Spirulina- zielona moc
Arthrospira platensis i Arthrospira maxima (znane również bardziej ogólnie jako Spirulina ze względu na swój spiralny lub helikalny kształt), należące do rodziny Microcoleaceae, są najczęściej badanymi gatunkami cyjanobakterii w zastosowaniach farmakologicznych i przemyśle spożywczym. Cyjanobakterie to bakterie Gram-ujemne, które odegrały ważną rolę w ewolucji prymitywnej Ziemi i biosfery; odpowiadają za natlenienie atmosfery i oceanów od czasu Wielkiego Zdarzenia Utleniającego, które miało miejsce około 3 miliardy lat temu. Mikroorganizmy te zostały sklasyfikowane jako niebiesko-zielone algi ze względu na ich kolor wynikający z produkcji pigmentu fikocyjaniny. Cyjanobakterie znaleziono w różnych niszach ekologicznych, od słodkiej wody po oceany, na glebach, skałach i w środowiskach o ekstremalnych właściwościach fizykochemicznych. Ta cyjanobakteria ma organizację prokariotyczną z wielowarstwową ścianą komórkową, rybosomami, licznymi wtrąceniami i lamelarnym systemem fotosyntezy.
Sinice rozwijają się naturalnie w wodach alkalicznych, bogatych w minerały, w temperaturach od 35 do 40°C. Jego włókna mogą osiągnąć długość 0,5 mm. Spiralny kształt włókna i obecność wakuoli gazowych wewnątrz komórek sprawiają, że tworzy on pływające maty. W przyrodzie występuje kilka gatunków Spiruliny, ale najczęściej badanymi i stosowanymi gatunkami są Spirulina platensis (S. platensis) i Spirulina maxima (S. maxima). Od lat 70 XX wieku Spirulina uznawana jest za bogate źródło pożywienia ze względu na wysoką zawartość makro- i mikroelementów. W rzeczywistości jest doskonałym źródłem białek, witamin, kwasów tłuszczowych, minerałów, pigmentów fotosyntetycznych i kilku metabolitów wtórnych.
W zależności od sposobu uprawy może zawierać do 60% suchej masy białek składających się z niezbędnych aminokwasów, takich jak leucyna, izoleucyna, walina, tryptofan, metionina, fenyloalanina, lizyna i treonina. Zawartość białka jest wysokiej jakości, o wartości biologicznej na poziomie 75% i wysokiej strawności (83–90%), ponieważ komórki Spiruliny zamiast ścian celulozowych mają delikatną i łatwo przyswajalną otoczkę mureinową. Około 60% całkowitej zawartości białka stanowią fikobilisomy, składające się z C-fikocyjaniny (C-PC) i allofikocyjaniny (A-PC), odpowiednie związki przeciwutleniające, przeciwzapalne, przeciwnowotworowe i immunostymulujące, a także składniki kosmetyków, w przemyśle spożywczym, farmaceutycznym i nutraceutycznym. Około 7–16% suchej masy stanowią lipidy. Należą do nich jednonienasycone kwasy tłuszczowe, takie jak kwas oleinowy, nasycone kwasy tłuszczowe (SFA), takie jak częściej występujący kwas palmitynowy, arachidowy i mirystynowy, oraz wielonienasycone kwasy tłuszczowe omega-6 (ω-6 PUFA), arachidonowy (AA) i γ linolenowy kwas (GLA), silny środek immunoprotekcyjny i prekursor prostaglandyn i leukotrienów. Do kwasów tłuszczowych Spiruliny zalicza się także kwas stearydonowy (SDA), kwas eikozapentaenowy (EPA) i kwas dokozaheksaenowy (DHA). Spirulina zawiera różne pigmenty lipofilowe, które mają różne właściwości bioaktywne. Wśród nich najliczniej występuje chlorofil-a (9–12% frakcji lipidowych) i β-karoten. Ksantofile, echinon, myksoksantofil, zeaksantyna, kantaksantyna, β-kryptoksantyna i oscylaksantyna to inne terpenoidy obecne w Spirulinie. Jeśli chodzi o witaminy, Spirulina zawiera prowitaminę A (β-karoten), witaminę B1 (tiaminę), B2 (ryboflawinę), B3 (nikotynamid), B6 (pirydoksynę), B9 (kwas foliowy), B12 (cyjanokobalaminę), witaminę C, witaminę D i witamina E (tokoferol). Spirulina jest także źródłem kilku minerałów, w tym żelaza, cynku, potasu, miedzi, manganu, magnezu, fosforu i wapnia
Wykazano, że w zależności od sposobu uprawy zawartość węglowodanów Spiruliny, w tym glukozy, fruktozy, sacharozy, gliceryny, sorbitolu i mannitolu, może wzrosnąć od 15 do 20% suchej masy . Ponadto w biomasie Spiruliny można znaleźć mio-inozytol, węglowodanowe źródło organicznego fosforu, azotu, spirulanu wapnia (Ca-SP) oraz immunomodulator polisacharydowy zwany Immuliną. Co więcej, gatunki Spiruliny mogą przystosować się do zmian środowiskowych i rosnąć bardzo szybko w zależności od dostępności składników odżywczych i czynników klimatycznych. Poprzez fotosyntezę szczepy te mogą wiązać N2 i CO2, wytwarzając jednocześnie O2 i związki organiczne, takie jak polisacharydy, lipidy, karotenoidy, białka i witaminy, które odgrywają kluczową rolę w przemyśle spożywczym, kosmetycznym i farmaceutycznym
