Препараты гиалуроновой кислоты (ГК) используют для внутрисуставного введения уже несколько десятков лет, однако до настоящего времени не решен вопрос о строении максимально эффективной молекулы ГК.

В настоящем обзоре представлены данные, касающиеся механизма действия нативной ГК и обоснования использования ее внутрисуставных инъекций. Рассмотрен процесс создания гидрогелей, акцентировано внимание на составе материалов, опосредующих химическую сшивку в современных модифицированных молекулах ГК. Данные предшествующих исследований доказывают, что диглицидиловый эфир 1,4-бутандиола вследствие минимальной иммуногенности и токсичности на сегодняшний день является оптимальной молекулой для сшивки ГК, а CHAP-технология сшивки обеспечивает максимальную устойчивость к деградации и высокую молекулярную массу продукта ГК. В ходе рандомизированных исследований подтверждены преимущества такой технологии создания гидрогелей для лечения остеоартрита коленных суставов по длительности эффекта, улучшению функциональных показателей и уменьшению боли по сравнению с линейными молекулами ГК, а таже с продуктами ГК, «сшитыми» по другим технологиям. Возможность преимущественной реализации амортизационных либо вискосапплементарных свойств в зависимости от стадии остеоартрита позволила рассматривать его как бионический протез.

Введение

Гиалуроновая кислота (ГК) — полимер повторяющихся дисахаридных единиц N-ацетилглюкозамина и глюкуроновой кислоты. ГК вырабатывается и экструдируется в синовиальную жидкость синовиоцитами, фибробластами, хондроцитами и служит важным компонентом синовиальной жидкости (СЖ). ГК удерживает аггрекан на плазматической мембране хондроцитов, образуя массивную сеть агрегатов с фиксированным отрицательным зарядом, что позволяет внеклеточному матриксу сохранять воду и замедлять диффузию крупных молекул, а также поддерживать нормальные межклеточные расстояния между хондроцитами поверхностной зоны хряща [1, 2]. В СЖ здорового коленного сустава содержится ГК со средней молекулярной массой от 2000 до 10 000 кДа в концентрации от 2,5 до 4 мг/мл [1]. Вязкоупругие свойства ГК позволяют ей действовать в качестве смазки при низких скоростях сдвига в процессе медленных движений, а также как эластичное вещество при высоких скоростях сдвига, что обеспечивает амортизацию при быстрых движениях [3]. Описано также противовоспалительное действие ГК [4] и ее способность влиять на синтез протеогликанов [5]. Кроме того, ГК обеспечивает гидратацию и гомеостаз суставов.

При остеоартрите (ОА) коленных суставов синтез, деградация и клиренс ГК являются аномальными, в результате чего снижаются молекулярная масса и концентрация ГК в СЖ [6]. Внутрисуставные инъекции ГК используют в клинической практике с целью увеличения молекулярной массы и концентрации собственной ГК за счет вискоиндукции.

Известно, что нативную ГК, которой богаты пупочный канатик или стекловидное тело, невозможно использовать для инъекций в связи с высокой иммуногенностью, которая определяется высоким содержанием белка (36–48 мкг/мг) и токсичностью, поскольку концентрация эндотоксинов превышает 100 ЕД [7]. Существующие препараты ГК различаются методом получения (очищенные из петушиных гребней или полученные путем бактериальной ферментации), молекулярной массой (от 500 до 6000 кДа и выше) и структурой (линейная, сшитая), что приводит к широкому разбросу иммунологических и реологических свойств у разных препаратов [7]. Именно поэтому отдельные продукты ГК могут иметь уникальные профили эффективности и безопасности. Например, ГК, полученная из петушиного гребня, содержит 23 ЕД эндотоксина и 1,0 мкг белка на 1 мг препарата. В то же время бактериальная технология позволяет получать ГК высокой чистоты с таким же низким содержанием белка (не более 1,0–1,6 мкг), но с минимальной концентрацией эндотоксинов (до 0,02 ЕД эндотоксина на 1 мг ГК) [7, 9].

Рядом международных ассоциаций одобрено внутрисуставное использование ГК для лечения ОА коленного сустава [10, 11]. Представленный обзор посвящен перспективам применения модификаций ГК.

