A new composition of hyaluronic acid modifications, HR-2, with proteinogenic amino acids increases the metabolic activity of fibroblasts without pronounced proliferative effects
Authors: Московцев А.А. , Зайченко Д.М. , Хабаров В.Н. , Михайлова Н.П. , Тявин Д.Ю. , Селянин М.А. , Соколовская А.А. , Кубатиев А.А. 
Published: December 2020

Гетерополисахарид гиалуронан, являясь ключевым компонентом внеклеточного матрикса, играет важную роль в поддержании определенных физико-химических условий в тканях. Кроме того, гиалуронан может модулировать состояние клеток через взаимодействие с рецепторами и эндоцитоз, однако, эти эффекты недостаточно изучены. Благодаря своим уникальным свойствам, гиалуронан нашел широкое применение в разных областях биомедицины, в частности, активно используется в качестве микроимплантатов в дерму для коррекции возрастных изменений кожи. Вместе с тем, нативный гиалуронан нестабилен при инъекции и подвергается быстрой деградации в ткани, что существенно ограничивает продолжительность вызываемых им эффектов. В данной работе исследуется новая композиция на основе гиалуронана - HR-2, которую отличают ковалентные сшивки между цепями, введенные путем разработанной авторами одностадийной технологии твердофазной модификации полисахаридов. Сшивки препятствуют быстрой деградации гиалуронана. Авторами предложена концепция функционирования гиалуронана в ткани в качестве депо протеиногенных аминокислот и витаминов в целях поддержания биосинтетической активности клеток. Ранее было показано, что сшитый по данной технологии гиалуронан более стабилен в дерме, в связи с чем его действие в качестве депо может быть пролонгировано. В данной работе исследуется влияние на эндотелиоцитоподобные клетки и фибробласты препарата HR-2, представляющего собой новую композицию гиалуроната натрия и сополимера гиалуроновой кислоты с аскорбилфосфатом магния с добавлением глицина, пролина, лизина. В работе проводится сравнение с немодифицированным гиалуронатом натрия. Установлено, что композиция HR-2 в сравнительно высоких концентрациях дозозависимо увеличивает активность дегидрогеназ в фибробластах, что может свидетельствовать о метаболическом их стимулировании. Это отличает препарат HR-2 от нативной гиалуроновой кислоты, ингибирующей в этих же концентрациях метаболическую активность фибробластов. Оба препарата - и HR-2, и нативная гиалуроновая кислота - в малых концентрациях вызывают гормезис-подобный, стимулирующий метаболизм эндотелиоцитов эффект. Цитотоксичность композиции HR-2 ниже нативной гиалуроновой кислоты на обоих клеточных типах. Следует также отметить, что не выявлено достоверного пролиферативного действия обоих препаратов. Полученные в работе новые сведения могут быть использованы для оптимизации режимов применения препаратов гиалуроновой кислоты в биомедицине, с целью достижения максимального терапевтического эффекта и снижения нежелательных последствий его применения.

Hyaluronan (HA) is a linear heteropolysaccharide, a key component of the extracellular matrix. It plays an important role in maintaining certain physicochemical conditions in tissues. In addition, hyaluronan can modulate the state of cells through interaction with receptors and endocytosis; however, these effects are not well understood. Due to its unique properties, hyaluronan is widely used in various fields of biomedicine, in particular, as microimplant for correction of age-related skin changes. However, native hyaluronan is unstable when injected and undergoes rapid degradation in the tissue, which significantly limits duration of its effects. In this study, we evaluated a new hyaluronan-based composition, HR-2, which is distinguished by covalent cross-links between the chains. Those cross-links were incorporated using a one-stage technology of solid-phase modification of polysaccharides developed by the authors. The cross-links prevent the rapid degradation of hyaluronan. The authors proposed a concept of injecting hyaluronan into tissue as a depot of proteinogenic amino acids and vitamins in order to maintain the biosynthetic activity of cells. Previously it was shown that hyaluronan produced with this technology was more stable in the dermis, and, therefore, its performance as a depot can be prolonged. In this work, we studied the effect on endotheliocyte-like cells and fibroblasts of HR-2, which is a new composition of sodium hyaluronate and a copolymer of hyaluronic acid with magnesium ascorbyl phosphate supplemented with glycine, proline, and lysine. The study compared HR-2 with unmodified sodium hyaluronate. We found that the composition of HR-2 in relatively high concentrations dose-dependently increased dehydrogenase activities in fibroblasts, that might indicate their metabolic stimulation. This differs HR-2 from native hyaluronic acid, which inhibits the metabolic activity of fibroblasts when added in similar concentrations. Low concentrations of both drugs, HR-2 and native hyaluronic acid, exerted a hormesis-like effect on endotheliocyte metabolism. Cytotoxicity of the HR-2 formulation was lower than of native hyaluronic acid in both cell types. It should also be noted that no reliable proliferative effects of both drugs have been identified. The new information obtained in this study can help optimizing the use of hyaluronic acid drugs in biomedicine to achieve the best therapeutic effect and reduce undesirable consequences of its use.