RAMT

Авторы

П.П. Снетков ¹ , R.O. Shaikenov ¹ , P.G. Serbun ¹ , H. Wu ^1, ² , D.A. Bauman ¹ , Z. Wang ² , С.Н. Морозкина ¹

¹ Институт перспективных систем передачи данных, Университет ИТМО, Кронверкский пр., д. 49, лит. А., Санкт-Петербург, 197101, Россия

² International Research Centre for Nano Handling and Manufacturing of China, Changchun University of Science and Technology, 7089 Weixing Road, Changchun, 130022, China

10.17586/2687-0568-2024-6-2-67-79

Rev. Adv. Mater. Technol., 2024, vol. 6, no. 2, pp. 67–79

Аннотация

Современная медицина остро нуждается в высокоэффективных и безопасных лекарственных и диагностических средствах. Инкапсулирование фармацевтических агентов, обладающих низкой растворимостью и липофильностью, в биополимерные матрицы позволяет повысить биодоступность таких систем. Гиалуроновая кислота является одним из наиболее подходящих полимеров для этой цели. Однако, несмотря на большое количество систем доставки лекарств на её основе, структура таких систем недостаточно изучена, что ограничивает разработку высокоэффективных терапевтических препаратов и, в конечном итоге, сдерживает переход к персонализированной медицине. Рентгеновские, лазерные и синхротронные методы могут помочь исследователям понять взаимодействие между лекарством и полимерной матрицей, что позволит в дальнейшем исследовать другие биологически активные молекулы. Целью данного обзора является обсуждение современного состояния исследований материалов на основе гиалуроновой кислоты рентгеновскими, лазерными и синхротронными методами анализа. Кроме того, предоставляется ключевая информация, касающаяся гиалуроновой кислоты.

Ключевые слова

гиалуроновая кислота; конформация; рентгеновское излучение; синхротронное излучение; современные системы доставки лекарств