Гидрогели как медицинские изделия

Гидрогели представляют собой вязкоупругие материалы, которые привлекли внимание регенеративной медицины благодаря своей способности структурно имитировать внеклеточный матрикс. С нормативной точки зрения гидрогели можно считать медицинскими изделиями, поскольку их терапевтический эффект обусловлен только внутренней структурой, а физические, химические или механические свойства служат основой механизма реализации их терапевтической функции. Из различных существующих полимеров природного происхождения, таких как коллаген, хитозан, целлюлоза и альгинат, именно ГК была выбрана в качестве подходящего биосовместимого вещества для создания гидрогеля для внутрисуставного введения. При выборе учитывались низкая иммуногенность, хорошие механические свойства и биоразлагаемость вещества [12, 13].

Следующим шагом стало формирование гелевой структуры путем сшивания полимерных цепей либо физическим, либо химическим путем. Физическое сшивание — обратимый процесс, при котором слабые нековалентные взаимодействия поддерживают стабильность сети. Такому гелю легче придать форму, но его быстрое расщепление приводит к формированию пустот [14], что неприемлемо для ревматологической практики. Ковалентные связи при химическом сшивании придают гелю улучшенные механические свойства и большую стабильность [15]. Степень сшивки, т. е. количество связей, соединяющих полимеры друг с другом, служит важным параметром свойств материала. При высокой степени сшивки мы ожидаем более высокой вязкости, жесткости и более длительного времени разложения. Однако наличие химической сшивки означает появление новых веществ в молекуле полимера. Крайне важно, чтобы материал, опосредующий сшивку, сохранял биосовместимые свойства.

На сегодняшний день существует два поколения продуктов для вискосапплементации: первое поколение представляет собой растворы ГК, растворенные в воде, второе — состоит из сшитой ГК. В отличие от немодифицированной ГК, которая подвергается быстрому расщеплению путем ферментации или окисления [16, 17], для сшитой ГК характерны медленное разложение и повышенные эластично-вязкие свойства, что увеличивает время нахождения препарата в месте инъекции. Кроме того, сама процедура внутрисуставной инъекции сопряжена с неприятными ощущениями для пациента, затратой времени на посещение врача, определенным риском инфицирования или кровотечения, в связи с чем сокращение количества инъекций в случае сопоставимой эффективности служит разумным основанием для выбора перекрестно-сшитой ГК.

Кросс-линк препараты ГК — история развития

История получения кросс-линк (сшитых) гидрогелей ГК для внутрисуставного введения прошла несколько этапов. Первое сшитое водонерастворимое производное ГК (гилан B) с подходящими для медицинского использования физическими и биологическими свойствами было разработано в начале 1980-х годов. Гилан B производится путем химического сшивания цепей ГК через гидроксильные группы с использованием дивинилсульфона и является нерастворимым гелем. Позже на фармацевтический рынок был выпущен препарат Hylan GF 20 (Гилан GF 20), предназначенный для внутрисуставного введения. Данный продукт является комбинированным и имеет в своем составе гилан А (80%) — водорастворимое вещество, полученное путем альдегидной обработки петушиных гребней in situ и характеризующееся низкой степенью сшивки гиалуронана, и гилан В (20%). Создание Hylan GF 20 являлось прорывом в технологии производства средств для внутрисуставного использования, но в силу своих биологических свойств данное вещество могло вызывать гранулематозное воспаление, эозинофильную инфильтрацию и значительное увеличение количества клеток в СЖ [18].

Для получения другой сшитой молекулы ГК (препарат Дьюралан) была использована новая на тот период технология NASHA (non-animal stabilized hyaluronic acid), в ходе которой использовались не петушиные гребни, а продукты бактериальной ферментации, а сама реакция поперечной сшивки происходила при определенной температуре [20].

В дальнейшем происходило усовершенствование гидрогелей. В частности, был разработан гидрогель, представляющий собой сшитые молекулы гиалуроната с использованием диглицидилового эфира 1,4-бутандиола (BDDE) в качестве сшивающего агента. Способность данного вещества к взаимодействию с ГК объясняется наличием эпоксидных групп на двух концах молекулы. Высокая стабильность данной связи (по сравнению с амидной) обеспечивает значительную продолжительность клинического эффекта гидрогелей на основе ГК, сшитых BDDE, которая может достигать 1 года и более. Кроме того, BDDE обладает значительно более низкой токсичностью, чем другие химические сшивающие агенты (например, дивинилсульфон). При распаде BDDE образуются нереактивные продукты. Таким образом, риск, связанный с использованием BDDE, крайне низкий [21].

Гидрогель гиалуроновой кислоты (CHAP-HA) — один из продуктов, полученных с помощью BDDE на основе современной запатентованной технологии Crosslinked Hyaluronic Acid Platform (CHAP). Для получения сшитой ГК на основе технологии CHAP используют две разные температуры в течение более длительного времени для обеспечения полноты сшивания молекул. Благодаря данной технологии устойчивость CHAP-HA к деградации повышается, а молекулярная масса увеличивается до бесконечности.

