Особенности растворов гиалуроновой кислоты для внутрисуставного введения и современные тенденции в их разработке (обзор)

Введение. Наиболее распространённым способом поддержания вязкоэластических свойств синовиальной жидкости является внутрисуставное введение растворов гиалуроновой кислоты. Такие формы имеют ряд особенностей, обусловленных способом введения, особенностями субстанции, а также их состава, технологии и упаковки. Целью работы являлся анализ особенностей растворов гиалуроновой кислоты для внутрисуставного введения, а также рассмотрение современных подходов к их фармацевтической разработке.

Текст. В настоящее время в России большая часть таких форм зарегистрирована в качестве медицинских изделий. Каждый препарат имеет свои характеристики, в том числе: источник получения субстанции, основная молекулярная масса и диапазон молекулярных масс гиалуроновой кислоты, структура молекулы (линейная или поперечносшитая), способ её химической модификации, концентрация, объём раствора, режим дозирования и др. В качестве вспомогательных веществ чаще всего используют натрия хлорид, воду для инъекций и фосфатный буферный раствор для поддержания значений рН близких к синовиальной жидкости. Некоторые протезы содержат маннитол в качестве антиоксиданта. Известны комбинации гиалуроновой кислоты с активными субстанциями, обладающими хондропротекторным действием – хондроитина сульфатом, натрия сукцинатом. Основным видом первичной упаковки являются стеклянные преднаполненные шприцы. Выбор способов стерилизации определяется химической структурой гиалуроновой кислоты, для большинства протезов используют асептическое производство.

Заключение. В настоящее время успешно применяются исследовательские решения по созданию термостабильных и устойчивых к действию ферментов композиций с гиалуроновой кислотой для внутрисуставного введения. Современные разработки направлены на создание полимерных комплексов гиалуроновой кислоты с веществами, улучшающими смазывающую способность растворов, разработку наносистем (липосом, наночастиц, наномицелл и др.) с хондропротекторами, а также создание инертных биосовместимых протезов с вязкоупругими свойствами. Создание форм гиалуроновой кислоты и альтернативных препаратов, способных поддерживать реологические свойства синовиальной жидкости, в настоящее время является перспективным направлением исследований.

1. Barker S. A., Bayyuk S. H., Brimacombe J. S., Hawkins C. F., Stacey M. Fingerprinting the hyaluronic acid component of normal and pathological synovial fluids. Clin Chim. Acta. 1963; 8: 902–909. DOI:10.1016/0009-8981(63)90013-5.

2. Dahl L. B., Dahl I. M., Engstrom-Laurent A., Granath K. Concentration and molecular weight of sodium hyaluronate in synovial fluid from patients with rheumatoid arthritis and other arthropathies. Annals of the Rheumatic Diseases. 1985, 44: 817–822. DOI:10.1136/ard.44.12.817.

3. Dernek B., Kesiktas F. N., Duymus T. M., Diracoglu D., Aksoy C. Therapeutic efficacy of three hyaluronic acid formulations in young and middle-aged patients with early-stage meniscal injuries. J Phys Ther Sci. 2017; 29(7): 1148–1153. DOI: 10.1589/jpts.29.1148.

4. Temple-Wong M. M., Ren S., Quach P., Hansen B. C., Chen A. C., Hasegawa A., D’Lima D. D., Koziol J., Masuda K., Lotz M. K., Sah R. L. Hyaluronan concentration and size distribution in human knee synovial fluid: variations with age and cartilage degeneration. Arthritis Res Ther. 2016; 18: 18. DOI: 10.1186/s13075-016-0922-4.

5. de Rezende M. U., de Campos G. C. Viscosupplementation. Rev Bras Ortop. 2015; 6;47(2):160-4. DOI: 10.1016/S2255-4971(15)30080-X.

6. Bowman S., Awad M. E., Hamrick M. W., Hunter M., Fulzele S. Recent advances in hyaluronic acid based therapy for osteoarthritis. Clin Transl Med. 2018; 7(1): 6. DOI: 10.1186/s40169-017-0180-3.

