и механическая прочность, например, в суставных добавках и раневых повязках [54]. Также было установлено, что HMW HA обладает противовоспалительными и иммуносупрессивными функциями и играет роль в ангиогенных механизмах [53,55]. Поэтому он широко используется в качестве заполнителя пространства и естественного иммунологического депрессанта [1,56,57].

Кроме того, HMW HA является ключевым компонентом синовиальной жидкости, где он играет важную роль в качестве суставной смазки [49], и поэтому он имеет большое значение при многих физиологических и патологических состояниях (как в случае остеоартрита). С другой стороны, было обнаружено, что MMW и LMW НА стимулируют синтез белков теплового шока, тем самым проявляя проангиогенные, антиапоптотические и иммуностимулирующие свойства [55]. В частности, LMW HA находит применение в топической косметологии и пластической хирургии благодаря своей способности проникать через толщу эпидермиса и улучшать гидратацию и заживление тканей [56,58]. В частности, исследование, проведенное Essendoubi et al. (2016), показало, что LMW HA (20-300 кДа) способна проникать через роговой слой кожной ткани [59].

Стоит отметить, что в различных коммерческих продуктах и источниках производства, помимо НА, часто встречается гиалуронат натрия. Он представляет собой натриевую соль HA и широко используется в различных областях применения благодаря своей повышенной стабильности и растворимости. Кроме того, он имеет меньший размер молекул, что позволяет ему эффективно проникать в кожу [60]. Кроме того, солевая форма может быть получена с высокой степенью чистоты [60,61].

Несколько исследований биосинтеза НА были посвящены естественным микроорганизмам-продуцентам, таким как стрептококки групп А и С и Pasteurella multocida, которые продуцируют НА в качестве компонента своих капсул и слизи [62,63].

Как правило, НА синтезируется по двум различным метаболическим путям, в результате чего образуются два предшественника: UDP-GA и UDP-NAG [64] (рис. 2).



Рисунок 2. Путь биосинтеза НА в S. zooepidemicus.

Глюкоза импортируется в бактериальную клетку и фосфорилируется гексокиназой, превращаясь в цитоплазме в глюкозо-6-фосфат (глюкозо-6Р). Затем она преобразуется фосфоглюкомутазой в глюкозо-1-фосфат (глюкоза-1Р), после чего пирофосфорилаза UDP-глюкозы катализирует образование UDP-глюкозы. Эта UDP-глюкоза впоследствии окисляется UDP-глюкозо-6-дегидрогеназой с получением первого предшественника HA: UDP-GA. Однако другие метаболические пути конкурируют с этим превращением, поскольку глюкоза-1P может использоваться для производства гликогена [62], а UDP-глюкоза может быть преобразована в трегалозу-6P [62]. Эти два метаболических пути обеспечивают собой метаболический лимит для производства НА [54].

Второй предшественник НА образуется по второму пути, в котором глюкоза-6P превращается в фруктоза-6-фосфат (фруктоза-6P) под действием фосфоглюкоизомеразы. UDP-глюкозо-6-дегидрогеназа и фосфоглюкоизомераза являются наиболее важными конкурирующими ферментами, поскольку первая направляет глюкозу-6Р в пентозофосфатный путь, а вторая превращает глюкозу-6Р во фруктозу-6Р по пути Embden–Meyerhof–Parnas [54]. Клетки обычно используют большую часть глюкозы-6Р для этих двух конкурирующих метаболических путей, а не для синтеза UDP-GA [65]. Кроме того, клетки могут использовать фосфоглюкоизомеразу для преобразования фруктозы-6P в глюкозу-6P, которая может быть использована в пентозофосфатном пути [62]. Затем из фруктозы-6P под действием амидотрансферазы образуется глюкозамин-6-фосфат (глюкозамин-6P). Глюкозамин-6P является субстратом мутазы, которая приводит к образованию глюкозамин-1-фосфата (глюкозамин-1P).

Амидотрансфераза, с другой стороны, конкурирует с каскадом UDP-NAG, преобразуя глюкозамин-6P во фруктозу-6P [54]. Действительно, фруктоза-6P может быть преобразована во фруктозу-1,6-бисфосфат с помощью АТФ-зависимой фосфофруктокиназы, которая используется в пути Embden–Meyerhof–Parnas для получения энергии и роста клеток [54]. Кроме того, необходимо учитывать, что если клетки имеют ограниченное количество источников углерода для питания этих двух основных метаболических путей, то значительная часть клеточного глюкозамин-6-фосфата может быть преобразована во фруктозу-6P и глюкозу-6P для удовлетворения метаболических потребностей клеток [54]. Следовательно, клетки будут иметь ограниченный резерв глюкозамина-6P для синтеза глюкоамина-1P.

Глюкозамин-1Р далее ацетилируется и фосфорилируется пирофосфорилазой с образованием второго предшественника: UDP-NAG. В этом случае снижение потока UDP-NAG из-за конкурирующих путей также является существенным ограничением для синтеза НА [62]. Таким образом, в конце этих метаболических путей UDP-GA и UDP-NAG полимеризуются синтазой гиалуроновой кислоты (HAS), которая катализирует образование цепи HA [66]. Путь биосинтеза HA у бактерий показывает, что HAS является ключевым ферментом, катализирующим полимеризацию цепей HA. В частности, стрептококковый HAS относится к классу I HAS, поскольку является интегральным мембранным белком, катализирующим присоединение UDP-GA кислоты и UDP-NAG к растущей цепи HA [67] (рис. 3A).



