Biochemische Eigenschaften

Als wichtiger Baustein in fast allen Wirbeltieren besitzt Hyaluronsäure eine Reihe biochemischer Eigenschaften. Das sind solche, die nicht allein auf ihren chemisch-physikalischen Fähigkeiten beruhen, sondern in der Interaktion mit anderen Substanzen innerhalb des lebenden Organismus liegen. Hierbei handelt es sich vor allen Dingen um Mechanismen, die in Gang gesetzt werden, indem Hyaluronsäure an bestimmte Oberflächenproteine, sogenannte Rezeptoren, auf unterschiedlichen Zellen bindet. Diese Bindung ist die Grundlage der Kommunikation zwischen dem Extrazellularraum, in dem sich die Hyaluronsäure befindet, und dem Zellkern, der sich im Innern der Zellen befindet.

Interessanterweise ist es so, dass nicht jede Hyaluronsäure an den gleichen Rezeptor binden kann, oder das unterschiedlich große Hyaluronmoleküle an ein und demselben Rezeptor unterschiedliche Reaktionen auslösen. Obwohl die Grundstruktur in kurz- und langkettiger Hyaluronsäure die gleiche ist, können oftmals nur Moleküle einer bestimmten Länge einen speziellen Rezeptor binden bzw. eine bestimmte Reaktion in Gang setzten. Wissenschaftler gehen davon aus, dass dies an der dreidimensionalen Struktur liegt, die sich aufgrund von Spannungen innerhalb des Moleküls je nach Länge unterschiedlich darstellt. Die genauen Mechanismen sind aber noch nicht vollständig geklärt.

CD44 - Rezeptor

CD44 ist einer der prominentesten Rezeptoren für Hyaluronsäure. Er befindet sich auf einer Vielzahl an unterschiedlichen Zellen und dient speziell der Kommunikation zwischen der Zelle und dem Extrazellularraum. Hierüber steuert Hyaluronsäure zum Beispiel die Wanderung von Zellen, insbesondere während der Embryonalentwicklung.

Auch die Teilungsraten der Zellen können über diese Kommunikationsachse reguliert werden. So konnte eine Studie zeigen, dass auf die Haut aufgetragene Hyaluronsäure an CD44 Rezeptoren von Keratinozyten (die häufigsten Zellen in der Haut) bindet und ihre Zellteilung anregt. Auf diese Weise konnte eine Atrophie der Haut, also ein Zellverlust, therapiert werden.Eine besondere Rolle spielt CD44 auf den Zellen des Immunsystems.

Während eines Entzündungsprozesses oder einer Infektion produzieren die beteiligten aktivierten Immunzellen besonders viel CD44 auf ihren Zelloberflächen. Das könnte dazu dienen, die Wanderung zum Infektionsherd über die Hyaluronsäure des Extrazellularraums zu steuern. Gleichzeitig lagert sich viel Hyaluronsäure an diesen Zellen an und umschließt sie geradezu. Werden ausreichen viele CD44 Rezeptoren der Immunzelle besetzt, so kehrt sie in einen ruhenden Zustand zurück und die Entzündung klingt ab.

Auf diesem Wege reguliert Hyaluronsäure die Dauer einer lokalen Entzündung und kann sie aktiv beenden. Dieser Mechanismus ist natürlich für die medizinische Forschung sehr interessant. Eine Studie aus dem Iran konnte 2017 zeigen, dass eine gezielte Behandlung von aktivierten Immunzellen mit Hyaluronsäure diese Zellen beruhigt und damit weitere Entzündungsprozesse unterbindet.

Hyaluronsäure schützt vor Tumore

Nacktmulle sind bemerkenswerte Tiere. Die mausgroßen ostafrikanischen Nagetiere verbringen fast ihr gesamtes Leben in unterirdischen Höhlen und bilden dort große Kolonien. Für so kleine Tiere erreichen sie mit bis zu 30 Jahren ein ungewöhnlich hohes Alter.

Dies liegt unter anderem daran, dass Nacktmulle keine Tumore bilden, also niemals an Krebs erkranken. Wissenschaftler der University of Rochester fanden heraus, dass die Hyaluronsäure der Nacktmulle die Zellen der Tiere daran hindert, unkontrolliert zu wachsen. Auf diese Weise schützt sie die Tiere aktiv vor einer Krebserkrankung.

