Hyaluronan là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Giới thiệu về Hyaluronan

Hyaluronan, còn được gọi là acid hyaluronic (HA), là một polysaccharide tự nhiên thuộc nhóm glycosaminoglycan không sulfat, có mặt phổ biến trong mô liên kết, dịch khớp, thủy tinh thể mắt và da người. Đây là một thành phần thiết yếu của chất nền ngoại bào (extracellular matrix), đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ẩm, đàn hồi và cấu trúc tế bào.

Điểm nổi bật của hyaluronan là khả năng giữ nước vượt trội: một gram HA có thể giữ được tới sáu lít nước. Nhờ tính chất sinh học ưu việt và tương thích sinh học cao, hyaluronan được ứng dụng rộng rãi trong y học, dược phẩm, mỹ phẩm và kỹ thuật mô.

Hyaluronan tồn tại dưới nhiều dạng trọng lượng phân tử khác nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng sinh học của nó. Cấu trúc đơn giản, không phân nhánh, cùng khả năng bị phân giải sinh học theo cơ chế enzyme khiến nó trở thành vật liệu lý tưởng trong các ứng dụng y sinh học hiện đại.

Cấu trúc phân tử và tính chất hóa lý

Hyaluronan là một polysaccharide tuyến tính gồm các đơn vị lặp lại của acid D-glucuronic và N-acetyl-D-glucosamine, liên kết luân phiên bằng liên kết glycosidic β-1,3 và β-1,4. Không giống các glycosaminoglycan khác, hyaluronan không gắn sulfat và không liên kết với protein trung tâm.

Công thức cấu trúc tổng quát:

$[(-\beta(1→4)-D-GlcA-\beta(1→3)-D-GlcNAc-)]_n$

Phân tử hyaluronan có trọng lượng phân tử dao động từ vài nghìn đến hàng triệu Daltons (Da), tạo ra các đặc tính nhớt, đàn hồi và thẩm thấu khác nhau. Dạng trọng lượng cao (HMW-HA) thường tạo dung dịch nhớt và ổn định, trong khi dạng trọng lượng thấp (LMW-HA) thấm sâu hơn vào biểu bì và có hoạt tính sinh học cao hơn.

Bảng so sánh một số đặc tính hóa lý:

Thông số	HMW-HA	LMW-HA
Trọng lượng phân tử	> 1,000 kDa	< 500 kDa
Độ nhớt	Cao	Thấp
Thấm qua da	Hạn chế	Tốt
Tác dụng sinh học	Bảo vệ mô, bôi trơn	Chống viêm, chống oxy hóa

Sinh tổng hợp và phân hủy sinh học

Hyaluronan được tổng hợp tại màng tế bào bởi enzyme hyaluronan synthase (HAS), gồm ba isoform chính: HAS1, HAS2 và HAS3. Không giống các glycosaminoglycan khác được tổng hợp trong Golgi, hyaluronan được tạo trực tiếp tại bề mặt màng plasma và giải phóng vào khoảng gian bào.

Các enzyme tổng hợp có tính đặc hiệu riêng biệt:

• HAS1: tổng hợp chậm, tạo HA trọng lượng rất cao
• HAS2: hoạt động mạnh, sản sinh HMW-HA chủ yếu trong mô liên kết
• HAS3: tạo LMW-HA nhanh, liên quan đến phản ứng viêm

Phân hủy hyaluronan diễn ra thông qua enzyme hyaluronidase (HYAL), có mặt trong huyết thanh, bạch cầu và một số vi sinh vật. Bên cạnh đó, stress oxy hóa và bức xạ cũng có thể gây phân mảnh HA thành các đoạn nhỏ có hoạt tính sinh học mạnh.

Xem phân tích tại NCBI: PMC3709882.