Рисунок 3. Структура HAS. (A) HAS типа I - интегральный мембранный белок, катализирующий присоединение UDP-GA и UDP-NAG к растущей цепи HA. (B) HAS типа II - мембраноассоциированный белок, состоящий из доменов A1 и A2, которые работают вместе как единый пептид. Домен A1 представляет собой β-1,4-N-ацетилглюкозаминил-трансферазу, а домен A2 - β-1,3-глюкуронил-трансферазу.

Напротив, HAS из P. multocida относится к классу II, поскольку является мембранно-ассоциированной гликозилтрансферазой. Этот фермент также имеет два независимых активных сайта: (i) домен "A1", который осуществляет UDP-NAG-трансферазную активность, и (ii) и домен "A2", который осуществляет UDP-GA-трансферазную активность (рис. 3B). Таким образом, HAS катализирует последовательное удлинение растущей цепи НА на нередуцирующем конце с помощью доменов β-1,3-глюкуронилтрансферазы и β-1,4-N-ацетилглюкозаминилтрансферазы, которые действуют синергично как единый полипептид [67].

Таким образом, становится ясно, что производство НА является энерго- и углеродоемким процессом для бактериальной клетки. Его метаболический путь потребляет большое количество донорских субстратов, тем самым связывая синтез НА с метаболизмом глюкозы. Как уже упоминалось, глюкоза-6P является важным субстратом пентозофосфатного пути, а фруктоза-6P - важным промежуточным продуктом гликолитического пути. Более того, некоторые промежуточные продукты биосинтеза НА также необходимы для биосинтеза клеточной стенки [68]. В частности, глюкоза-1Р является важным полисахаридом стенки, UDP-глюкоза используется стрептококками для биосинтеза teichoic кислоты [69], и, наконец, NAG является компонентом структурной единицы пептидогликана [70].

Легко понять, что синтез НА сильно зависит от клеточной доступности этих двух предшественников [71] и, следовательно, от метаболических потребностей клеток. Более того, было замечено, что при недостаточном поступлении каждого из предшественников количество синтезируемого НА и его MW снижаются [72]. Для правильного производства НА источник углерода должен быть поровну распределен между двумя путями. В связи с этим было проведено несколько исследований с целью максимизации производства гиалуроновой кислоты.

НА может быть получен из различных источников, включая ткани животных и микроорганизмы. После того как Meyer и Palmer впервые выделили НА из бычьего стекловидного тела, его стали выделять и из других тканей, таких как пуповина, гребень петуха и синовиальная жидкость [73]. Однако получение HA из животных источников вызывает опасения из-за высокой стоимости процесса экстракции, низкого выхода и побочных эффектов. Одним из главных опасений является возможность возникновения иммунных реакций и аллергии, спровоцированных присутствием других веществ, таких как белки хозяина и ДНК, в HA животного происхождения [42].

Кроме того, важно отметить, что ткани животных естественным образом содержат гиалуронидазы - ферменты, способные разрушать HA. В результате часть НА, присутствующего в тканях животных, может подвергнуться деградации до начала процесса экстракции. Эта деградация может снизить общий выход и качество экстрагированного НА. Таким образом, присутствие гиалуронидаз в тканях животных дополнительно усугубляет проблемы и ограничения, связанные с получением HA из животных источников [56]. Кроме того, следует учитывать, что частичной деградации HA способствуют жесткие условия многоступенчатого процесса экстракции [56].

В свете этих проблем были разработаны альтернативные методы промышленного производства НА. В частности, некоторые патогенные бактерии, такие как Pasteurella multocida и грамположительные стрептококки групп A и C, были исследованы в качестве производственных систем из-за их естественной способности производить и выделять НА в качестве вторичного метаболита. Хотя они оказались интересными альтернативами [42], они имели ряд ограничений, таких как наличие бактериальных эндотоксинов, что ограничивало их биомедицинское применение [74].

После идентификации генов, участвующих в биосинтетическом пути гиалуроновой кислоты, для производства HA было использовано несколько видов бактерий, включая генно-инженерные штаммы и микроорганизмы, признанные в целом безопасными (GRAS) [56]. Таким образом, метаболическая инженерия предоставила ценные стратегии для получения HA из микроорганизмов GRAS, поскольку организмы, которые естественным образом производят HA, в большинстве своем патогенные. Поэтому, используя методы, применяемые в течение многих лет для экспрессии активных белков [75-79], HA также была успешно получена в широком диапазоне гетерологичных хозяев, включая Lactococcus lactis [72,80], Escherichia coli [81], Bacillus subtilis [82] и Bacillus megaterium [81]. В частности, недавнее исследование показало, что B. megaterium является одним из наиболее подходящих микроорганизмов-хозяев для биосинтеза НА благодаря своей высокой способности выделять рекомбинантные белки в культуральную среду [81]. Тем не менее, даже в случае генно-инженерных микроорганизмов GRAS присутствие бактериальных белков и нуклеиновых кислот все равно может стать ограничением [81].

Преимущества и ограничения НА, полученных из различных источников, суммированы в таблице 1.

Таблица 1. Преимущества и ограничения НА, полученного из различных источников.

Как уже говорилось ранее, промышленные и научные исследования направлены на поиск оптимизированных методов производства НА с контролируемыми параметрами, высоким выходом, низкой себестоимостью, высокой MW и высокой чистотой конечного продукта. Бактериальное производство НА с помощью метаболической инженерии представляет собой перспективную стратегию. За последние годы было сконструировано несколько микроорганизмов для производства НА. Были протестированы различные методы ферментации и культуральные среды. Для оптимизации характеристик конечного продукта были сконструированы не только природные микроорганизмы-продуценты HA, но и неприродные, такие как микроорганизмы GRAS (например, E. coli, B. subtilis и B. megaterium).