Бионический имплантат ГК

Флексотрон^® Кросс (CHAP-HA) — первый на российском рынке бионический кросс-линк препарат ГК, сшитой по CHAP-технологии (регистрационное удостоверение на медицинское изделие РЗН 2019/9067; SciVision Biotech Inc., Тайвань). Препарат предназначен для однократной инъекции, сохраняется в суставе в 20 раз дольше, чем линейная ГК. За счет своих свойств легко вводится и легко переносится пациентами.

Исследования последних лет продемонстрировали, что однократная инъекция сшитой ГК не уступает по эффективности немодифицированным молекулам [22]. Однако, как было отмечено выше, важно учитывать химический состав и конструкцию гидрогеля. Именно поэтому интересно оценить результаты одноцентрового рандомизированного клинического исследования, в котором сравнивали эффективность и безопасность CHAP-HA (SciVision Biotech Inc., Тайвань) в течение 52 нед. (12 мес.) с одним из линейных продуктов ГК для трех инъекций (Hyalgan^®, Fidia Pharma) у больных ОА коленного сустава. Всего в 2015–2016 гг. в исследование было включено 140 пациентов с рентгенологически подтвержденным ОА коленного сустава 2-й или 3-й степени по Kellgren — Lawrence (KL). Возраст пациентов составлял 35–85 лет, боль на фоне традиционной нефармакологической (лечебная гимнастика, ношение бандажей и пр.) терапии или применения анальгетиков по 100 мм визуальной аналоговой шкале (ВАШ) составила 30 мм и более. Впервые оценка состояния пациентов была столь длительной и составляла 52 нед. (с посещениями через 4, 12, 26, 39 и 52 нед.) [23]. При обоих режимах введения снижение боли было клинически значимым, однако CHAP-HA клинически превосходил линейную ГК по показателю боли на 26-й и 52-й неделях. Внутригрупповой анализ также выявил улучшение показателей боли по ВАШ и шкале WOMAC (Western Ontario and McMaster University Osteoarthritis Index) у пациентов, получавших ГК, сшитую BDDE, на протяжении всех 52 нед. наблюдения, что указывает на более длительный период эффективности, чем обычно бывает заявлено для других препаратов ГК (6 мес.).

Флексотрон^® Кросс позиционируется как первый бионический кросс-линк, свойства которого соответствуют принципам действия нативной СЖ, что объясняет различия в реализации его эффектов у пациентов с разной степенью ОА коленных суставов. У пациентов с ОА высокой градации по KL собственная СЖ имеет исходно низкую вязкость, в связи с чем имплантация ГК, сшитой BDDE, позволяет с самого начала достичь раннего и быстрого снижения выраженности боли у пациентов именно этой группы. Анальгетический эффект связан с замещением собственной неполноценной СЖ, а введение препарата ГК обеспечивает суставу амортизационные свойства в течение длительного периода. В то же время у пациентов с ОА низкой градации по KL анальгетический эффект развивается позже в сравнении с линейными продуктами ГК, чаще всего на второй неделе после введения. Флексотрон^® Кросс по мере распада поперечных связей модулирует биологические факторы, и уменьшение боли в этом случае обусловлено процессом вискоиндукции собственной ГК.

Высокой плотностью препарата Флексотрон^® Кросс обусловлен кратковременный (до 2–3 дней) дискомфорт и ощущение распирания в суставе после введения препарата, которые не являются побочным эффектом или осложнением и в большинстве случаев проходят самостоятельно. В случае необходимости для уменьшения дискомфорта можно использовать холод и нестероидные противовоспалительные средства [23]. Кроме того, снизить частоту развития дискомфорта помогают сгибательно-разгибательные движения в коленном суставе сразу после введения препарата.

Необходимо помнить, что введение сшитых продуктов ГК требует обязательного соблюдения ряда условий. Прежде всего врачу необходимо убедиться в отсутствии синовита либо, если синовит диагностирован, выполнить подготовку — «прекондиционирование» сустава. Для начинающих врачей желателен объективный контроль инъекции с помощью ультразвуковой навигации, чтобы убедиться, что игла находится точно в полости сустава, и не допустить параартикулярного введения препарата.