7. Migliore A., Granate M. Intra-articular use of hyaluronic acid in the treatment of osteoarthritis. Clinical Interventios in Aging. 2008; 3(20): 365–369. DOI: 10.2147/cia.s778.

8. Hakakzadeh А., Azarsina S., Biglari F. A New Approach to Treatment of Patellar Chondromala Intra-Articular Injection of Hyaluronic Acid. Trauma Mon. 2019; 24(4): e88983. DOI: 10.5812/traumamon.88983.

9. Selyanin M. A. Boykov P. Y. Khabarov V. N., Polyak F. Hyaluronic Acid: Preparation, Properties, Application in Biology and Medicine. John Wiley & Sons, Ltd. 2015: 198. DOI: 10.1002/9781118695920.

10. Sirin D., Kaplan N., Yilmaz I., Karaarslan N., Ozbek H., Akyuva Y. The association between different molecular weights of hyaluronic acid and CHAD, HIF-1α, COL2A1 expression in chondrocyte cultures. Experimental and Therapeutic Medicine. 2018. DOI: 10.3892/etm.2018.5943.

11. Smith M. M., Ghosh P. The synthesis of hyaluronic acid by human synovial fibroblasts is influenced by the nature of the hyaluronate in the extracellular environment. Rheumatol Int. 1987; 7: 113–122. DOI: 10.1007/bf00270463.

12. Zheng Y., Yang J., Liang J., Xu X., Cui W., Deng L. Zhang H. Bioinspired Hyaluronic Acid/Phosphorylcholine Polymer with Enhanced Lubrication and Anti-Inflammation. Biomacromolecules. 2019; 20(11): 4135–4142. DOI: 10.1021/acs.biomac.9b00964.

13. Сигаева Н. Н., Колесов С. В., Назаров П. В., Вильданова Р. Р. Химическая модификация гиалуроновой кислоты и ее применение в медицине. Вестник Башкирского университета. 2012; 17, 3: 1220–1241.

14. Borzacchiello A., Mayol L., Schiavinato A., Ambrosio, L. Effect of hyaluronic acid amide derivative on equine synovial fluid viscoelasticity. J. Biomed. Mater. Res. 2010; 92A: 1162–1170. DOI:10.1002/jbm.a.32455.

15. Fan Z., Li J., Liu J., Jiao H., Liu B. Anti-Inflammation and Joint Lubrication Dual Effects of a Novel Hyaluronic Acid/Curcumin Nanomicelle Improve the Efficacy of Rheumatoid Arthritis Therapy. ACS Appl Mater Interfaces. 2018; 10(28): 23595–23604. DOI: 10.1021/acsami.8b06236.

16. Leone G., Consumi M., Pepi S., Pardini A., Bonechi C., Tamasi G., Donati A., Lamponi S., Rossi C., Magnani A. Enriched Gellan Gum hydrogel as visco-supplement. Carbohydr Polym. 2020; 227: 115347. DOI: 10.1016/j.carbpol.2019.115347.

17. Liu A., Wang P., Zhang J., Ye W., Wei Q. Restoration effect and tribological behavior of hyaluronic acid reinforced with graphene oxide in osteoarthritis. J. Nanosci.Nanotechno. 2019; 19 (1): 91–97. DOI: 10.1166/jnn.2019.16443.

18. НОЛТРЕКС™. Available at: https://www.noltrex.ru/pacientam/omolekulyarnoj-masse/ (дата обращения 27.01.2020).

19. Ye H., Han M., Huang R., Schmidt T.A., Qi W., He Z. Interactions between Lubricin and Hyaluronic Acid Synergistically Enhance Antiadhesive Properties. ACS Appl Mater Interfaces. 2019; 11: 18090−18102. DOI:11(20):18090-18102.

20. Савоськин О. В., Семенова Е. Ф., Рашевская Е. Ю., Полякова А. А., Грибкова Е. А., Агабалаева К. О., Моисеева И. Я. Характеристика различных методов получения гиалуроновой кислоты. Научное обозрение. Биологические науки. 2017; 2: 125–135.