Прежде всего, несколько исследователей пытались максимизировать производство HA путем настройки условий культивирования микроорганизмов, а не их инженерии. Такие параметры, как начальный pH бульона, температура, время инкубации и скорость перемешивания, были оценены как важные параметры, влияющие на выход НА. Среди нескольких бактерий наиболее изученными были S. equi spp. zooepidemicus. Güngör et al. обнаружили, что условия культивирования, которые позволили им улучшить конечный выход НА (12 г/л), включали рН 7,8, температуру инкубации 33 °C, время инкубации 24 ч и скорость перемешивания около 187 об/мин [87]. В другом недавнем исследовании УФЛ-индуцированный мутагенез S. zooepidemicus позволил исследователям еще больше увеличить выход НА, который достиг примерно 4,2 г/л после 36 ч ферментации [88]. В этом случае оптимальная ферментация была достигнута путем инкубации при 37 °C и pH 7,4 в ферментационном бульоне, содержащем глюкозу в качестве источника углерода, фосфат в качестве основного питательного вещества, пептон 250 в качестве источника азота и дибазовый фосфат калия в качестве источника фосфата [88]. Затем, чтобы повысить эффективность производства гиалуроновой кислоты, был разработан полунепрерывный процесс ферментации, состоящий из двух стадий 3-L биореакторов, а в биореактор второй стадии была добавлена рекомбинантная гиалуронидаза SzHYal (300 U/L) для снижения вязкости бульона. Таким образом, был успешно достигнут выход HA в 30 г/л [88]. Другая стратегия показала, что в качестве альтернативы глюкозе меласса может быть использована в качестве источника углерода в ферментационной среде S. zooepidemicus [89]. Действительно, присутствие этого альтернативного и более дешевого сахара позволило увеличить выход НА до 0,2 г/л по сравнению со стандартными условиями (43 мг/л) [89]. Помимо рН, ключевыми параметрами процесса ферментации, влияющими на выход конечного продукта, являются температура инкубации, скорость перемешивания, состав почвы и размер инокулята. Некоторые исследователи обнаружили, что 10% размер закваски стрептококков оказывает наибольшее влияние на процесс ферментации, а также что скорость перемешивания 300 об/мин может увеличить выход HA [90]. Это могло произойти потому, что при такой скорости перемешивания увеличивалось количество воздушных пузырьков и, соответственно, площадь поверхности для газожидкостного массопереноса, что приводило к уменьшению толщины газовой и жидкой пленок, ответственных за сопротивление массопереносу [90]. Таким образом, легко понять, что для повышения эффективности микробного производства НА из природных микроорганизмов-продуцентов необходимо оптимизировать несколько параметров.

С целью снижения уровня эндотоксинов экстрагированного продукта были разработаны, созданы и подробно исследованы рекомбинантные неестественные микроорганизмы-продуценты [62]. Различные организмы, включая B. subtilis, B. megaterium и E. coli, были генетически модифицированы для производства HA [81,91,92]. Генетически модифицированные штаммы E. coli имеют ряд потенциальных преимуществ по сравнению со штаммами Streptococcus и поэтому являются перспективной альтернативой [62]. Кроме того, по сравнению со штаммами Streptococcus, некоторые штаммы E. coli являются непатогенными [54], и их можно выращивать при высокой плотности клеток на дешевых и простых средах. В результате ферментативный процесс E. coli может быть улучшен с помощью метаболической инженерии [93]. По этим причинам было проведено множество исследований с использованием рекомбинантных E. coli. В частности, в недавнем исследовании сравнивалось производство НА в различных штаммах E. coli (pLysY/lq, Rosetta2, Rosetta2 (DE3) pLysS и Rosetta-gami B (DE3) pLysS) и клетках B. megaterium (MS941) [91]. Сначала исследователи использовали различные условия ферментации для клеток E. coli. Вначале они сконструировали бактериальные клетки, трансформировав их различными плазмидами. Первое введение гена hasA S. equi spp. zooepidemicus в клетки E. coli Rosetta2 позволило получить выход 8,8 мг/л [91]. Затем введение второго набора генов - генов hasA, hasB и hasC в клетки E. coli pLysY/lq - позволило достичь выхода 208,3 мг/л (при добавлении MgCl2, K2HPO4 и сорбита в ферментационный бульон) [91]. Nasser et al. также попытались получить НА из Rosetta2 (DE3) pLysS, при этом успешный выход составил 346,7 мг/л в среде Super Optimal broth with Catabolite repression (SOC) и 500 мг/л в среде Terrific broth (TB) [91]. Наконец, они проанализировали способность Rosetta-gami B (DE3) pLysS продуцировать НА, трансформировав ее генами hasA (ген синтазы гиалуроновой кислоты), hasB (ген дегидрогеназы UDP-глюкозы), hasC (ген пирофосфорилазы UDP-глюкозы), hasD (ген ацетилтрансферазы), hasE (ген фосфоглюкоизомеразы); таким образом, они получили 585 мг/л НА [91].

В данном случае также можно отметить, что состав ферментационной среды и штамм бактерий влияют на выход НА. В исследовании Nasser et al. выяснилось, что B. megaterium способен продуцировать большее количество НА, чем E. coli. Действительно, экспрессируя только ген hasA и добавляя ксилозу, MgCl2, K2HPO4 и сорбитол в ферментационный бульон Luria-Bertani (LB), они смогли получить 50 мг/л НА. При экспрессии hasA, hasB и hasC с добавлением сахарозы в ферментационный бульон LB выход HA составил около 2116,7 мг/л. В TB-бульоне выход снизился (2016 мг/л). На этом этапе они модифицировали ферментационную среду и заметили, что в среде A5 + натрия 2-гидрокси-3-(морфолин-4-ил)пропан-1-сульфонат (MOPSO) (содержащей дрожжевой экстракт и минеральную среду на основе буфера MOPSO) количество HA составило около 1990 мг/л. На заключительном этапе в клетки B. megaterium были введены гены hasA, hasB, hasC, hasD и hasE. В среде LB с сахарозой выход НА составил около 2350 мг/л; в среде A5+MOPSO количество НА составило около 2436 мг/л [91].