Die Hyaluronsäure der Nacktmulle ist sehr lang, etwa 6-mal länger als die menschliche. Ansonsten ist ihr Aufbau vollkommen gleich. Diese lange Hyaluronsäure bindet an CD44-Rezeptoren auf der Oberfläche von den Zellen der Nacktmulle und bremst dadurch die Zellteilung. Wie bereits oben erläutert kommen diese Rezeptoren auch auf menschlichen Zellen vor und werden vor allen Dingen von Tumorzellen deutlich verstärkt gebildet.

Aktuell laufende Studien untersuchen nun, ob menschliche Zellen, zunächst in Kultur, in ähnlicher Weise auf die sehr lange Hyaluronsäure der Nacktmulle reagieren und ein mögliches unkontrolliertes Wachstum eingestellt werden kann.Die Krebsvorbeugende Wirkung der extrem langen Hyaluronsäure der Nacktmulle scheint übrigens eine Art Nebenwirkung zu sein. Ihre eigentliche Aufgabe besteht darin, die Haut der haarlosen Tiere zu schützen, wenn sie sich durch enge und scharfkantige Gänge zwängen. So beschert sie ihnen ganz nebenbei ein langes Leben, wovon vielleicht auch der Mensch in Zukunft profitieren kann.

Keine Befruchtung ohne Hyaluronsäure

Ob Hyaluronsäure tatsächlich in der Lage ist, menschliches Leben zu verlängern, muss weiter untersucht werden, aber eines steht fest: Hyaluronsäure steht am Anfang eines jeden menschlichen Lebens. Die Hülle der menschlichen Eizelle besitzt einen hohen Anteil an Hyaluronsäure, die wahrscheinlich auch bei der sehr fein abgestimmten Wanderung der Zelle ein Rolle spielt. Aber auch für die Befruchtung ist sie essentiell.

Spermien besitzen an ihrem Kopf eine hohe Dichte des Hyaluronsäure-Rezeptors CD44. Mit diesem docken sie an die Hyaluronsäure an der Hülle der Eizelle an und können nun beginnen, sich in das Innere der Zelle zu arbeiten. Ohne diese erste Bindung würde eine Befruchtung gar nicht stattfinden können. Aus diesem Grunde wird bei der Untersuchung der Spermienqualität auch die Fähigkeit zur Hyaluronsäure-Bindung untersucht.

Sie steht in einem direkten Zusammenhang mit der Zeugungsfähigkeit. Eine Studie aus dem Jahre 2007 regt an, bei der Auswahl von Spermien für eine künstliche Befruchtung nicht nur auf die Beweglichkeit zu setzten, sondern auch auf die Fähigkeit, Hyaluronsäure zu erkennen. Heute verwenden die meisten Kinderwunschkliniken Hyaluronsäure zur Unterstützung der Befruchtung und des erfolgreichen Einnistens der befruchteten Eizelle.

Unerwünschte Wirkung bei Multiple Sklerose

Hyaluronsäure besitzt allerdings nicht nur positive biochemische Eigenschaften. Manchmal kann sie auch störend auf die Abläufe im Körper wirken. Im Gehirn erfüllt Hyaluronsäure eine wichtige Funktion in der Strukturgebung. Dabei kann es zu ungünstigen biochemischen Wechselwirkungen kommen.

Die Nervenfasern im zentralen Nervensystem sind mit einer dicken Fettschicht, der sogenannten Myelinscheide, ummantelt. Sie ermöglicht eine blitzschnelle Weiterleitung von elektrischen Signalen. Bei einigen neurodegenerativen Erkrankungen, wie zum Beispiel der Multiplen Sklerose, wird diese Myelinscheide teilweise zerstört, wodurch Lücken in der wichtigen Ummantelung der Nervenfasern entstehen.

Diese Lücken müssen schnellstmöglich wieder mit Myelin aufgefüllt werden, damit die Nervenbahnen vernünftig funktionieren können. Doch sie werden von hochmolekularer Hyaluronsäure verstopft, die sich in der entstandenen Lücke anreichert. Zusätzlich bindet diese Hyaluronsäure an Rezeptoren auf genau den Zellen, die neues Myelin bilden, um den Schaden zu reparieren.

Durch diese Bindung unterdrückt die Hyaluronsäure die Produktion von neuem Myelin.Auf diese Weise verlangsamt oder blockiert Hyaluronsäure die Heilungsprozesse bei Multipler Sklerose und anderen neurologischen Erkrankungen, die mit einem Abbau der Myelinscheide einhergehen. Im gesunden Gehirn stellt dieser Mechanismus kein Problem dar.