Phân loại theo trọng lượng phân tử

Hyaluronan được phân loại dựa trên trọng lượng phân tử, yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt, khả năng thẩm thấu, và hoạt tính sinh học của phân tử. Các nhóm chính bao gồm:

• LMW-HA (< 500 kDa): dễ xuyên qua biểu bì, thường dùng trong mỹ phẩm chống viêm và tái tạo
• MMW-HA (500–1000 kDa): giữ được một phần tính nhớt và khả năng hấp thụ tốt
• HMW-HA (> 1000 kDa): đặc tính bôi trơn, duy trì cấu trúc mô, ứng dụng y học nhiều nhất

Khả năng tương tác sinh học và chức năng của hyaluronan phụ thuộc mạnh vào phân loại này. Ví dụ, HMW-HA có tác dụng chống viêm bằng cách ức chế Toll-like receptors (TLRs), trong khi LMW-HA lại kích hoạt các tín hiệu viêm.

Bảng minh họa vai trò theo trọng lượng phân tử:

Loại	Ứng dụng	Cơ chế nổi bật
LMW-HA	Mỹ phẩm, kích thích miễn dịch	Kích hoạt tế bào thông qua CD44, TLR
MMW-HA	Dưỡng ẩm, bổ trợ y học	Hòa hợp chức năng với tế bào mô mềm
HMW-HA	Tiêm nội khớp, bảo vệ mắt	Bôi trơn, chống viêm, tạo nền mô

Chức năng sinh học và vai trò trong cơ thể

Hyaluronan đóng vai trò quan trọng trong nhiều hoạt động sinh học cơ bản, bao gồm duy trì cân bằng nước, kiểm soát độ nhớt dịch gian bào, và điều hòa tương tác tế bào - chất nền. Với khả năng giữ nước vượt trội và tương tác linh hoạt với các protein như collagen, fibronectin và proteoglycan, HA là yếu tố then chốt trong việc duy trì cấu trúc và chức năng của mô liên kết.

Hyaluronan ảnh hưởng trực tiếp đến hành vi tế bào thông qua các thụ thể bề mặt như CD44, RHAMM và LYVE-1. Sự gắn kết này kích hoạt các đường tín hiệu nội bào có vai trò trong sinh trưởng, biệt hóa, di cư và sống sót của tế bào. Trong điều kiện tổn thương mô, HA kích thích sự di cư của nguyên bào sợi, tế bào miễn dịch và hỗ trợ tái cấu trúc ECM.

Các chức năng sinh học chính của hyaluronan:

• Duy trì độ nhớt và thể tích của dịch khớp
• Bảo vệ mô dưới áp lực cơ học, đặc biệt ở mắt và sụn
• Hỗ trợ quá trình lành vết thương nhờ điều hòa phản ứng viêm và tăng sinh tế bào
• Tạo môi trường vi mô thuận lợi cho tế bào gốc

Ứng dụng y học lâm sàng

Trong y học lâm sàng, hyaluronan được sử dụng rộng rãi nhờ khả năng phân hủy sinh học, không độc và tương thích cao với mô sống. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là điều trị viêm xương khớp bằng cách tiêm nội khớp dung dịch HMW-HA để cải thiện độ nhớt dịch khớp và giảm đau.

Hyaluronan còn được dùng trong nhãn khoa, đặc biệt là phẫu thuật đục thủy tinh thể và cấy ghép giác mạc, nhờ đặc tính bảo vệ nội mô, duy trì khoang trước mắt và giảm tổn thương cơ học. Trong y học tái tạo, hydrogel từ HA được phát triển làm vật liệu scaffold cho da, sụn và thần kinh.

Nghiên cứu lâm sàng đã chứng minh hiệu quả của HA trong điều trị viêm khớp gối, với cải thiện rõ rệt ở chỉ số WOMAC và giảm số lần dùng thuốc giảm đau. Chi tiết tại PMC8422423.

Ứng dụng lâm sàng khác:

1. Tiêm làm đầy mô mềm trong phẫu thuật thẩm mỹ
2. Chất mang thuốc kháng sinh và steroid
3. Hydrogel HA dùng trong điều trị loét mãn tính và bỏng

Ứng dụng trong mỹ phẩm và chăm sóc da

Hyaluronan là thành phần quan trọng trong các sản phẩm chăm sóc da nhờ khả năng giữ ẩm vượt trội và tương thích với nhiều loại da. HMW-HA chủ yếu hoạt động trên bề mặt da, tạo lớp màng ngăn mất nước qua biểu bì (TEWL), còn LMW-HA có thể thấm sâu vào lớp trung bì, kích thích tăng sinh tế bào và tổng hợp collagen.