В другом исследовании E. coli Rosetta (DE3) использовалась в качестве хозяина для получения HA путем оптимизации ферментационной среды и вставки генов hasA и hasE [91]. В этом случае ферментационный бульон содержал глюкозу в качестве источника углерода, MgSO4 в качестве донора Mg2+ и KH2PO4 и K2HPO4 в качестве источников фосфатов [91]. Это исследование также продемонстрировало влияние температуры ферментации на выход НА, поскольку максимальный биосинтез НА наблюдался при ферментации при температуре менее 37 °C. Наконец, было замечено, что концентрация индуктора экспрессии генов также может влиять на выход НА. Наибольшая концентрация НА была получена, когда рост клеток был минимальным, то есть когда концентрация индуктора экспрессии генов была максимальной. Действительно, в таких условиях клеточный рост снижался, а концентрация НА увеличивалась [91].

Как уже упоминалось ранее, бациллы также могут быть использованы для производства НА, поскольку они безопасны, легко поддаются генетической обработке и способны расти на простых культуральных средах [94]. В частности, в недавнем исследовании B. subtilis 3NA была сконструирована путем избыточной экспрессии гена hasA из S. zooepidemicus и других эндогенных генов, участвующих в биосинтетическом пути HA [92]. Ферментационная среда содержала глицерин в качестве источника углерода и энергии, H3PO4 в качестве источника фосфатов, NH4OH в качестве источника азота, MgSO4 в качестве донора Mg2+ и источника серы, и, наконец, KOH для буферизации рН [92]. Таким образом, полученный выход НА был сопоставим со стрептококковым [92].

Таким образом, все перечисленные работы позволили нам понять, что штамм, экзогенные гены и условия ферментации (т.е. состав почвы, температура, pH, концентрация индуктора экспрессии генов и скорость перемешивания) являются фундаментальными параметрами, влияющими на выход НА. Оптимизация этих параметров является основополагающей для получения наибольшего количества НА в результате бактериальной ферментации.

Благодаря своей биосовместимости, биоразлагаемости и неиммуногенности НА используется как в медицинских, так и в коммерческих целях. Поэтому было разработано несколько продуктов на основе НА, которые в настоящее время доступны на рынке. HA продемонстрировал свой большой потенциал для эстетического применения, но также оказался перспективным и в других биомедицинских областях. Это связано с тем, что НА оказался универсальным биоматериалом с настраиваемыми свойствами, позволяющими создавать различные виды устройств (например, инъекционные составы, гели, наночастицы, губки и гидрогели) в соответствии с конкретными требованиями поврежденной ткани. Основные области применения HA как мощной биоактивной молекулы представлены на рисунке 4.



Рисунок 4. HA: мощная биоактивная молекула. Схематическое представление наиболее важных областей применения НА в здравоохранении.

НА часто используется в качестве биоматериала для различных биомедицинских целей. Однако его быстрая деградация и выведение из организма могут ограничить его эффективность в обеспечении долгосрочного терапевтического эффекта [95,96]. Кроме того, присущая НА низкая механическая прочность может ограничить его использование в несущих нагрузку приложениях или средах, где механическая целостность имеет решающее значение [97-99].

Аналогичным образом, в косметических целях НА широко используется благодаря своей способности увлажнять и разглаживать кожу, уменьшая видимость морщин и тонких линий [100,101]. Однако эффект от применения HA, как правило, временный, так как инъекционная или местно применяемая HA постепенно расщепляется и выводится из организма [102-104]. Это приводит к необходимости частого повторного применения или инъекций для поддержания желаемого косметического результата.

Для устранения этих ограничений исследователи изучают различные стратегии, позволяющие увеличить продолжительность действия НА, сделать его более устойчивым к ферментативной деградации и улучшить его механическую целостность. К ним относятся химические модификации молекул НА и сшивка между молекулами НА или с другими полимерами [97], такими как метилцеллюлоза [105-110], коллаген [111-117], полиакриловая кислота [118,119] и поли(молочно-гликолевая кислота) [120,121].

Эти подходы направлены на повышение стабильности и устойчивости HA в организме или улучшение его механических свойств для более эффективного применения в конкретных областях.

Наличие гидроксильных и карбоксильных групп в структуре НА позволяет легко проводить химические модификации, позволяющие вводить различные функциональные группы, такие как тиолы, галоацетаты, альдегиды, дигидразиды или карбодиимиды. Эти модификации позволяют сшивать НА, что широко используется во многих инъекционных коммерческих продуктах для увеличения срока службы НА и изменения вязкоупругих свойств его водного раствора. Процесс сшивания имеет решающее значение для определения реологических характеристик инъекционных продуктов, что позволяет применять их в конкретных областях и для конкретных целей [122]. Одним из наиболее часто используемых сшивающих агентов в ведущих инъекционных препаратах HA, представленных на рынке, является 1,4-butanediol diglycidyl ether (BDDE). BDDE содержит эпоксидные кольца на обоих концах основной цепи, которые подвержены реакции раскрытия кольца в щелочных условиях [123,124]. Когда BDDE соединяется с HA в щелочной среде, эпоксидные кольца реагируют с гидроксильными группами, присутствующими на HA, образуя прочные эфирные связи. Этот механизм сшивки обеспечивает ковалентную связь между молекулами НА, что приводит к сшиванию гиалуроновой кислоты [123,124].