Mechanische Eigenschaften

Die mechanischen Eigenschaften der Hyaluronsäure beruhen auf ihrer Fähigkeit enorm große Mengen Wasser zu binden. So wird nur ein einziges Gramm Hyaluronsäure benötigt, um einen ganzen Liter Wasser zu binden. Anders ausgedrückt, Hyaluronsäure kann etwa das 1000-fache Ihres eigenen Gewichts an Wasser halten. Dabei bekommt es eine gelartige Konsistenz, die umso fester wird, je Größer der Anteil an Hyaluronsäure im Wasser ist. Dieses natürliche Gel erfüllt unterschiedliche mechanische Aufgaben im menschlichen Körper.

Erhalt von Form und Struktur

Ein Gewebe wie das Bindegewebe, das einen großen Anteil an Hyaluronsäure aufweist, ist in der Lage große Mengen Wasser zu speichern. Durch das eingelagerte und fest gebundene Wasser wird das Gewebe in Form gehalten, ist prall und elastisch. Diese Funktion wird vor allen Dingen von der Kosmetikindustrie aufgegriffen, da ein Auffüllen von Hyaluronsäure im Bindegewebe und der Haut das Gewebe praller werden lässt und dadurch die oberste Hautschicht glättet und so Falten reduziert. Letztlich ein rein mechanischer Effekt.

Wichtig ist diese Funktion aber schon während der Embryonalentwicklung, da die Hyaluronsäure im Gewebe des Embryos schon für Festigkeit sorgt, bevor die ersten Knochen gebildet werden. Gleichzeitig drückt sie in den Zellzwischenräumen die umgebenden Zellen auseinander und ermöglicht so, anderen Zellen möglichst widerstandsfrei durch diese Zwischenräume zu wandern. Dieser Prozess ist nicht nur in der Embryonalentwicklung wichtig, sondern ist ein Leben lang von Bedeutung, zum Beispiel wenn Zellen des Immunsystems durch das Bindegewebe zum Ort einer Entzündung wandern.

Ebenfalls in der Embryonalentwicklung entscheidend ist die Nabelschnur. Durch sie verlaufen lebenswichtige Blutgefäße, die das ungeborene Kind im Mutterleib mit allem was es braucht versorgen. Diese werden von einer gallertartigen Masse umgeben, der sogenannten Whartonschen Sulze. Sie weißt eine große Menge an Hyaluronsäure auf, die eine gleichzeitig feste und elastische Beschaffenheit der Nabelschnur garantiert. Auf diese Weise werden die enthaltenen Gefäße vor Stauchung und Abknickung geschützt.

Die Stabilität eines Körpers wird allerdings nicht nur durch Bindegewebe und Knochen aufrecht erhalten. Eine wesentliche Funktion hat auch Knorpel, in dem Hyaluronsäure einen wichtigen Bestandteil darstellt. Je nach dem um welche Art von Knorpel es sich handelt, ist der Anteil an Hyaluronsäure mal kleiner und mal größer.

Dadurch wird die Festigkeit des Knorpels reguliert. Hyaliner Knorpel weist die größte Dichte an Hyaluronsäure auf. Er ist äußerst druckbeständig und daher überall dort zu finden, wo eine große Druckbelastung vorliegt. Ein Beispiel hierfür sind die Bandscheiben zwischen den einzelnen Wirbeln der Wirbelsäule. Ihr Gallertkern, der sogenannte Nucleus pulposus kann, dank der enthaltenen Hyaluronsäure, das ganze Körpergewicht tragen.

Künstliche Hydroimplantate auf der Basis von Hyaluronsäure stellen eine Möglichkeit dar, geschädigte Bandscheiben zu ersetzten.

Schmieren und Stabilisierung von Gelenke

Damit Gelenke reibungslos funktionieren, ist die Kontaktstelle zwischen den beteiligten Knochen in der Gelenkkapsel mit Gelenkschmiere, der sogenannten Synovia, ausgepolstert. Einer ihrer wichtigsten Inhaltsstoffe ist Hyaluronsäure. Sie sorgt für die benötigte gelartige Konsistenz, die das Gelenk gut schmieren kann.

Gleichzeitig wirkt die Synovia durch die enthaltene Hyaluronsäure wie ein Stoßdämpfer, der verhindert, dass das Gelenk allzu leicht gestaucht werden kann. Insgesamt stellt Hyaluronsäure ein perfektes Molekül dar, um in den Gelenken auf die schnell wechselnden Druckeinwirkungen durch die Bewegung zu reagieren. Sie hält die Gelenkschmiere fest in der Gelenkkapsel und bewirkt auch bei großen einwirkenden Kräften, dass sie fest zusammenhält.