Представляет интерес прямое сравнение Флексотрон^® Кросс, представляющего третье поколение сшитых ГК, с предшествующими аналогами. В проспективном рандомизированном контролируемом двойном слепом исследовании с периодом наблюдения в 6 мес. 132 пациента с ОА коленного сустава 2-й или 3-й степени по KL были распределены в группы и получили 1 инъекцию либо 3 мл Флексотрон^® Кросс (SciVision Biotech Inc., Тайвань, 60 мг/мл), либо 6 мл Synvisc-One (Genzyme Biosurgery, США, 8 мг/мл). В обеих группах наблюдалось значительное улучшение показателей индекса боли по ВАШ, WOMAC. Однако у пациентов, получавших Флексотрон^® Кросс, наблюдалась значительно более быстрая положительная динамика показателя боли через 1, 3 и 6 мес. по сравнению с теми, кто получал Synvisc-One. Кроме того, показатель скованности (WOMAC), оцененный через 6 мес., также свидетельствовал в пользу лечения современными средствами [19].

При прямом сравнении эффективности и безопасности использования Флексотрон^® Кросс и Дьюралана в течение 52 нед. при лечении ОА коленного сустава отмечено улучшение в обеих группах, однако показатели боли и скованности по ВАШ и WOMAC оказались лучше в группе Флексотрон^® Кросс, отмечались более короткое время выполнения теста «встань и иди» и более высокий показатель удовлетворенности, чем в группе Дьюралана, в течение первых 39 нед. наблюдения [20].

Перспективы использования ГК в ревматологии

Технологии создания гидрогелей для лечения ОА коленных суставов продолжают совершенствоваться. Экспериментальные работы рассматривают использование наночастиц ГК (HA-NP) в качестве потенциального терапевтического средства для лечения ОА. HA-NP in vitro продемонстрировали устойчивость к распаду под воздействием гиалуронидазы и способность к длительному нахождению in vivo в коленном суставе по сравнению со свободной высокомолекулярной ГК. В хондроцитах мышей HA-NP блокировали рецептор-опосредованное клеточное поглощение свободной низкомолекулярной ГК, что, в свою очередь, привело к повышению эктопической экспрессии CD44. Увеличение концентрации CD44 наблюдается в поврежденном суставном хряще, что в последующем индуцирует экспрессию катаболических генов [24].

Другое направление совершенствования ГК — внедрение в нее наночастиц с антиоксидантными свойствами, таких как оксид церия [25] или золото [26]. Наночастицы оксида церия или золота могут поглощать свободные радикалы. Модели ОА in vitro и in vivo продемонстрировали, что как оксид церия, так и золото в сочетании с ГК могут продлить время ее деградации и тем самым оказать положительное влияние на терапию ОА.

Кроме того, известно, что высокоочищенные полинуклеотиды из гонад форели, также известные под аббревиатурой PN-HPT™ (технология высокой очистки полинуклеотидов), обеспечивают стойкую вязкостную добавку, доставляют азотистые основания, предшественники нуклеотидов в хондроциты и мезенхимальные клетки, а также уменьшают боль в суставе. Высокоочищенные полинуклеотиды также доказали противовоспалительное действие за счет частичного ингибирования пути NF-κB [27]. В Российской Федерации PN-HPT™ представлены в виде продукта Хронотрон^® (Mastelli Srl, Сан-Ремо, Италия). Синергия между PN-HPT™ и ГК в отношении трофики хондроцитов и контроля боли была убедительно доказана in vitro и in vivo, так же как и безопасность обеих групп препаратов [28]. Потенцирующий эффект этих двух средств является обоснованием для их совместного применения. Результаты двухлетнего двойного слепого исследования подтвердили, что одновременное внутрисуставное введение комбинации PN-HPT™ и ГК обладает значительными преимуществами при влиянии на боль и функциональные нарушения в коленном суставе по сравнению с применением только ГК [29, 30].

Заключение

Научные достижения последних лет позволили существенно усовершенствовать препараты ГК для внутрисуставного введения пациентам с ОА коленного сустава. Первоначальное использование линейных молекул ГК сменилось применением «сшитых» продуктов, которые обеспечивают большую вязкость, длительное нахождение в полости сустава, а при постепенном распаде — последующий эффект вискоиндукции собственной ГК. В дальнейшем происходит совершенствование самого процесса «сшивки». Показано, что однократная инъекция сшитой по CHAP-технологии ГК безопасна и более эффективна в течение 52 нед. наблюдения по сравнению с линейной ГК, а также с препаратами ГК, сшитыми с использованием менее совершенных технологий. Разрабатываются дальнейшие методики внутрисуставного использования ГК. Достаточно перспективным оказался путь комбинированного введения совместно с синергичными по действию полинуклеотидами высокой степени очистки.