21. Tirtaatmadja V., Boger D. V., Fraser J. R. E. The dynamic and steady shear properties of synovial fluid and of the components making up synovial fluid. Rheol Acta. 1984; 23: 311–321. DOI: 10.1007/bf01332196.

22. Cowman M. K., Shortt C., Arora S., Fu Y., Villavieja J., Rathore J., Huang X., Rakshit T., Jung G. I., Kirsch T. Role of Hyaluronan in Inflammatory Effects on Human Articular Chondrocytes. Inflammation. 2019; 42(5): 1808–1820. DOI: 10.1007/s10753-019-01043-9.

23. Tadmor R., Chen N., Israelachvili J. N. Thin film rheology and lubricity of hyaluronic acid solutions at a normal physiological concentration. J Biomed Mater Res. 2002; 61(4): 514–523. DOI: 10.1002/jbm.10215.

24. Zappone B., Ruths M., Greene G. W., Jay G. D., Israelachvili J. N. Adsorption, lubrication, and wear of lubricin on model surfaces: Polymer brush-like behavior of a glycoprotein. Biophys J. 2007; 92(5): 1693–1708. DOI:10.1529/biophysj.106.088799.

25. Stern R. Hyaluronan catabolism: a new metabolic pathway. Eur. J. Cell Biol. 2004; 83: 317–325. DOI: 10.1078/0171-9335-00392.

26. Synvisc® (Hylan G-F 20). Available at: https://www.sanofi.ru/-/media/Project/One-Sanofi-Web/Websites/Europe/Sanofi-RU/Home/healthcare-solutions/internal-illnesses/Synvisc-03Jun2012.pdf?la=ru (accessed 27.01.2020).

27. Государственный реестр лекарственных средств. Available at: https://grls.rosminzdrav.ru/Default.aspx (дата обращения 27.01.2020).

28. Hyruan®. Available at: https://philosmed.com/wp-content/uploads/2018/11/20180717.pdf. (accessed 10.02.2020).

29. Fermathron® Viscosupplements. Available at: http://www.mediteckbeontop.it/images/pdf/Biologic/0425.2-EMEAenFermathronFamilyBrochure-DIGITAL.pdf (accessed 27.01.2020).

30. Synocrom®. Available at: https://docplayer.ru/34843434-Synocromforte-2-2-ml-40-mg-stabilizirovannyy-rastvor-gialuronata-natriya.html (accessed 27.01.2020).

31. Fidalgo López J., Deglesne P-A., Arroyo R., Sepúlveda L., Ranneva E., Deprez P. Detection of a new reaction by-product in BDDE crosslinked autoclaved hyaluronic acid hydrogels by LC– MS analysis. Medical Devices: Evidence and Research. 2018; 11: 367–76. DOI: 10.2147/mder.s166999.

32. Государственный реестр медицинских изделий и организаций (индивидуальных предпринимателей), осуществляющих производство и изготовление медицинских изделий. Available at: http://www.roszdravnadzor.ru/services/misearch. (дата обращения 27.01.2020).

33. Durolane®. Available at: https://www.durolane.com/cae/durolanesj/ (accessed 27.01.2020).

34. OSTENIL®. Available at: http://www.chemedica.mx/files/OSTENILLINEBrochure.pdf (accessed 27.01.2020).

35. RenehaVisТМ. Available at: https://www.renehavis.com/Instructionfor-use (accessed 27.01.2020).

36. Hyalual®-ARTRO. Available at: https://www.uf.ua/wp-content/uploads/2017/05/The-outcomes-of-the-experimental-study_DiartArtro.pdf (accessed 27.01.2020).

37. Viscoplus®. Available at: https://visco-plus.ru/ (accessed 27.01.2020).

38. Nicholls M., Manjoo A., Shaw P., Niazi F., Rosen J. Rheological Properties of Commercially Available Hyaluronic Acid Products in the United States for the Treatment of Osteoarthritis Knee Pain. Clin Med Insights Arthritis Musculoskelet Disord. 2018; 11. DOI: 10.1177/1179544117751622.