Unterschiedliche degenerative Gelenkerkrankungen können im Laufe des Lebens das gesunde Gleichgewicht im Gelenk stören. Bei einer Arthrose, also einer überdurchschnittlich starken Abnutzung des Gelenks, wird die Zusammensetzung der Synovia so beeinflusst, dass es zu einem reduzierten Anteil von Hyaluronsäure kommt. Dadurch funktioniert das Gelenk nicht mehr reibungslos. Es kommt zu knarrenden Geräuschen und vor allen Dingen zu Schmerzen. Arthrose ist die häufigste Gelenkerkrankung der Welt und betrifft allein in Deutschland etwa 5 Millionen Menschen.

Eine Therapie mit Hyaluronsäure, innerlich oder direkt in das Gelenk injiziert, kann die Symptome mildern. Hierfür werden stetig neue Medikamente und Verfahren entwickelt, um die Wirkung weiter zu verbessern. Grundsätzlich zeigt die Behandlung von Gelenkerkrankungen mit Hyaluronsäure allerdings ein großes Potenzial.

Herstellung

Früher wurde Hyaluronsäure aus tierischem Material gewonnen. Hauptsächlich wurden Hahnenkämme verwendet, die mit etwa 7,5 mg pro Liter eine gute Quelle für das Makromolekül darstellten. Auch aus Rinderaugen wurde Hyaluronsäure gewonnen, aber wegen der geringeren Dichte war die Ausbeute hier deutlich geringer. Die extrahierte Hyaluronsäure wurde filtriert und gereinigt, konnte jedoch nicht vollständig von tierischen Proteinen befreit werden.

Auch krankheitserregende Keime fanden über tierische Hyaluronsäure manchmal den Weg zum Menschen. Insgesamt kam es dadurch regelmäßig zu allergischen Reaktionen oder anderen Unverträglichkeiten. Aus diesem Grunde wird Hyaluronsäure aus tierischen Quellen heutzutage nur noch seltenst verwendet. Stattdessen wird es auf biotechnologischem Wege hergestellt. Um diesen Prozess zu verstehen, ist es wichtig zu wissen, wie Hyaluronsäure natürlicherweise gebildet wird.

Im menschlichen Körper wird Hyaluronsäure von vielen unterschiedlichen Zellen hergestellt. Da die Kettenstruktur sehr lang werden kann, erfolgt die Synthese an speziellen Transmembranproteinen, also solchen Proteinen, die innerhalb der Zellmembran liegen und direkt mit der Extrazellulärmatrix in Verbindung stehen. Diese Proteine nennen sich Hyaluronansynthasen und liegen bei Wirbeltieren in unterschiedlicher Form vor. Sie bekommen die Bausteine für die Hyaluronsäure geliefert, setzten sie zusammen und transportieren die entstehende Kette noch beim Zusammenbau aus der Zelle hinaus.

In den 90er Jahren ist es gelungen, die Erbinformation für die Hyaluronansynthasen und die nötigen Bausteine in Streptokokken einzuschleusen. Die eingeschleuste DNA wurde so gestaltet, dass es von außen möglich war, über bestimmte Signalstoffe die Bakterien zur Synthese von Hyaluronsäure anzuregen und damit auch die Länge der gebildeten Ketten zu bestimmen. Damit war der Weg geebnet, Hyaluronsäure im großen Maßstab herzustellen.

Heute werden diese Streptokokken in großen Tanks in biotechnologischen Anlagen gehalten. Das produzierte Hyaluronan wird regelmäßig über verschiedene Filtrationsschritte aus dem Kulturmedium der Bakterien gewonnen und gereinigt. Die gewonnene Hyaluronsäure wird eingetrocknet und dient in Form eines feinen Pulvers als Rohstoff für die verschiedensten Rezepturen und Anwendungsbereiche. Die exakte Vorgehensweise zur biotechnologischen Herstellung von Hyaluronsäure ist patentrechtlich geschützt.

Biotechnologisch hergestellte Hyaluronsäure besitzt eine sehr große Reinheit und ist frei von Proteinen oder Krankheitserregern. Dadurch ist sie deutlich verträglicher als solche aus tierischen Quellen. Obwohl sie von Bakterien hergestellt wird, ist sie auf molekularer Ebene mit der menschlichen Hyaluronsäure absolut identisch, was auch ein Grund für die sehr hohe Verträglichkeit darstellt.

