Hyaluronzuur, ook bekend als hyaluronan, is een polysacharide die helpt bij het vaststellen van de viscositeit van lichaamsvloeistoffen. Volgens een nieuwe studie door EPFL-wetenschappers, het beïnvloedt ook het gedrag van veel meer watermoleculen dan eerder werd gedacht. Hun bevindingen - zojuist gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang — nieuwe wegen openen voor onderzoek naar de rol die water speelt in het menselijk lichaam.

Hoewel water al lang bekend staat als een cruciaal onderdeel van biologische systemen, pas sinds kort beginnen wetenschappers de ingewikkelde manieren te ontdekken waarop het de structurering van biologische verbindingen zoals eiwitten, membranen, DNA en suikers Dat geldt ook voor hyaluronan, een polysacharide die wordt aangetroffen rond cellen en in delen van ons lichaam waar smering en viscositeit belangrijk zijn, zoals in onze gewrichten. Hyaluronan is een belangrijke bepalende factor voor de textuur van de waterige vloeistoffen in deze gebieden. Met behulp van een nieuwe methode ontwikkeld in hun laboratorium, de LBP-wetenschappers ontdekten dat hyaluronan de oriëntatie van veel meer watermoleculen beïnvloedt dan eerder werd gedacht. Hun onderzoek, verschijnen in wetenschappelijke vooruitgang , markeert een doorbraak in hoe wetenschappers de rol van water in de biologie waarnemen.

Een nieuwe manier om hydratatie te begrijpen

De LBP-wetenschappers hebben op nanoschaal onderzocht om beter te begrijpen hoe hyaluronan in wisselwerking staat met water. Hyaluronan moleculen bevatten veel anionen, of negatief geladen ionen, terwijl de watermoleculen (H2O) neutraal maar positief geladen zijn aan de ene kant en negatief geladen aan de andere kant. Deze ladingsverdeling oriënteert de watermoleculen wanneer ze de negatieve lading van het hyaluronzuur 'zien'. Eerder, Men dacht dat ladingen water beïnvloeden over een afstand van 3 watermoleculen, waarbij alleen deze interactie betrokken is. Echter, met behulp van hun nieuwe methode, de LBP-wetenschappers ontdekten dat de invloed zich feitelijk uitstrekt tot 1, 600 watermoleculen. Ze ontdekten ook een tweede mechanisme dat water oriënteert, namelijk dat het elektrostatische veld van de anionen de manier waarop watermoleculen met elkaar verbinden enigszins verandert. Dit mechanisme speelt ook bij hyaluronoplossingen. Deze baanbrekende ontdekking zou conventionele manieren van denken over water en hoe het interageert met complexe moleculen op de proef kunnen stellen. Hyaluronan staat bekend om zijn viscositeitverhogende eigenschappen, waarvan altijd is gedacht dat het alleen voortkomt uit interacties tussen de hyaluronan-moleculen. Echter, dit werk laat zien dat water en hoe het wordt beïnvloed ook een belangrijke rol speelt.

De oriëntatie van watermoleculen testen

Hyaluronan oriënteert watermoleculen door de water-watercorrelaties te verbeteren. Het fungeert als een "flexibele ketting omgeven door uitgestrekte schelpen van oriënterend gecorreleerd water, die fluctueert afhankelijk van de bewegingen van het hyaluronanmolecuul, " zegt Sylvie Roke, hoofd van de LBP. Haar team van wetenschappers heeft de ruimtelijke correlaties gemeten over nanoscopische lengteschalen.

Hun methode verschilt van standaardtechnieken, zoals lichtverstrooiing, die variaties in hyaluronan meet in plaats van watermoleculen. Bovendien, bestaande technieken zijn niet gevoelig genoeg om bij zeer lage concentraties te werken. De LBP-methode, genaamd femtoseconde elastische tweede-harmonische verstrooiing, biedt 1000 keer grotere gevoeligheid, waardoor het mogelijk is om de kleine structurele correlaties te meten die het gevolg zijn van de veranderingen in de waterstructuur. Het verlichten van een oplossing met een femtoseconde nabij-infraroodlaserpuls resulteert in het genereren van fotonen die de dubbele energie hebben van de binnenkomende fotonen. Dergelijke tweede harmonische fotonen kunnen alleen worden gegenereerd uit gebieden in de vloeistof die een gebroken symmetrie hebben in vergelijking met de isotrope structuur van de zuivere bulkvloeistof. Ze rapporteren dan ook heel gevoelig over structurele verschillen. Daarentegen worden bij reguliere lichtverstrooiingsmethoden dezelfde kleurfotonen uitgezonden door elk molecuul, zodat structurele verschillen alleen detecteerbaar zijn door een verschilmeting uit te voeren. Dit resulteert in de 1000 x hogere gevoeligheid, evenals - in dit geval - de gevoeligheid voor water.

Roke legt uit:"Het vermogen om te observeren hoe watersuperstructuren veranderen als reactie op moleculen zoals hyaluronan, opent een heel nieuw onderzoeksgebied. Onze methode zou kunnen worden gebruikt in combinatie met andere, niet-lineaire optische benaderingen om de complexiteit van waterige systemen beter te onderzoeken, die we nu pas beginnen te ontdekken."