Финансирование

Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation: 075-15-2021-1349

Ссылки

1.    A. Varki, R.D. Cummings, J.D. Esko, P. Stanley, G.W. Hart, M. Aebi, D. Mohnen, T. Kinoshita, N.H. Packer, J.H. Prestegard, R.L. Schnaar, P.H. Seeberger, Essentials of Glycobiology (4th ed.), Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 2022.
2.    L.C. Becker, W.F. Bergfeld, D.V. Belsito, C.D. Klaassen, J.G. Jr Marks, R.C. Shank, T.J. Slaga, P.W. Snyder, Cosmetic Ingredient Review Expert Panel, F.A. Andersen, Final report of the safety assessment of hyaluronic acid, potassium hyaluronate, and sodium hyaluronate, Int. J. Toxicol., 2009, vol. 28, no. 4_suppl., pp. 5-67.
3.    Z. Cai, H. Zhang, Y. Wei, M. Wua, A. Fu, Shear-thinning hyaluronan-based fluid hydrogels to modulate viscoelastic properties of osteoarthritis synovial fluids, Biomater. Sci., 2019, vol. 7, pp. 3143-3157.
4.    W.H. Chang, P.Y. Liu, M.H. Lin, C.J. Lu, H.Y. Chou, C.Y. Nian, Y.T. Jiang, Y.H. Hsu, Applications of Hyaluronic Acid in Ophthalmology and Contact Lenses, Molecules, 2021, vol. 26, no. 9, art. no. 2485.
5.    J.A. Vázquez, L. Pastrana, C. Piñeiro, J.A. Teixeira, R.I. Pérez-Martín, I.R. Amado, Production of Hyaluronic Acid by Streptococcus zooepidemicus on Protein Substrates Obtained from Scyliorhinus canicula Discards, Marine Drugs, 2015, vol. 13, no. 10, pp. 6537-6549.
6.    M.A. Selyanin, P.Ya. Boykov, V.N. Khabarov, Hyaluronic Acid: Production, Properties, Application in Biology and Medicine, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, 2015.
7.    M.K. Cowman, T.A. Schmidt, P. Raghavan, A. Stecco, Viscoelastic Properties of Hyaluronan in Physiological Conditions, F1000Research, 2015, vol. 4, art. no. 622.
8.    M.K. Cowman, S. Matsuoka, Experimental approaches to hyaluronan structure, Carbohydr. Res., 2005, vol. 340, no. 5, pp. 791-809.
9.    K.C. Bordon, G.A. Wiezel, F.G. Amorim, E.C. Arantes, Arthropod venom Hyaluronidases: biochemical properties and potential applications in medicine and biotechnology, J. Venom. Anim. Toxins incl. Trop. Dis., 2015, vol. 21, art. no. 43.
10.    K.Y. Suh, J.M. Yang, A. Khademhosseini, D. Berry, T.N. Tran, H. Park, R. Langer, Characterization of chemisorbed hyaluronic acid directly immobilized on solid substrates, J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater., 2005, vol. 72, no. 2, pp. 292-298.
11.    A. Yasin, Y. Ren, J. Li, Y. Sheng, C. Cao, K. Zhang, Advances in Hyaluronic Acid for Biomedical Applications, Front. Bioeng. Biotechnol., 2022, vol. 10, art. no. 910290.
12.    I.S. Bayer, Hyaluronic Acid and Controlled Release: A Review, Molecules, 2020, vol. 25, no. 11, art. no. 2649.
13.    R.C. Gupta, R. Lall, A. Srivastava, A. Sinha, Hyaluronic Acid: Molecular Mechanisms and Therapeutic Trajectory, Front Vet. Sci., 2019, vol. 6, art. no. 192.
14.    W. Lin, Z. Liu, N. Kampf, J. Klein, The Role of Hyaluronic Acid in Cartilage Boundary Lubrication, Cells, 2020, vol. 9, no. 7, art. no. 1606.
15.    M. Litwiniuk, A. Krejner, M.S. Speyrer, A.R. Gauto, T. Grzela, Hyaluronic Acid in Inflammation and Tissue Regeneration, Wounds, 2016, vol. 28, no. 3, pp. 78-88.
16.    S. Mallakpour, E. Azadi, C.M. Hussain, Chitosan, alginate, hyaluronic acid, gums, and β-glucan as potent adjuvants and vaccine delivery systems for viral threats including SARS-CoV-2: A review, Int. J. Biol. Macromol., 2021, vol. 182, pp. 1931-1940.
17.    A.M. Ponsiglione, M.Russo, E. Torino, Glycosaminoglycans and Contrast Agents: The Role of Hyaluronic Acid as MRI Contrast Enhancer, Biomolecules, 2020, vol. 10, no. 12, art. no. 1612.
18.    M. Hamilton, S. Harrington, P. Dhar, L. Stehno-Bittel, Hyaluronic Acid Hydrogel Microspheres for Slow Release Stem Cell Delivery, ACS Biomater. Sci. Eng., 2021, vol. 7, no. 8, pp. 3754-3763.
19.    T. Brown, The Development of Hyaluronan as a Drug Transporter and Excipient for Chemotherapeutic Drugs, Curr. Pharm. Biotechnol., 2008, vol. 9, no. 4, pp. 253-260.
20.    A. Ouhtit, Z.Y. Abd Elmageed, M.E. Abdraboh, T.F. Lioe, M.H. Raj, In Vivo Evidence for the Role of CD44s in Promoting Breast Cancer Metastasis to the Liver, Amer. J. Pathol., 2007, vol. 171, no. 6, pp. 2033-2039.
21.    P. Gibbs, P.R. Clingan, V. Ganju, A.H. Strickland, S.S. Wong, N.C. Tebbutt, C.R. Underhill, R.M. Fox, S.P. Clavant, J. Leung, M. Pho, T.J. Brown, Hyaluronan-Irinotecan improves progression-free survival in 5-fluorouracil refractory patients with metastatic colorectal cancer: A randomized phase II trial, Cancer Chemother. Pharmacol., 2011, vol. 67, no. 1, pp. 153-163.
22.    A. Shah, S. Aftab, J. Nisar, M. Ashiq, F. Iftikhar, Nanocarriers for targeted drug delivery, J. Drug Deliv. Sci. Technol., 2021, vol. 62, art. no. 102426.
23.    A. Zielińska, F. Carreiró, A.M. Oliveira, A. Neves, B. Pires, D.N. Venkatesh, A. Durazzo, M. Lucarini, P. Eder, A.M. Silva, A. Santini, E.B. Souto, Polymeric Nanoparticles: Production, Characterization, Toxicology and Ecotoxicology, Molecules, 2020, vol. 25, no. 16, art. no. 3731.