Этот процесс обеспечивает стабильность, долговечность и пролонгированное действие вводимого препарата. В целом, сшивание HA с помощью подходящих агентов, таких как BDDE, играет важную роль в создании инъекционных продуктов с желаемыми реологическими свойствами, что позволяет эффективно использовать их в различных медицинских и косметических целях [125].

С другой стороны, одной из наиболее популярных химических модификаций НА является добавление ацетильных групп к гидроксилам. В связи с этим в одном из исследований было показано, что ацетилирование НА может повысить его хондрогенный потенциал в контексте инженерии костной ткани [97]. В частности, наличие ацетильных групп в ацетилированных HA-каркасах привело к уменьшению отрицательного заряда внутри молекул и помогло сбалансировать осмотическое давление, сделав его сопоставимым с таковым в естественном ECM хряща. Такое разумное осмотическое давление способствовало созданию среды, благоприятной для хондрогенеза [97,98].

Другое исследование продемонстрировало эффективность ацетилирования НА на его биодоступность и стабильность по сравнению с нативным НА [126]. Более того, добавление ацетильных групп к НА защищало молекулу от ферментативной деградации [127,128].

Кроме того, другие химические модификации также могут влиять на применение НА. Например, тиолированная сшитая карбоксиметилированная НА доказав свою эффективность в доставке лекарств к глазной поверхности при размещении в нижнем своде глаза [129].

Все это говорит о том, что НА может подвергаться химическим модификациям или процессам сшивания в зависимости от его применения и назначения.

Инъекционные препараты на основе НА настолько эффективны для улучшения состояния кожи [100,101] и вискозависимости [130,131], что уже 15 лет находятся на рынке и применяются в клинической практике, как это мастерски описано Vasvani et al [132].

За последние годы было разработано и клинически испытано несколько препаратов. В связи с огромным количеством клинических исследований, проведенных по инъекционным препаратам на основе HA, в данном обзоре приведены только самые последние данные о клинически значимых испытаниях.

В одном из исследований 18 пациентам (25-40 лет) трансдермально вводили в область передней поверхности круговой мышцы 0,6-1 мл препарата Juvederm Ultra 3 (Allergan, Pringy, Франция), который содержит 24 мг/мл неживотного происхождения НА 9%, сшитого с BDDE, лидокаин 0,3% и фосфатный буфер (pH 7,2).

Персистенция НА в тканях полости рта и активность гиалуронидазы оценивались in vitro и in vivo с помощью магнитно-резонансной томографии (МРТ), гистологических и ультраструктурных исследований через 3 и 6 месяцев после лечения [17]. МРТ-исследование показало наличие НА-наполнителя в четко гиперинтенсивной области даже через 6 месяцев. Гистологическое исследование продемонстрировало созревание ткани через 3 месяца и способность НА реорганизовывать и интегрировать внеклеточный матрикс через 6 месяцев. Корреляции между гиалуронидазой и НА не наблюдалось, поэтому полученные клинические результаты, вероятно, зависели от системных факторов, которые могут определять активность гиалуронидазы и, следовательно, долговечность НА [17].

В другом недавнем контролируемом рандомизированном исследовании оценивалась эффективность нового монофазного НА-филлера Sardenyashape® (RF Tech, Сеул, Республика Корея) в отношении уменьшения носогубных складок [20] у 96 здоровых пациентов (старше 30 лет) с носогубными складками. Сообщалось, что Sardenyashape®, сшитый филлер на основе HA неживотного происхождения с BDDE (24 мг/мл), был более эффективен, чем двухфазная HA, в уменьшении носогубной складки благодаря своей способности заполнять мельчайшие промежутки между фибриллами коллагена и эластина [20]. В отличие от двухфазных НА-наполнителей, которые состоят из неоднородной комбинации сшитых и несшитых частиц НА, монофазные наполнители являются однородными и когезивными, что делает их более подходящими для этой конкретной цели [20,133]. Кроме того, данный препарат содержит лидокаин 0,3% для снижения болевых ощущений при инъекциях.

В другом исследовании оценивалась эффективность и безопасность ART FILLER® Volume (Laboratoires FILLMED, Pairs, France), инъекционного сшитого филлера на основе HA, в восстановлении объемов лица путем надкостничной инъекции [9]. Этот препарат содержит 25 мг/мл HA неживотного происхождения, лидокаин 0,3% и фосфатный буфер (pH 7,2). Его отличительной особенностью является технология Tri-Hyal, которая сочетает в себе три различные структуры НА (свободный НА, длинные и очень длинные цепи). Такое сочетание различных структур HA способствует повышению общей эффективности и результативности филлера.

Таким образом, в данном исследовании 98 пациентам были сделаны инъекции в различные зоны лица, максимум в две, а эффективность и безопасность препарата оценивалась и документировалась в течение 18 месяцев [9].

Эффективность дермального филлера (наполнителя) на основе HA также сравнивалась с другими препаратами на основе биополимеров [15,16]. В частности, в клиническом исследовании сравнивалась эффективность четырех различных филлеров: трех филлеров на основе коллагена и филлера на основе HA под названием Perlane® (Medicis Pharmaceuticals, Scottsdale, AZ, USA) [16]. Хотя все четыре протестированных препарата привели к схожему увеличению объема губ, наличие HA в филлере Perlane привело к большему увеличению, чем в других препаратах [10]. В частности, этот препарат содержит сшитый и стабилизированный гель HA неживотного происхождения, полученный в результате бактериальной ферментации, и 0,3% лидокаина для снижения болевых ощущений при введении [16].

