Degradación del ácido hialurónico por hialuronidasa y radicales hidroxilo. Influencia del peso molecular del ácido hialurónico en su capacidad antioxidante in vitro

Resumen

La osteoartritis o artrosis es una de las enfermedades artríticas más comunes que supone la pérdida de la funcionalidad articular. Uno de los parámetros biológicos que la caracterizan es la reducción en la elasticidad y la viscosidad del líquido sinovial, lo cual se produce a consecuencia de la reducción en la concentración y el peso molecular del ácido hialurónico que aparece en dicho líquido, perdiéndose su capacidad lubrificante y protectora. Una de las terapias más utilizadas para paliar el dolor derivado de esta patología, así como para restituir las propiedades del líquido sinovial, es la inyección intraarticular de una solución de ácido hialurónico o viscosuplementación. Existen tres tipos fundamentales de soluciones de uso clínico: los hialuronatos son soluciones de pesos moleculares medios frecuentemente compuestas por hialuronato sódico; los hilanos se obtienen a través de un proceso de estabilización que consigue un considerable incremento del peso molecular; las soluciones NASHA o ácido hialurónico estabilizado de origen no animal también consiguen aumentar enormemente el tamaño molecular del hialurónico, lo cual se lleva a cabo a través de un proceso de estabilización que en este caso afecta a una proporción mínima de la molécula. Por otra parte, y dado que la artrosis es una enfermedad inflamatoria, la gran producción de especies reactivas derivada de la respuesta inflamatoria junto con la presencia de hialuronidasas en el líquido sinovial, supone que tanto el ácido hialurónico endógeno como el administrado por viscosuplementación estén sujetos a procesos de degradación, reduciéndose su peso molecular y, consecuentemente, la viscosidad. Teniendo en cuenta estas premisas, analizamos la estabilidad de los diferentes tipos de soluciones de uso habitual en la clínica para viscosuplementación a través de su despolimerización enzimática (por hialuronidasas) y de su degradación química (por radicales hidroxilo). Además, estudiamos la inhibición de dicha degradación mediada por radicales a través del uso concomitante de otros antioxidantes (manitol, tiourea, propofol, vinpocetina), con el objeto de reducir el daño al ácido hialurónico y preservar su estructura y, por tanto, su funcionalidad. También evaluamos la capacidad antioxidante de los distintos tipos de soluciones de uso clínico frente a diferentes radicales, así como el efecto protector del hialurónico en función de su peso molecular sobre cultivos celulares de fibroblastos humanos frente a estrés oxidativo (por hierro y por peróxido de hidrógeno) e inflamación (mediada por el lipopolisacárido). Los estudios de degradación demostraron la mayor estabilidad de las soluciones NASHA (hialurónico estabilizado de origen no animal) frente a las de hialuronatos sódicos e hilano, siendo ésta última la que menor estabilidad mostró. Las soluciones de hialuronatos sódicos mostraron perfiles de degradación intermedios entre los otros dos tipos de preparaciones y muy similares entre ellas, si bien las de menor peso molecular ensayado (500-800 kDa) fueron las que registraron los porcentajes de degradación más bajos dentro de dicho tipo de soluciones. Además, los pesos moleculares de los residuos obtenidos tras la degradación fueron muy similares, teniendo en cuenta las grandes diferencias iniciales, poniendo de relieve un máximo de actividad y diferentes mecanismos de acción al atacar la estructura del hialurónico. La inhibición de la degradación química reveló que los antioxidantes evaluados protegieron eficazmente al ácido hialurónico del daño oxidativo, estableciéndose así las bases para su uso potencial como suplemento de soluciones de uso intraarticular. Entre ellos, el inhibidor más eficaz fue la vinpocetina, un derivado indólico que registró los mayores porcentajes de inhibición máxima. Por otra parte, la solución NASHA se vio muy eficazmente protegida por la adición de manitol, mostrando perfiles de inhibición distintos al resto y poniendo de manifiesto las diferencias físico-químicas con respecto al resto de preparaciones, las cuales se apoyan fundamentalmente en las particularidades de los procesos de estabilización a los que está sujeta durante su producción. La evaluación de la capacidad antioxidante reveló que únicamente la solución de NASHA mostró cierta actividad frente a radicales hidroxilo y superóxido. La estabilización de estas soluciones para su uso clínico parece enmascarar la actividad antioxidante de las mismas o, al menos, no facilita su evaluación a través de las metodologías utilizadas. Sin embargo, cabe indicar que las concentraciones a las que se detectó capacidad antioxidante derivan de la correspondiente a la tetrasacárida, que es la unidad funcional del hialurónico. Por otro lado, la inducción de estrés oxidativo e inflamación en cultivos de fibroblastos puso de relieve el daño a membranas, proteínas y defensas celulares, así como la reducción en la viabilidad celular. En nuestras condiciones experimentales, las condiciones de estrés más patentes se registraron en presencia de hierro, mientras que el agente menos agresivo fue el lipopolisacárido. Por otra parte, el efecto protector del hialurónico fue dependiente del peso molecular, siendo las soluciones de alto peso molecular las que ejercieron una mayor protección frente a estrés. Por último, los hialurónicos fueron más eficaces reduciendo el daño mediado por hierro, lo cual sugiere un posible mecanismo quelante dada la presencia de grupos carboxílicos en su estructura, pudiendo así interaccionar con cationes metálicos. De este modo, tanto el peso molecular como el tipo de estabilización a la que está sujeta una preparación de ácido hialurónico parecen influir en sus efectos farmacológicos y fisiológicos, lo cual debe ser tenido en cuenta en la aplicación o elaboración de terapias para la artrosis.