Hyaluronan-Chondroitin Sulfate Anomalous Crosslinking Due to Temperature Changes - Publikacja - MOST Wiedzy

Twoje konto

zaloguj

Wyszukiwarka

Hyaluronan-Chondroitin Sulfate Anomalous Crosslinking Due to Temperature Changes

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

pobierz publikację
pobrano 49 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY 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
  1. Hari, G.G.; Hales, C.A. Chemistry and Biology of Hyaluronan; Elsevier Science: Amsterdam, The Netherlands, 2008; ISBN 9780080472225.
  2. 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
  3. Matej, D. Boundary cartilage lubrication: Review of current concepts. Wien. Med. Wochenschr. 2014, 164, 88-94.
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. Weininger, D. Smiles 1. Introduction and encoding rules. J. Chem. Inf. Comput. Sci. 1988, 28, 31-36. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  19. 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
  20. 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
  21. 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
  22. 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
  23. Rapaport, D.C. The Art of Molecular Dynamics Simulation; otwiera się w nowej karcie
  24. 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
  25. 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
  26. 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
  27. 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
  28. Watts, D.J.; Strogatz, S.H. Collective dynamics of 'small-world' networks. Nature 1998, 393, 440-442. [CrossRef] [PubMed] otwiera się w nowej karcie
  29. Newman, M.E.J. Models of the Small World. J. Stat. Phys. 2000, 101, 819-841. [CrossRef] otwiera się w nowej karcie
  30. 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
  31. 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
  32. 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
  33. 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
  34. 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
2018

Effect of Ion and Binding Site on the Conformation of Chosen Glycosaminoglycans at the Albumin Surface

  • P. Sionkowski,
  • P. Bełdowski,
  • N. Kruszewska
  • + 3 autorów
2022

Hydrogen Bonds in Blends of Poly(N-isopropylacrylamide), Poly(N-ethylacrylamide) Homopolymers, and Carboxymethyl Cellulose

  • A. García-Peñas,
  • W. Liang,
  • S. Hashmi
  • + 3 autorów
2021

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
2018
Meta Tagi