В другом рандомизированном контролируемом исследовании сравнивалась эффективность филлера на основе коллагена и филлера на основе НА - нестабилизированной НА (NASHA) филлера Restylane (Medicis Pharmaceutical Co., Scottsdale, AZ, USA), который содержит 20 мг/мл NASHA, диспергированного в физиологическом солевом растворе [15].

При этом клинические результаты двух препаратов с точки зрения эффективности воздействия на кожу и безопасности были практически одинаковыми [15].

Что касается эффективности инъекций HA при остеоартрите, то недавнее исследование Jin et al. (2020) [12] продемонстрировало эффективность инъекций HA в лечении этого заболевания. В исследовании использовался инъекционный гидрогель, состоящий из конъюгированного с тирамином НА и эпигаллокатехин-3-галлата, для устранения воспаления и содействия регенерации хряща при остеоартрите. Испытания in vitro показали, что этот продукт эффективно защищает хондроциты от про-воспалительного фактора интерлейкина 1β (IL-1β) и способствует хондрогенной регенерации. Кроме того, эксперименты in vivo продемонстрировали его эффективность в снижении потери хрящевой ткани [12].

Еще одно эффективное исследование продемонстрировало безопасность и эффективность инъекций Monovisc® (Anika Therapeutics, Bedford, MA, USA) для симптоматического облегчения боли, вызванной остеоартритом коленного сустава (NCT00653432). Этот препарат содержит частично сшитый гиалуронат натрия (22 мг/мл) в фосфатном буферном растворе. В этом исследовании было продемонстрировано, что лечение гиалуронатом привело к снижению балла боли и другим улучшениям физической функции (NCT00653432).

Известно, что наиболее часто используемыми препаратами на основе HA являются филлеры на основе HA, поскольку они составляют 80 % всех филлеров, используемых для омоложения и коррекции объема [134]. В основном, более 50 % содержания HA в организме человека находится в коже [135,136], где она поддерживает внеклеточные пространства, сохраняет гидратацию тканей, способствует переносу ионов и питательных веществ к клеткам [137,138], а также участвует в защите клеток от радикального повреждения [18].

В одном из недавних исследований было проанализировано влияние раствора гиалурона Regulatpro Hyaluron (Dr. Niedermaier, Хоэнбрунн, Германия), принимаемого перорально, на содержание влаги в коже, ее эластичность, шероховатость и глубину морщин [18]. Этот препарат содержит HMW HA биотехнологического происхождения (=1 MDa), дополненную биотином, витамином C, медью, цинком и природным кремнеземом [18]. В частности, состав данного продукта: вода, REGULATESSENZ® (ферментированный каскадный концентрат из: воды, лимонов, инжира, фиников, грецких орехов, соевых бобов, лука, кокоса, растительного глицерина, сельдерея, ростков бобов мунг, экстракта ацеролы (17. 5% витамина С) 0,7%, артишоки, горох, просо, смесь специй, куркума и шафран), концентрат сливы, концентрат груши, экстракт хвоща 1%, L-аскорбиновая кислота 0,375%, глюконат цинка 0,185%, гиалуроновая кислота 0,45%, сульфат меди 0,0049% и D-биотин 0,00025%.

Прием 20 мл в день 20 женщинами (в возрасте 45-60 лет) привел к повышению эластичности и увлажненности кожи, а также к уменьшению ее шероховатости и глубины морщин через 40 дней [18]. Другие многообещающие результаты были получены в исследовании Michelotti et al., в котором пероральный прием 200 мг/день ExceptionHYAL® Star (Roelmi HPC, Origgio, Италия), новой полноспектральной HA, произведенной с помощью передовых технологий и характеризующейся большим спектром молекулярного веса, в течение 28 дней позволил участникам повысить уровень гидратации кожи (+10. 6%), уменьшение глубины (-18,8%) и объема (-17,6%) морщин, а также повышение эластичности и упругости (+5,1%) [19].

Таким образом, данный продукт представляет собой нутрикосметику, созданную для здоровья и при старения кожи, содержащую HA, полученную с помощью передовых технологий с использованием большого спектра MW [19].

Однако многие исследования продемонстрировали эффективность пероральных препаратов на основе HA для лечения остеоартрита коленного сустава и мочевых инфекций [13,29].

Для перорального лечения остеоартроза коленного сустава HA комбинировали с сульфатом хитозана [13]. Тридцать пациентов были случайным образом разделены на две группы: контрольную и лечебную, в которой пациенты принимали Ialoral® 1500 (PharmaSuisse Laboratories s.r.l., Милан, Италия) один раз в день в течение 4 недель [13]. Этот препарат содержит 120 мг HA, 240 мг хондроитина сульфата и по 300 мг калия, марганца и пиперина. Было отмечено, что у пациентов, получавших препарат, наблюдалось значительное снижение клинических показателей по сравнению с контрольной группой. Кроме того, после лечения снизилась цитокинозависимая воспалительная активность, что говорит о потенциальном противовоспалительном действии препарата на хрящ и синовиальную мембрану [13].

Пероральный прием HA также показал свою эффективность в профилактике инфекций мочевыводящих путей у женщин в постменопаузе [29]. В этом случае две капсулы, содержащие НА, хондроитин сульфат, куркумин и кверцетин (как отдельно, так и в сочетании с местным лечением эстриолом), принимались ежедневно по 15 дней в месяц в течение 3 месяцев, затем одна капсула принималась ежедневно по 15 дней в месяц в течение следующих 9 месяцев. Эта терапия оказалась эффективной в профилактике рецидивирующих инфекций мочевыводящих путей [29].