24.    J.K. Patra, G. Das, L.F. Fraceto, E.V.R. Campos, M.D.P. Rodriguez-Torres, L.S. Acosta-Torres, L.A. Diaz-Torres, R. Grillo, M.K. Swamy, S. Sharma, S. Habtemariam, H.S. Shin, Nano based drug delivery systems: recent developments and future prospects, J. Nanobiotechnol., 2018, vol. 16, no. 1, art. no. 71.
25.    R. Edelman, Y.G. Assaraf, I. Levitzky, T. Shahar, Y.D. Livney, Hyaluronic acid-serum albumin conjugate-based nanoparticles for targeted cancer therapy, Oncotarget, 2017, vol. 8, no. 15, pp. 24337-24353.
26.    A. Gennari, J.M. Rios de la Rosa, E. Hohn, M. Pelliccia, E. Lallana, R. Donno, A. Tirella, N. Tirelli, The different ways to chitosan/hyaluronic acid nanoparticles: templated vs direct complexation. Influence of particle preparation on morphology, cell uptake and silencing efficiency, Beilstein J. Nanotechnol., 2019, vol. 10, pp. 2594-2608.
27.    V. Malytskyi, J. Moreau, M. Callewaert, C. Henoumont, C. Cadiou, C. Feuillie, S. Laurent, M. Molinari, F. Chuburu, Synthesis and Characterization of Conjugated Hyaluronic Acids. Application to Stability Studies of Chitosan-Hyaluronic Acid Nanogels Based on Fluorescence Resonance Energy Transfer, Gels, 2022, vol. 8, no. 3, art. no. 182.
28.    G. La Verde, A. Sasso, G.Rusciano, A. Capaccio, S. Fusco, L. Mayol, M. Biondi, T. Silvestri, P.A.Netti, M. La Commara, V. Panzetta, M. Pugliese, Characterization of Hyaluronic Acid-Coated PLGA Nanoparticles by Surface-Enhanced Raman Spectroscopy, Int. J. Mol. Sci., 2023, vol. 24, no. 1, art. no. 601.
29.    F. Horkay, P.J. Basser, A.M. Hecht, E. Geissler, Ionic effects in semi-dilute biopolymer solutions: A small angle scattering study, J. Chem. Phys., 2018, vol. 149, no. 16, art. no. 163312.
30.    Y. Sun, Anomalous small-angle X-ray scattering for materials chemistry, Trends Chem., 2021, vol. 3, no. 12, pp. 1045-1060. EDN: WRAIAV
31.    F. Horkay, A.-M. Hecht, C. Rochas, P.J. Basser, E. Geissler, Anomalous small angle x-ray scattering determination of ion distribution around a polyelectrolyte biopolymer in salt solution, J. Chem. Phys., 2006, vol. 125, no. 23, art. no. 234904.
32.    F. Horkay, P.J. Basser, D.J. Londono, A.M. Hecht, E. Geissler, Ions in hyaluronic acid solutions, J. Chem. Phys., 2009, vol. 131, no. 18, art. no. 184902.
33.    G. Giubertoni, F. Burla, C. Martinez-Torres, B. Dutta, G. Pletikapic, E. Pelan, Y. L. A. Rezus, G.H. Koenderink, H.J. Bakker, Molecular Origin of the Elastic State of Aqueous Hyaluronic Acid, J. Phys. Chem. B, 2019, vol. 123, no. 14, pp. 3043-3049.
34.    G. Huang, H. Huang, Application of hyaluronic acid as carriers in drug delivery, Drug Deliv., 2018, vol. 25, no. 1, pp. 766-772.
35.    R. Tabanelli, S. Brogi, V. Calderone, Improving Curcumin Bioavailability: Current Strategies and Future Perspectives, Pharmaceutics, 2021, vol. 13, no. 10, art. no. 1715.
36.    A. Takahara, Y. Higaki, T. Hirai, R. Ishige, Application of Synchrotron Radiation X-ray Scattering and Spectroscopy to Soft Matter, Polymers, 2020, vol. 12, no 7, art. no. 1624.
37.    J.L. Nitiss, Targeting DNA topoisomerase II in cancer chemotherapy, Nat. Rev. Cancer, 2009, vol. 9, no. 5, pp. 338-350.
38.    V. Krishnan, K. Peng, A. Sarode, S. Prakash, Z. Zhao, S.K. Filippov, K. Todorova, B.R. Sell, O. Lujano, S. Bakre, A. Pusuluri, D. Vogus, K.Y. Tsai, A. Mandinova, S. Mitragotri, Hyaluronic acid conjugates for topical treatment of skin cancer lesions, Sci. Adv., 2021, vol. 7, no. 24, art. no. eabe6627.
39.    C.I. Camara, L. Bertocchi, C. Ricci, R. Bassi, A. Bianchera, L. Cantu', R. Bettini, E. Del Favero, Hyaluronic Acid-Dexamethasone Nanoparticles for Local Adjunct Therapy of Lung Inflammation, Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, no. 19, art. no. 10480.
40.    J.W. Raynor, W. Minor, M. Chruszcz, Dexamethasone at 119 K, Acta Cryst. E., 2007, vol. 63, pp. o2791-o2793.
41.    D.W.P. Collis, G. Yilmaz, Y. Yuan, A. Monaco, G. Ochbaum, Y. Shi, C. O'Malley, V. Uzunova, R. Napier, R. Bitton, C.R. Becer, H.S. Azevedo, Hyaluronan (HA)-inspired glycopolymers as molecular tools for studying HA functions, RSC Chem. Biol., 2021, vol. 2, no. 2, pp. 568-576.
42.    S. Garantziotis, R.C. Savani, Hyaluronan biology: A complex balancing act of structure, function, location and context, Matrix Biol., 2019, vol. 78-79, pp. 1-10.
43.    J. Škerlová, V. Král, M. Kachala, M. Fábry, L. Bumba, D.I. Svergun, Z. Tošner, V. Veverka, P. Řezáčová, Molecular mechanism for the action of the anti-CD44 monoclonal antibody MEM-85, J. Struct. Biol., 2015, vol. 191, no. 2, pp. 214-223.
44.    M. Sugahara, C. Song, M. Suzuki, T. Masuda, S. Inoue, T. Nakane, F. Yumoto, E. Nango, R. Tanaka, K. Tono, Y. Joti, T. Kameshima, T. Hatsui, M. Yabashi, O. Nureki, K. Numata, S. Iwata, Oil-free hyaluronic acid matrix for serial femtosecond crystallography, Sci. Rep., 2016, vol. 6, art. no. 24484.

Гиалуроновая кислота как объект исследования и вспомогательный материал для рентгеновской и лазерной науки: обзор

Авторы

Аннотация

Ключевые слова

Финансирование