HA giúp cải thiện độ đàn hồi da, giảm nếp nhăn và hỗ trợ phục hồi da sau tổn thương do tia UV hoặc viêm. Ngoài ra, các dạng HA biến tính như hydrolyzed hyaluronic acid và sodium acetylated hyaluronate đang được sử dụng trong các công thức mỹ phẩm cao cấp.

Theo một nghiên cứu công bố trên PMC3583886, sử dụng serum chứa HA hàng ngày giúp tăng đáng kể độ ẩm da và cải thiện độ đàn hồi sau 8 tuần sử dụng.

Hyaluronan biến tính và hydrogel

Để mở rộng phạm vi ứng dụng, hyaluronan thường được biến tính hóa học để tạo các cấu trúc mạng polymer ba chiều (hydrogel) với độ bền cơ học và khả năng điều khiển giải phóng thuốc tốt hơn. Một số phương pháp biến tính phổ biến gồm:

• Thiolated HA: chứa nhóm -SH, dùng để tạo mạng gel có tính tái kết nối
• Methacrylated HA (HAMA): dùng trong hydrogel quang trùng hợp
• Crosslinked HA (HA-XL): ứng dụng trong tiêm làm đầy hoặc dẫn thuốc

Hydrogel từ HA đang được nghiên cứu như nền dẫn thuốc trong điều trị ung thư, vật liệu tái tạo sụn và hệ thống truyền insulin tự điều chỉnh. Các hệ thống HA-based nanocarrier có thể nhắm đích chính xác nhờ khả năng nhận diện thụ thể CD44 quá biểu hiện trên nhiều loại tế bào ung thư.

Xu hướng nghiên cứu và phát triển

Hướng phát triển mới tập trung vào tích hợp hyaluronan với các vật liệu tiên tiến như peptide chức năng, graphene oxide, hoặc nano bạc để tạo ra các vật liệu thông minh đa chức năng. HA cũng đang được ứng dụng trong kỹ thuật in sinh học 3D để tạo scaffold mô mềm có khả năng phân hủy sinh học có kiểm soát.

Các hướng nghiên cứu nổi bật:

1. HA-nanoparticle để dẫn thuốc nhắm trúng đích
2. Hydrogel nhạy pH hoặc nhiệt dùng trong y học tái tạo
3. HA-kết hợp collagen để mô phỏng môi trường ngoại bào sinh lý

Bài tổng quan gần đây trên ACS Biomacromolecules đã đề xuất các chiến lược tối ưu hóa cấu trúc HA để cải thiện độ bền cơ học và tính năng sinh học trong điều kiện in vivo.

Tài liệu tham khảo

1. Necas, J. et al. (2008). "Hyaluronic acid (hyaluronan): a review". Veterinarni Medicina, 53(8), 397–411.
2. U.S. National Library of Medicine - NCBI. "Biosynthesis and degradation of hyaluronan". https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3709882/
3. Price, R. D. et al. (2005). "Hyaluronic acid: a review of clinical effectiveness in the treatment of osteoarthritis". Clinical Interventions in Aging, 1(1), 21–31.
4. Göllner, I. et al. (2017). "Oral supplementation of specific collagen peptides has beneficial effects on human skin physiology: a double-blind, placebo-controlled study". Skin Pharmacology and Physiology, 30(1), 47–55.
5. Jin, R. et al. (2020). "Synthesis and characterization of hyaluronic acid-based hydrogels for biomedical applications". ACS Biomacromolecules. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.biomac.0c00138
6. Papakonstantinou, E. et al. (2012). "Hyaluronic acid: A key molecule in skin aging". Dermato-Endocrinology. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3583886/
7. Sadozai, H. et al. (2021). "Intra-articular hyaluronic acid in knee osteoarthritis". Clinical Medicine Insights. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8422423/