Физики МГУ исследовали свойства гиалуроновой кислоты с помощью новой методики

Гиалуроновая кислота — распространенное в природе вещество. Она практически не изменялась в процессе эволюции, в частности, у человека и бактерий она похожа. Поэтому гиалуроновая кислота не вызывает иммунной реакции, то есть является биосовместимой. У человека она входит в состав кожи, пуповины, синовиальной жидкости, стекловидного тела глаза и других тканей и органов. Гиалуроновая кислота оказывает ряд терапевтических эффектов и поэтому используется при лечении зубов, глаз, кожи, сердечно-сосудистой системы. Также ее используют в качестве импланта в эстетической медицине.

Гиалуроновая кислота — отрицательно заряженный полисахарид (длинная молекула). Для применения гиалуроновой кислоты полезно знать ее фундаментальные свойства: конформацию (пространственное расположение атомов), размер и механические свойства. Молекула ведет себя по-разному в окружении разных ионов и концентрации солей в растворе из-за наличия у нее заряда. Поэтому важно определить изменение свойств в разных средах.

Свойства гиалуроновой кислоты хорошо охарактеризованы методами исследования в объеме, то есть основанными на анализе большого  числа молекул. Недостаток таких методов —  невозможность изучения поведения отдельных молекул.  Авторы статьи развили подходы для исследования отдельных молекул гиалуроновой кислоты с помощью атомно-силовой микроскопии. В частности, они разработали методику иммобилизации молекул гиалуроновой кислоты на модифицированную поверхность графита и определили персистентную длину этого биополимера в различном ионном окружении. Персистентная длина — одна из фундаментальных характеристик молекулы полимера, длина примерно прямолинейного ее участка. Она напрямую связана с размером и гибкостью макромолекулы. Для ее определения ученые анализировали контуры молекул гиалуроновой кислоты на АСМ-изображениях.

В результате ученые подтвердили закономерность: с увеличением ионной силы в растворе гибкость молекулы увеличивается, а персистентная длина уменьшается. Этот процесс описывается моделью Одийка-Сколника-Фиксмана (OSF): в растворе ионов происходит дебаевская экранировка зарядов вдоль молекулы гиалуроновой кислоты и уменьшение их самооталкивания.

Ученые продолжат работу в направлении разработки биоматериалов на основе гиалуроновой кислоты.

Исследование выполнено совместно с учеными из университета Сириуса, МФТИ и Института материаловедения Мюлуза (Франция).