Кроме того, остеоартрит можно лечить пероральным приемом НА (NCT05683327). В частности, недавнее незавершенное клиническое исследование направлено на выяснение влияния UltraHA® (Bloomage Biotechnology, Пекин, Китай), продукта с полным спектром МВ HA, на состояние коленного сустава. Пациенты будут разделены на три группы: первая будет получать 150 мг/день HA, вторая - 80 мг/мл, а третья - группа плацебо, не получающая HA. В этом исследовании ученые будут оценивать состояние колена до и после вмешательства. Сравниваемые группы - это две различные дозы UltraHA® и плацебо (NCT05683327).

Эти результаты подтверждают эффективность HA в качестве диетической добавки. В недавнем исследовании была предпринята попытка изучить фармакокинетические свойства перорально введенной НА [139]. Было установлено, что НА подвергается деполимеризации в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Этот этап имеет решающее значение для биодоступности НА, и этот процесс полностью зависит от микробиоты кишечника. Фактически, эксперименты in vivo показали, что микробиота кишечника метаболизирует более 97 % введенной высокомолекулярной НА, и только около 0,2 % всасывается в организм [139]. Таким образом, MW высокомолекулярного НА снижается, что приводит к образованию фрагментов НА с массой в несколько кДа и ненасыщенных олигосахаридов; однако метаболомные анализы показали, что хозяину доступны только ненасыщенные олигосахариды [139]. Кроме того, исследования in vitro подтвердили деградацию НА и выявили несколько биологически активных метаболитов [139]. Также было показано, что на ограниченную абсорбцию и быстрый метаболизм перорально вводимой НА микробиотой кишечника не влияет молекулярная масса вводимой НА (от 15 до 1600 кДа). Это позволило предположить, что перорально вводимая НА не служит питанием для суставов и кожи, а механизм его действия, скорее всего, связан с системной регуляторной функцией НА или её метаболитов [139].

Помимо пероральных препаратов, потенциал НА исследовался и как биоматериала для создания биоактивных систем доставки лекарств. В ряде работ были получены пустые и загруженные лекарственными препаратами наночастицы НА (HA-NPs) [14,28]. Взаимодействие НА с её эндогенными рецепторами (такими как рецептор CD44 (CD44 R)) представляет собой очень важное преимущество, которое необходимо использовать [140].

В связи с этим в одном из исследований была продемонстрирована эффективность НА в диагностике и лечении атеросклероза [26]. Действительно, при этом патологическом состоянии происходит избыточная экспрессия стабилина-2 (другого рецептора НА) в макрофагах, гладкомышечных клетках и эндотелиальных клетках атеросклеротических бляшек [141], а высокая экспрессия CD44 R происходит на активированных макрофагах, которые играют фундаментальную роль в развитии атеросклеротических бляшек [142]. Испытания in vitro показали, что пустые HA-NPs избирательно поглощаются клетками, экспрессирующими высокие уровни стабилина-2 и CD44 R, посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза. Испытания in vivo также показали равномерное распределение HA-NPs в атеросклеротических поражениях через механизм активного таргетинга благодаря избыточной экспрессии двух рецепторов HA [26].

Потенциал НА также был раскрыт для лечения рака благодаря его взаимодействию с рецептором CD44 R. Этот рецептор играет решающую роль в процессах инвазии и метастазирования некоторых видов рака [143]. Кроме того, он участвует в мезенхимально-эпителиальном переходе [144,145], лекарственной устойчивости [146] и резистентности к химио- и радиотерапии [147], а также является маркером раковых стволовых клеток, рака желудка и молочной железы [148-150]. В связи с этим Zhang et al. разработали расщепляемую ПЭГилированную НА наносистему доставки лекарств, чтобы улучшить активное нацеливание на опухоль, эффективность поглощения опухолевыми клетками и время циркуляции доксорубицина in vitro и in vivo [16]. Кроме того, в данном случае было использовано взаимодействие между НА и CD44 R, что продемонстрировало способность наночастиц на основе НА избирательно нацеливаться на мышиные клетки карциномы толстой кишки, которые были CD44 позитивными. Таким образом, время циркуляции противоопухолевого препарата, загруженного в HA-NPs, и нацеленность на опухолевую ткань были значительно увеличены. Следовательно, токсичность, вызываемая доксорубицином, снижалась [23].

Взаимодействие между НА и CD44 R также было использовано при создании препарата Oncofid-PB (Fidia Farmaceutici S.p.A., Abano Terme, Италия), состоящего из паклитаксела, биоконъюгированного с НА, который оказался эффективным при лечении intravesical рака [24]. Этот препарат содержит полученную биотехнологическим путем тетрабутиламмониевую соль НА с плотностью 200 КДа [24].

Исследования in vitro продемонстрировали его превосходную цитотоксическую активность (до 800 раз) по сравнению с неконъюгированным паклитакселом [24]. Многоцентровое исследование I фазы показало отличную безопасность и переносимость Oncofid-PB у пациентов с внутрипузырным раком, не реагирующих или не переносящих терапию Bacillus Calmette-Gue'rin (BCG) [24]. Кроме того, в настоящее время Oncofid-PB проходит фазу III однорангового многоцентрового международного исследования с целью оценки его эффективности и безопасности у пациентов, не желающих или не имеющих возможности подвергнуться радикальной цистэктомии (NCT05024773).

Пустые HA-NPs также оказались эффективными для лечения остеоартрита [14]: их поглощение клетками увеличивалось за счет эктопической экспрессии CD44 R, что приводило к их интернализации. Кроме того, NPs были выгодно модифицированы, чтобы противостоять деградации гиалуронидазы и обладать способностью длительного удержания в коленном суставе [14].