Chemischer Aufbau

Hyaluronsäure ist ein kettenförmiges Makromolekül, das zu den Glycosaminoglycan gehört und sich aus Wiederholungen eines Disaccharids zusammensetzt. Dieses Disaccharid besteht wiederum aus zwei Bausteinen: N-Acetylglucosamin und Glucuronsäure. Diese sehr einfache Struktur ist in allen Säugetieren identisch. Eine Tatsache, die darauf hindeutet, das dieses Molekül eine erhebliche biologische Bedeutung inne hat. Ein einzelnes Molekül der Hyaluronsäure kann sich aus 250 bis 50.000 Wiederholungen dieses Disaccharids zusammensetzten. Dabei kann es eine enorme Größe erreichen. Eine Disaccharid-Einheit besitzt eine Länge von etwa 1 nm, so dass „nur“ 10.000 Wiederholungen zu einem Molekül führen, das gestreckt genauso lang wäre, wie ein rotes Blutkörperchen.

In physiologischer Lösung wird das Molekül durch eine Kombination der chemischen Struktur der Disaccharide, internen Wasserstoffbrückenbindungen und der Wechselwirkungen mit der umgebenden Lösung versteift. Die axialen Wasserstoffatome sind dabei unpolar, während die seitlichen polarisiert sind und eine große hydrophile Fläche entstehen lassen. Durch diese Wechselwirkung verdreht sich die Kettenstruktur der Hyaluronsäure zu einer Spirale und kann so große Mengen Wasser in sich halten.

Wasserstoffbrücken stellen eine lockere Verbindung dar, bei der sich aufgrund einer entstandenen Polarität zwischen einem Wasserstoffatom und einem freien Elektronenpaar eines Sauerstoff- oder Stickstoffatoms eine elektrostatische Anziehung ausbildet.

Die Bindungsenergien von Wasserstoffbrücken sind sehr gering, weshalb sie sich in einer veränderten Umgebung schnell lösen. Letztlich sind es diese Verbindungen, die die Hyaluronsäure zu einem leistungsstarken und anpassungsfähigem Netz werden lassen. Denn Wasserstoffbrücken sind nicht nur wichtig bei der der Verdrehung einzelner Molekülketten, sondern essentiell für die Interaktion mit anderen Hyaluronsäure-Ketten.

Die Polarisierung innerhalb der Moleküle sorgt dafür, dass sich mehrere Moleküle der Hyaluronsäure zufällig über Wasserstoffbrückenbindungen ineinander verhaken und so ein äußerst elastisches hydrophiles Geflecht bilden. Je höher die Konzentration an Hyaluronsäure in einer wässrigen Lösung ist, desto fester und steifer wird das Netz, das von den einzelnen Ketten gebildet wird. Dabei sind die Verbindungen zwischen den Ketten so locker, dass sie sich lösen, wenn der Gehalt an Wasser zunimmt. Dadurch weitet sich das Netz und die Ketten verteilen sich großflächig und bleiben nur noch punktuell verbunden. Es entsteht eine viskose Flüssigkeit. Durch diesen Effekt kann Hyaluronsäure keine Klumpen bilden, sondern verteilt sich immer gleichmäßig.

Anwendungbereiche

Durch ihr vielseitiges Wirkspektrum ist Hyaluronsäure für die Medizin als auch für die Kosmetik gleichermaßen interessant. Als Bestandteil von Cremes, Gels und Shampoos oder als Serum bzw. Filler für Injektionen zur Faltenbehandlung, bei Nasenkorrekturen und für Brustvergrößerungen. Hyaluronsäure gibt es in Form von Kapseln zur Nahrungsergänzung oder als Injektion zur Vorbeugung und Behandlung von Bewegungseinschränkungen durch Gelenkarthrose.

Hyaluronsäure wird klassischerweise zur Faltenbehandlung verwendet. Dabei wird das Hyaluron mit einer Spritze direkt in die betroffenen Stellen gespritzt, um eingefallene Areale wieder aufzufüllen.

Die Form der Nase kann mit einer Hyaluronunterspritzung leicht korrigiert werden. Kleine Hügel oder Unregelmäßigkeiten, können so ohne chirurgischen Eingriff erfolgen.

Auch die Brüste können mit Hyaluron aufgespritzt werden. In der Regel ist dies aber nicht zu empfehlen, da der Effekt nur wenige Monate anhält, da das Hyaluron vom Körper mit der Zeit abgebaut wird.

Narben oder kleine Löcher in der Haut, können mit einer Hyaluronunterspritzung wieder aufgefüllt werden, was das Abdecken der Narbe wieder ermöglicht.

