Abstrakt
Glycosaminoglycans are a wide class of biopolymers showing great lubricating properties due to their structure and high affinity to water. Two of them, hyaluronic acid and chondroitin sulfate, play an important role in articular cartilage lubrication. In this work, we present results of the all-atom molecular dynamics simulations of both molecules placed in water-based solution. To mimic changes of the physiological conditions, especially temperature, of the synovial fluid in joints under successive load (e.g., walking, jogging, jumping), simulations have been performed at different physiological temperatures in the range of 300 to 320 Kelvin (normal intra-articular temperature is305K).The stability of the biopolymeric network at equilibrium(isothermal and isobaric) conditions has been studied. To understand the process of physical crosslinking, the dynamics of intra- and intermolecular hydrogen bonds forming and breaking have been studied. The results show that following addition of chondroitin sulfate, hyaluronan creates more intermolecular hydrogen bonds than when in homogeneous solution. The presence of chondroitin in a hyaluronan network is beneficialas it may increase its stability. Presented data show hyaluronic acid and chondroitin sulfate as viscosity modifiers related to their crosslinking properties in different physicochemical conditions.
Cytowania
-
1 1
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 0
Scopus
Autorzy (5)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- otwiera się w nowej karcie
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
- Opublikowano w:
-
Polymers
nr 10,
strony 1 - 11,
ISSN: 2073-4360 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2018
- Opis bibliograficzny:
- Andrysiak T., Bełdowski P., Siódmiak J., Weber P., Ledziński D.: Hyaluronan-Chondroitin Sulfate Anomalous Crosslinking Due to Temperature Changes// Polymers. -Vol. 10, nr. 5 (2018), s.1-11
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/polym10050560
- Bibliografia: test
-
- Hari, G.G.; Hales, C.A. Chemistry and Biology of Hyaluronan; Elsevier Science: Amsterdam, The Netherlands, 2008; ISBN 9780080472225.
- Bełdowski, P.; Weber, P.; Andrysiak, T.; Augé, W.K., II; Ledziński, D.; De Leon, T.; Gadomski, A. Anomalous Behavior of Hyaluronan Crosslinking Due to the Presence of Excess Phospholipids in the Articular Cartilage System of Osteoarthritis. Int. J. Mol. Sci. 2017, 18, 2779. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Matej, D. Boundary cartilage lubrication: Review of current concepts. Wien. Med. Wochenschr. 2014, 164, 88-94.
- Fakhari, A.; Berkland, C. Applications and emerging trends of hyaluronic acid in tissue engineering, as a dermal filler and in osteoarthritis treatment. Acta Biomater. 2013, 9, 7081-7092. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Chondroitin Sulfate: Uses, Side Effects, Interactions, Dosage, and Warning. Available online: https://www. webmd.com/vitamins/ai/ingredientmono-744/chondroitin-sulfate (accessed on 14 May 2018). otwiera się w nowej karcie
- Noh, I.; Kim, G.-W.; Choi, Y.-J.; Kim, M.-S.; Park, Y.; Lee, K.-B.; Kim, I.-S.; Hwang, S.-J.; Tae, G. Effects of cross-linking molecular weights in a hyaluronic acid-poly(ethylene oxide) hydrogel network on its properties. Biomed. Mater. 2006, 1, 116-123. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Kosińska, M.K.; Ludwig, T.E.; Liebisch, G.; Zhang, R.; Siebert, H.C.; Wilhelm, J.; Kaesser, U.; Dettmeyer, R.B.; Klein, H.; Ishaque, B.; et al. Articular joint lubricants during osteoarthritis and rheumatoid arthritis display altered levels and molecular species. PLoS ONE 2015, 10, e0125192. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Bełdowski, P.; Andrysiak, T.; Mreła, A.; Pawlak, Z.; Augé, W.K., II; Gadomski, A. The Anomalies of Hyaluronan Structures in Presence of Surface Active Phospholipids-Molecular Mass Dependence. Polymers 2018, 10, 273. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Snelling, S.; Rout, R.; Davidson, R.; Clark, I.; Carr, A.; Hulley, P.A.; Price, A.J. A gene expression study of normal and damaged cartilage in anteromedial gonarthrosis, a phenotype of osteoarthritis. Osteoarthr. Cartil. 2014, 22, 334-343. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Nishimura, M.; Yan, W.; Mukudai, Y.; Nakamura, S.; Nakamasu, K.; Kawata, M.; Kawamoto, T.; Noshiro, M.; Hamada, T.; Kato, Y. Role of chondroitin sulfate-hyaluronan interactions in the viscoelastic properties of extracellular matrices and fluids. Biochim. Biophys. Acta Gen. Subj. 1998, 1380, 1-9. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Moghadam, M.N.; Abdel-Sayed, P.; Camine, V.M.; Pioletti, D.P. Impact of synovial fluid flow on temperature regulation in knee cartilage. J. Biomech. 2015, 48, 370-374. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Band, P.A.; Heeter, J.; Wiśniewski, H.G.; Liublinska, V.; Pattanayak, C.W.; Karia, R.J.; Stabler, T.; Balazs, E.A.; Kraus, V.B. Hyaluronan molecular weight distribution is associated with the risk of knee osteoarthritis progression. Osteoarthr. Cartil. 2015, 23, 70-76. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Temple-Wong, M.M.; Ren, S.; Quach, P.; Hansen, B.C.; Chen, A.C.; Hasegawa, A.; D'Lima, D.D.; Koziol, J.; Masuda, K.; Lotz, M.K.; et al. Hyaluronan concentration and size distribution in human knee synovial fluid: Variations with age and cartilage degeneration. Arthritis Res. Ther. 2016, 18, 18. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Lee, D.W.; Banquy, X.; Das, S.; Cadirov, N.; Jay, G.; Israelachvili, J. Effects of molecular weight of grafted hyaluronic acid on wear initiation. J. Acta Biomater. 2014, 10, 1817-1823. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Kwieciński, J.J.; Dorosz, S.G.; Ludwig, T.E.; Abubacker, S.; Cowman, M.K.; Schmidt, T.A. The effect of molecular weight on hyaluronan's cartilage boundary lubricating ability-Alone and in combination with proteoglycan 4. Osteoarthr. Cartil. 2011, 19, 1356-1362. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Seror, J.; Zhu, L.; Goldberg, R.; Day, A.J.; Klein, J. Supramolecular synergy in the boundary lubrication of synovial joints. Nat. Commun. 2015, 6, 6497. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Katta, J.; Jin, Z.; Ingham, E.; Fisher, J. Chondroitin sulphate: An effective joint lubricant? Osteoarthr. Cartil. 2009, 17, 1001-1008. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Weininger, D. Smiles 1. Introduction and encoding rules. J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1988, 28, 31-36. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Kim, S.; Thiessen, P.A.; Bolton, E.E.; Chen, J.; Fu, G.; Gindulyte, A.; Han, L.; He, J.; He, S.; Shoemaker, B.A.; et al. PubChem Substance and Compound databases. Nucleic Acids Res. 2015, 44, D1202-D1213. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Krieger, E.; Vriend, G. New ways to boost molecular dynamics simulations. J. Comput. Chem. 2015, 36, 996-1007. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Mark, P.; Nilsson, L. Structure and Dynamics of the TIP3P, SPC, and SPC/E Water Models at 298 K. J. Phys. Chem. A 2001, 105, 9954-9960. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Duan, Y.; Wu, C.; Chowdhury, S.; Lee, M.C.; Xiong, G.; Zhang, W.; Yang, R.; Cieplak, P.; Luo, R.; Lee, T.; et al. A point-charge force field for molecular mechanics simulations of proteins based on condensed-phase quantum mechanical calculations. J. Comput. Chem. 2003, 24, 1999-2012. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Rapaport, D.C. The Art of Molecular Dynamics Simulation; otwiera się w nowej karcie
- Kmiecik, S.; Gront, D.; Kolinski, M.; Wieteska, L.; Dawid, A.E.; Kolinski, A. Coarse-grained protein models and their applications. Chem. Rev. 2016, 116, 7898-7936. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Ingólfsson, H.I.; Lopez, C.A.; Uusitalo, J.J.; Jong, D.H.D.; Gopal, S.M.; Periole, X.; Marrink, S.J. The power of coarse graining in biomolecular simulations. Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2013, 4, 225-248. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Baaden, M.; Marrink, S.J. Coarse-grain modelling of protein-protein interactions. Curr. Opin. Strut. Biol. 2013, 23, 878-886. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Atilgan, A.R.; Akan, P.; Baysal, C. Small-World Communication of Residues and Significance for Protein Dynamics. Biophys. J. 2004, 86, 85-91. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Watts, D.J.; Strogatz, S.H. Collective dynamics of 'small-world' networks. Nature 1998, 393, 440-442. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Newman, M.E.J. Models of the Small World. J. Stat. Phys. 2000, 101, 819-841. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Wieland, D.C.F.; Degen, P.; Zander, T.; Gayer, S.; Raj, A.; An, J.; Dédinaité, A.; Claesson, P.; Willumeit-Römer, R. Structure of DPPC-hyaluronan interfacial layers-Effects of molecular weight and ion composition. Soft Matter 2016, 12, 729-740. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Das, S.; Banquy, X.; Zappone, B.; Israelachvili, J. Synergistic interactions between grafted hyaluronic acid and lubricin provide enhanced wear protection and lubrication. Biomacromolecules 2013, 14, 1669-1677. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Oates, K.M.N.; Krause, W.E.; Jones, R.L.; Colby, R.H. Rheopexy of synovial fluid and protein aggregation. J. R. Soc. Interface 2006, 3, 167-174. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
- Green, P.F.; Kramer, E.J. Matrix effects on the diffusion of long polymer chains. Macromolecules 1986, 19, 1108-1114. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
- Doi, M.; Edwards, S.F. The Theory of Polymer Dynamics, 2nd ed.; Clarendon Press: Oxford, UK, 1988. © 2018 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
wyświetlono 133 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Physical crosslinking of hyaluronic acid in the presence of phospholipids in an aqueous nano-environment
- P. Bełdowski,
- P. Weber,
- A. Dedinaite
- + 2 autorów
Effect of Ion and Binding Site on the Conformation of Chosen Glycosaminoglycans at the Albumin Surface
- P. Sionkowski,
- P. Bełdowski,
- N. Kruszewska
- + 3 autorów
Hydrogen Bonds in Blends of Poly(N-isopropylacrylamide), Poly(N-ethylacrylamide) Homopolymers, and Carboxymethyl Cellulose
- A. García-Peñas,
- W. Liang,
- S. Hashmi
- + 3 autorów
Fractional Calculus Evaluation of Hyaluronic Acid Crosslinking in a Nanoscopic Part of Articular Cartilage Model System
- P. Bełdowski,
- P. Weber,
- T. De Leon
- + 2 autorów