39. Mendoza G., Alvarez A. I., Pulido M. M., Molina A. J., Merino G., Real R., Fernandes P., Prieto J. G. Inhibitory effects of different antioxidants on hyaluronan depolymerization. Carbohydr Res. 2007; 342(1): 96– 102. DOI: 10.1016/j.carres.2006.10.027.

40. Conrozier T., Mathieu P., Rinaudo M. Mannitol Preserves the Viscoelastic Properties of Hyaluronic Acid in an In Vitro Model of Oxidative Stress. Rheumatol Ther. 2014; (1): 45–54. DOI: 10.1007/s40744-014-0001-8.

41. Hyapro. Available at: http://www.hyapro.ru/ (accessed 27.01.2020).

42. Haridas N., Rosemary M. J. Effect of steam sterilization and biocompatibility studies of hyaluronic acid hydrogel for viscosupplementation. Polymer Degradation and Stability. 2019; 163: 220–227. DOI: 10.1016/j.polymdegradstab.2019.03.019.

43. O’Connell C. D., Onofrillo C., Duchi S., Li X., Zhang Y., Tian P. et al. Evaluation of sterilisation methods for bio-ink components: gelatin, gelatin methacryloyl, hyaluronic acid and hyaluronic acid methacryloyl. Biofabrication. 2019; 11(3): 035003. DOI: 10.1088/1758-5090/ab0b7c.

44. Krause W. E., Bellomo E. G., Colby R. H. Rheology of sodium hyaluronate under physiological conditions. Biomacromolecules. 2001; 2(1): 65– 69. DOI: 10.1021/bm0055798.

45. Haward S. J. Characterization of hyaluronic acid and synovial fluid in stagnation point elongational flow. Biopolymers. 2014; 101: 287– 305. DOI:10.1002/bip.22357.

46. Das S., Banquy X., Zappone B., Greene G. W., Jay G. D., Israelachvili J. N. Synergistic interactions between grafted hyaluronic acid and lubricin provide enhanced wear protection and lubrication. Biomacromolecules 2013; 14 (5): 1669–1677. DOI: 10.1021/bm400327a.

47. Forsey R. W., Fisher J., Thompson J., Stone M. H., Bell C., Ingham E. The effect of hyaluronic acid and phospholipid based lubricants on friction within a human cartilage damage model. Biomaterials. 2006; 27(26), 4581–4590. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2006.04.018.

48. Yoon W. H., Lee K. H. Rheological properties and efficacy of the formulation of hyaluronic acid with tamarind seed polysaccharide for arthritis. Biorheology. 2019; 56(1): 31–38. Doi: 10.3233/BIR-190208.

49. Hanafy A. S., El-Ganainy S. O. Thermoresponsive Hyalomer intraarticular hydrogels improve monoiodoacetate-induced osteoarthritis in rats. International Journal of Pharmaceutics. 2020; 573: 118859. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2019.118859.

50. Zhu L., Seror J., Day A. J., Kampf N., Klein J. Ultra-low friction between boundary layers of hyaluronan-phosphatidylcholine complexes. Acta Biomaterialia. 2017; 59: 283–292. DOI: 10.1016/j.actbio.2017.06.043.

51. Zerrillo L., Que I., Vepris O., Morgado L. N., Chan A., Bierau K., Li Y., Galli F., Bos E., Censi R. pH-responsive poly(lactide-co-glycolide) nanoparticles containing near-infrared dye for visualization and hyaluronic acid for treatment of osteoarthritis. J Control Release. 2019; 309: 265–276. DOI: 10.1016/j.jconrel.2019.07.031.

52. Ji X., Yan Y., Sun T., Zhang Q., Wang Y., Zhang M., Zhang M., Zhao X. Glucosamine sulphate-loaded distearoyl phosphocholine liposomes for osteoarthritis treatment: Combination of sustained drug release and improved lubrication. Biomaterials Science. 2019; 7(7): 2716–2728. DOI:10.1039/c9bm00201d.