Für prallere Lippen kann man sich einer Hyaluronunterspritzung unterziehen, was im Gegensatz zu Botox um einiges verträglicher ist. Dafür ist der Effekt leider nicht dauerhaft, da Hyaluron vom Körper langsam abgebaut wird.

Hyaluron wird klassischerweise in Hautcremes verwendet, da es sehr gut Feuchtigkeit binden kann. Den Anti-Aging Effekt besitzen die meisten Cremes aber nicht, da sie nur hochmolekulares Hyaluron verwenden, das nicht in die unteren Hautschichten eindringen kann.

Hyaluronsäure versorgt trockenes und strapaziertes Haar mit Feuchtigkeit und Glanz. Es glättet die Oberflächenstruktur und macht das Haar wieder leichter kämmbar, ohne es zu verkleben.

Seren und Gels enthalten mehr Hyaluron als reguläre Cremes. Zusätzlich gibt es einige Hersteller, die Seren mit Oligo-Hyaluron anbieten, das für bei äußerer Anwendung für einen Anti-Aging Effekt sorgen kann.

Bei einem Hyaluronbooster handelt es sich meist um ein Hyaluronsäure-Gel oder Serum. Der Begriff “Booster” in seiner ursprünglichen technischen Bedeutung bezeichnet einen Verstärker.

Hyaluronsäure-Pulver ist die Basis für Gels, Seren, Fluids, Cremes und Shampoos. Wer seine eigene Kosmetik herstellen will, sollte Hyaluron-Pulver zum Mischen verwenden.

Hyaluronsäure kann bei der Arthrosetherapie begleitend eingesetzt werden. Zusätzlich zur medikamentösen und physikalischen Therapie kann es den Betroffenen eine schnelle Linderung bringen.

Hyaluron wirkt sich positiv auf die Gelenke aus, wenn man es einnimmt. Die Flüssigkeit, die für die Beweglichkeit innerhalb der Gelenke sorgt, besteht zu einem großen Teil aus Hyaluron.

Der Körper verwendet Hyaluron für viele Körperfunktionen. Die höchste Konzentration von Hyaluron befindet sich in den Augen.

Da Hyaluron sehr gut Feuchtigkeit bindet, wird es auch für manche Augentropfen verwendet. Besonders gegen trockene und gereizte Augen ist dies hilfreich.

Auch für die Schleimhäute in der Nase ist eine ausreichende Feuchtigkeitsversorgung wichtig. Deshalb gibt es auch Nasensprays, die Hyaluron enthalten.

Hyaluronsäure Arten

Durch die kettenförmige Struktur der Hyaluronsäure, bei der sich immer wieder die gleichen Bausteine wiederholen, kommt sie natürlicherweise in völlig unterschiedlichen Längen vor. Da die Funktion, beziehungsweise die Wirkungsweise, von großen und kleinen Molekülen unterschiedlich ist und sie daher auch in der Medizin und der Kosmetik unterschiedlich eingesetzt werden kann, wird die Hyaluronsäure in verschiedene Größenkategorien unterteilt. Das ist vor allen Dingen für die Herstellung von großer Wichtigkeit, da die Moleküle hier direkt in der gewünschten Größe produziert werden können. Dabei wird auf die molekulare Masse eines Moleküls, dargestellt in der Einheit Dalton (Da), zurückgegriffen. Eine Wiederholungseinheit der Hyaluronsäure besitzt eine molekulare Masse von etwa 380 Da. Entsprechend hoch steigert sich diese Masse, je häufiger sich dieser Baustein in einem Molekül wiederholt. Hierdurch lässt sich Hyaluronsäure in drei Gruppen einteilen:

Hochmolekulare Hyaluronsäure

Info	Wert
M. Gewicht	1000 kDa - ∞
Kettenlänge	2700
Preis pro g	ca. 0,56 €

Diese größte Form der Hyaluronsäure umfasst alle Größen, die über einem molekularen Gewicht von 1000 kDa (also 1 000.000 Da) liegen. Das entspricht einer Kettenlänge von mindestens 2700 Wiederholungen des Disaccharid-Bausteins. Diese größte Form besitzt die höchste Kapazität zur Speicherung von Wasser und die Fähigkeit, besonders feste Netze zu bilden, wie sie beispielsweise in Knorpel vorkommen. In der Kosmetik spielt hochmolekulare Hyaluronsäure eine wichtige Rolle für die Versorgung der Hautoberfläche mit Feuchtigkeit. Aufgrund der großen molekularen Masse kann diese Form der Hyaluronsäure nicht in die Haut einziehen, sondern bildet auf der Oberfläche eine dünne lockere Schicht.