Пустые HA-NPs также могут быть жизнеспособной альтернативой для лечения псориаза [28]. Недавно на мышиных моделях было продемонстрировано, что HA-NPs способны проникать в воспаленную кожу, избирательно воздействовать на дермальные макрофаги, подавлять про-воспалительный ответ и одновременно восстанавливать кожный барьер [28]. Совсем недавно была разработана трансдермальная система доставки гинзенозида Rg3 (молекулярного соединения с противовоспалительными и иммунорегуляторными функциями) на основе липосом в микроиглах на основе HA, обеспечивающая эффективную местно-специфическую доставку лекарств, контролируемое высвобождение лекарств и улучшенную проницаемость. Наблюдалось уменьшение толщины шиповатой кожи и выработки воспалительных цитокинов, а также увеличение удержания лекарственного средства, не вызывая раздражения кожи [27].

Липосомы, функционализированные HA, также использовались в системах доставки лекарств, направленных на опухоли. В исследовании Deng et al., HA использовали для функционализации липосом для введения доксорубицина в клетки меланомы [22]. Таким образом, противоопухолевый препарат легче усваивался раковыми клетками. Он накапливался вблизи ядра, и, следовательно, концентрация препарата в месте расположения опухоли была выше. Кроме того, было отмечено лучшее время циркуляции препарата и снижение побочных эффектов [22].

Описанные на сегодняшний день результаты использования НА для доставки лекарств многообещающие и показывают, что исследования в этом направлении идут полным ходом. Однако в то же время очевидно, что эти системы широко описаны только in vitro и in vivo на животных. Для тестирования на людях, на самом деле, необходимо пройти еще множество этапов, в которых необходимо оценить не только эффективность и безопасность НА, но и сшивающих агентов, добавок и других компонентов NPs.

Ранее было описано, что HA играет важнейшую роль в поддержании гидратации и эластичности кожи, а ее снижение способствует появлению видимых эффектов старения кожи. Поэтому основной стратегией борьбы со старением кожи является применение HA как наружно, так и внутренне, чтобы обеспечить его эффективное проникновение в эпидермис и дерму.

Некоторые исследователи разработали матрицу HA, полученную и очищенную из гребней петуха и состоящую из 67% HA со средней MW 1,3 МДа, 12% сульфатированных GAGs, 17% белков и воды [37]. Этот продукт показал свою эффективность в регенерации фибробластов и кератиноцитов, а также увлажняющее, антивозрастное и антиоксидантное действие [37].

В другом недавнем исследовании оценивалась эффективность каркасов из шелкового фиброина/НА/альгината натрия в восстановлении кожи [38]. Эксперименты in vitro показали, что эти каркасы обладают улучшенными механическими свойствами, а также соответствующей способностью к набуханию и способствуют пролиферации и адгезии клеток NIH-3T3. Исследования in vivo показали, что эти каркасы ускоряют процесс заживления ран и обеспечивают благоприятную среду для восстановления дермы с подходящей скоростью деградации, что приводит к значительной реконструкции кожи [38].

HA также может быть использована для создания гидрогелевых пластырей, полезных в тканевой инженерии [32]. Choi et al. (2020) [32] разработали остеокондуктивные пирогаллол-конъюгированные гидрогелевые пластыри с НА для эффективного формирования костной ткани. В частности, в них были включены гидроксиапатит, витлокит и костный морфогенетический белок-2, которые продемонстрировали улучшенное деградационное поведение и механические свойства, усиленную остеогенную дифференциацию стволовых клеток человека in vitro и эффективное формирование минерализованной кости in vivo [32].

Будучи биосовместимым и биоразлагаемым соединением с исключительными свойствами, HA обладает большим потенциалом в качестве биоактивной молекулы для лечения различных физиологических и патологических состояний. В связи с этим растет интерес к коммерческим усилиям по разработке новых и более эффективных процессов производства и терапевтических продуктов. В настоящее время проводятся обширные промышленные и научные исследования, направленные на оптимизацию существующих методов и получение высококачественных продуктов на основе HA по доступной цене.

В данной обзорной статье основное внимание уделяется биосинтетическому пути НА и подчеркивается, что выход НА ограничен несколькими факторами, поскольку многие промежуточные продукты метаболизма необходимы для других клеточных процессов. Однако, оптимизируя условия культивирования, можно регулировать как выход, так и молекулярную массу (MW) конечного продукта.

Хотя природные микроорганизмы, продуцирующие HA, продемонстрировали свой потенциал, они также представляют определенные проблемы, в частности, связанные с наличием эндотоксинов в конечном продукте. Этот вопрос был решен путем использования рекомбинантных систем. Различные бактерии, такие как E. coli, B. megaterium и B. subtilis, были генетически модифицированы благодаря их безопасности, способности производить значительное количество НА и простоте манипуляций в лаборатории.

В статье обсуждаются результаты применения продуктов на основе НА в сфере здравоохранения за последнее десятилетие, подчеркивается, что НА стал биоактивной молекулой с большим потенциалом в различных биомедицинских аспектах. Они варьируются от пользы для кожи до лечения рака и от воспалительных заболеваний до хронических патологий. В настоящее время продолжаются исследования в этих областях, но необходимо преодолеть некоторые ограничения, начиная с высокой стоимости производства HA. Кроме того, дополнительные проблемы создает потенциальное возникновение аллергических реакций из-за микробных белков в конечном продукте и присутствия эндотоксинов. Сложности добавляют ограниченные клинические испытания, требующие значительного времени.

В заключение следует отметить, что разработка инновационных систем производства HA является важнейшей задачей для удовлетворения растущего спроса на HA при устойчивых затратах. Одновременно с этим понимание новых путей получения биологически активной HA в сочетании с проведением клинических испытаний продуктов на основе HA стимулирует биомедицинские и фармацевтические исследования в этой области.