Hier bindet sie Feuchtigkeit aus der Luft und hält sie solange auf der Haut, bis sie abgewaschen oder abgerieben wird. Diese Wirkung ist somit kurzfristig und nicht lange anhaltend. Den immer wieder beworbenen Anti-Falten-Effekt kann hochmolekulare Hyaluronsäure daher nicht anhaltend erfüllen. Allerdings hat sie entzündungshemmende Eigenschaften, die bei gereizter und irritierter Haut oder nach einer Bartrasur durchaus hilfreich sind.

In der Medizin wird hauptsächlich hochmolekulare Hyaluronsäure verwendet. So wird sie in arthritische Gelenke injiziert oder in Augen- und Nasentropfen gemischt, bildet einen schützenden Film in Magen und Speiseröhre bei Patienten mit Sodbrennen oder dient als Nahrungsergänzungsmittel. Auch im Bereich der plastischen medizinischen Eingriffe, wie Unterspritzungen der Haut, wird zum Teil hochmolekulare Hyaluronsäure verwendet. In der Materialforschung dient sie als natürliche Gitterstruktur für künstliche Polymere.

Niedermolekulare Hyaluronsäure

Info	Wert
M. Gewicht	3 - 15 kDa
Kettenlänge	132
Preis pro g	ca. 0,92 €

Als niedermolekulare Hyaluronsäure wird solche bezeichnet, deren molekulare Masse bei höchstens 50 kDa liegt. Das entspricht einer maximalen Wiederholung von 132 Disacchariden. Sie ist also kleiner als die Hyaluronsäure, die normalerweise im menschlichen Körper vorkommt. Diese geringe Größe bietet allerdings den großen Vorteil, dass die Hyaluronsäure in die Haut einziehen kann. Für die Kosmetikindustrie war dies eine revolutionäre Entdeckung. Denn nur niedermolekulare Hyaluronsäure mit einem niedrigen molekularem Gewicht kann in tiefere Hautschichten eindringen, dort Feuchtigkeit speichern und das Bindegewebe von innen her aufpolstern.

Sie verbindet sich über Wasserstoffbrücken mit der körpereigenen Hyaluronsäure und vergrößert dadurch das Molekülnetz im Zwischenraum der Zellen. Dadurch ist die Wirkung längerfristig. Allerdings wird Hyaluronsäure permanent neu gebildet und vor allen Dingen auch abgebaut. Dies gilt für die körpereigene Hyaluronsäure gleichermaßen, wie für die von außen hinzugefügte. Daher wird das Netz mit der Zeit wieder so dünn, wie es vor einer Behandlung war, wodurch auch die Kapazität für die Wasserspeicherung wieder herabgesetzt ist und die Haut wieder einfällt und Falten wirft. Dieser Prozess kann zwischen Tagen und Monaten dauern und hängt von vielen Faktoren ab. Wichtig ist daher, dass eine konstant anhaltende Wirkung nur dann erzielt werden kann, wenn durch regelmäßige Anwendung von außen der Abbau in der Haut ausgeglichen wird.

Auch im medizinischen Bereich wird niedermolekulare Hyaluronsäure verwendet, wenn auch deutlich weniger. Manchmal wird sie in Mischungen gemeinsam mit der hochmolekularen Form verwendet, um dessen positive Wirkung zu ergänzen. Je nach Anwendungsgebiet bieten sich solche Mischungen auch in Kosmetika an. So kann der Anteil an hoch- und niedermolekularer Hyaluronsäure sehr unterschiedlich ausfallen, je nachdem welche Wirkung erzielt werden soll.

Oligo-Hyaluronsäure

Info	Wert
M. Gewicht	0 - 3 kDa
Kettenlänge	< 10
Preis pro g	ca. 1,21 €

Diese ultra-kurze Form der Hyaluronsäure hat eine Größe von maximal 3 kDa, was einer Wiederholung von weniger als 10 Disacchariden entspricht. Sie ist erst seit wenigen Jahren auf dem Markt und wird ausschließlich in der Kosmetikindustrie verwendet. Durch ihre sehr geringe Größe kann Oligo-Hyaluronsäure seht tief in die Haut eindringen und sich dort wiederum mit dem körpereigenen Hyaluronan vernetzten. Die Wirkungsweise entspricht also im Wesentlichen der niedermolekularen Form. Allerdings finden die aufpolsternden Effekte hier in deutlich tieferen Hautschichten statt, so dass eine Kombination von Oligo- und niedermolekularer Form die Haut in ihrer ganzen Dicke mit Feuchtigkeit füllen und straffen kann.

Hierdurch können Falten nachhaltig reduziert werden. Natürlich gilt auch hier, dass die von außen zugeführte Hyaluronsäure mit der Zeit abgebaut wird, weshalb für einen anhaltenden Effekt eine Behandlung regelmäßig wiederholt werden muss.

Da alle drei Formen der Hyaluronsäure nur im Bereich der Kosmetik vorkommen, fällt hier ein deutliches Preisgefälle auf. Dabei gilt, je kleiner die enthaltene Hyaluronsäure, desto teurer ist das entsprechende Produkt. Allerdings ist es, wenn es um den Anti-Aging-Effekt geht, auch deutlich wirksamer.

Geschichte

Im Jahre 1934 publizierte der deutsche Biochemiker Karl Mayer als erster die Entdeckung der Hyaluronsäure. Als junger Assistant Professor an der Columbia University in New York City konnte der geborene Kerpener gemeinsam mit seinem Kollegen John Palmer das neuartige Molekül aus einem Rinderauge isolieren. Sie erkannten bereits, dass sich das Makromolekül aus zwei Zuckern zusammensetzte, wovon eines, nämlich die Glucuronsäure, zu den Uronsäuren zählt. Aufgrund dieses Bausteines und der Tatsache, dass sie das Molekül im Glaskörper eines Auges fanden, nannten sie es Hyaluronsäure, wobei hyalols der griechische Begriff für Glas oder gläsern ist. Zu dieser Zeit hatten die Forscher keine Vorstellung davon, dass sie eines der interessantesten biologischen Makromoleküle entdeckt hatten. Böse Zungen munkeln, dass sie sonst bei der Namensgebung mit Sicherheit etwas kreativer gewesen wären.

Den ersten kommerziellen Einsatz erfuhr Hyaluronsäure bereits 1942, als der Biochemiker Endre Balazs einen Patentantrag stellte, um sie als Ersatz für Eiweiß in Bäckereiprodukten zu verwenden. Eine Idee, die sich nicht etablierte. Die erste medizinische Anwendung von Hyaluronan fand in der Augenchirurgie statt. In den späten 1950er Jahren wurde sie verwendet um den Glaskörper des menschlichen Auges zu ergänzen oder sogar vollkommen zu erneuern. Das verwendete hochmolekulare Hyaluronan wurde hierzu zunächst aus menschlicher Nabelschnur und später aus Hahnenkämmen isoliert.

Etwa zur selben Zeit wurde die chemische Struktur der Hyaluronsäure vollständig entschlüsselt. Diese Aufgabe erledigte der Entdecker Karl Mayer selbst. Der Begriff "Hyaluronan" wurde 1986 eingeführt und wird Endre Balazs zugeschrieben. Die Begrifflichkeit leitete er aus der Tatsache ab, das Hyaluronsäure physiologisch nicht als Säure, sonder als Natriumsalz vorliegt. Trotzdem hält sich die Bezeichnung Hyaluronsäure hartnäckig bis heute.

In den 1990er Jahren gelang schließlich die Einschleusung des wichtigen Erbguts für die Hyaluronsäure-Produktion in Bakterien, wodurch der Weg für eine biotechnologische Herstellung geebnet war. Die auf diesem Wege gewonnene Hyaluronsäure hatte einen deutlich höheren Reinheitsgrad und war dadurch besser verträglich. Mit diesem wichtigen Schritt ging es für die Hyaluronsäure steil bergauf. Es entstanden regelmäßig neue Anwendungsbereiche, wie zum Beispiel die Behandlung von Arthrose, Sodbrennen oder Blasenschwäche, als Nahrungsergänzungsmittel und als Anti-Aging-Wirkstoff in den unterschiedlichsten kosmetischen Pflegeprodukten und der plastischen Chirurgie. Außerdem schritt die Forschung immer weiter voran und entschlüsselte immer neue Funktionen dieses im Tierreich sehr weit verbreiteten Moleküls, woraus stetig neue Ideen entwickelt wurden und weiterhin entwickelt werden. Aktuelle Forschungsarbeiten befassen sich mit einer Rolle der Hyaluronsäure zur Wundversorgung, Krebsprävention, als Lungenmedikament oder als Basisstruktur für neue Materialien.

Heute ist Hyaluronan sowohl aus der Medizin als auch aus der Kosmetikindustrie kaum noch weg zu denken. Gleichzeitig breitet sie sich langsam auch in andere Anwendungsbereiche aus, je mehr über dieses spannende Molekül erfahren wird.

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