Spirulina znana jest od czasów starożytnych jako superfood. Aztekowie zbierali go z zasadowego jeziora Texcoco w Meksyku jako integralną część swojej diety. Bezpieczeństwo Spiruliny zostało wykazane w wielu badaniach toksykologicznych zarówno przy długotrwałym, jak i ostrym podaniu do wątroby, nerek, układu rozrodczego i fizjologii człowieka. Obecnie znajduje się na liście amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków (FDA) w kategorii „ogólnie uznawany za bezpieczny” (GRAS). Spirulina została uznana za pierwszą na świecie super żywność o pełnym profilu odżywczym i najlepszą „żywność przyszłości” ze względu na jej zrównoważony rozwój ekologiczny. Obecnie Spirulina jest produkowana na skalę przemysłową w kontrolowanych warunkach. W rzeczywistości wzrost i produktywność tego mikroorganizmu zależą od kilku czynników, takich jak stężenie składników odżywczych, temperatura, widmo światła, intensywność i pH, które również wpływają na jego skład biochemiczny. Ponadto Spirulina jest stosowana w medycynie do leczenia różnych schorzeń dzięki związkom bioaktywnym, takim jak przeciwutleniacze, immunostymulanty, środki przeciwzapalne, przeciwbakteryjne, przeciwwirusowe, przeciwnowotworowe, przeciwalergiczne, przeciwcukrzycowe, w tym fenole, fikobiliproteiny i chlorofil. Uważa się, że te i inne związki zawarte w Spirulinie zapobiegają lub leczą szeroką gamę schorzeń. Z tych powodów agencje kosmiczne, takie jak Narodowa Agencja Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej (NASA), promują ją jako żywność i suplement dla astronautów podczas ich misji kosmicznych, ponieważ niewielkie ilości są w stanie zapewnić różne składniki odżywcze i mieć działanie ochronne. W rzeczywistości podczas pobytu w kosmosie astronauci są narażeni na różnorodne czynniki stresowe, które mogą mieć negatywne konsekwencje zdrowotne.
Środowisko kosmiczne szkodzi różnym obszarom ciała astronauty z powodu kilku czynników, takich jak mikrograwitacja i stres oksydacyjny wywołany promieniowaniem. Na Ziemi komórki są stale poddawane działaniu reaktywnych form tlenu (ROS), zwykle wytwarzanych w wyniku metabolizmu komórkowego i narażenia na stres środowiskowy, taki jak promieniowanie rentgenowskie, UV, zanieczyszczenia, ksenobiotyki itp. Uszkodzenie jest bezpośrednie proporcjonalnie do wyprodukowanego ROS. Wytwarzanie to jest łagodzone poprzez aktywację komórkowych mechanizmów detoksykacji, które fizjologicznie chronią komórki. Kiedy stres zależny od ROS przekracza fizjologiczne mechanizmy obronne organizmu, w komórkach dochodzi do uszkodzeń oksydacyjnych. Środowisko pozaziemskie determinuje wzrost ROS, powodując uszkodzenia komórkowych błon lipidowych, mitochondriów, białek i DNA. Mikrograwitacja i promieniowanie wpływają na kilka układów i mechanizmów molekularnych, takich jak naprawa, replikacja, transkrypcja i ekspresja białek. W tym kontekście Spirulina dzięki swojej aktywności przeciwutleniającej jest w stanie aktywować komórkowe enzymy antyoksydacyjne oraz hamować peroksydację lipidów i uszkodzenia DNA, eliminując w ten sposób wolne rodniki i zwiększając aktywność enzymów dysmutazy ponadtlenkowej i katalazy. Spirulina ma również właściwości immunomodulujące i przeciwzapalne, które mogą odgrywać rolę zapobiegawczą w przypadku potencjalnych patologii astronautów.
W tym samym kontekście Spirulina została wyznaczona do umieszczenia w systemach kontroli środowiska i podtrzymywania życia (ECLSS) w ramach projektu Alternatywnego mikroekologicznego systemu podtrzymywania życia (MELiSSA), który umożliwia produkcję wody, tlenu, żywności i suplementów zdrowotnych poprzez całkowity recykling odpadów metabolicznych załogi stacji kosmicznej, w tym wydychanego CO2 do kabiny.
Dotychczas skutki stosowania Spiruliny jako dodatku do klasycznych terapii najpowszechniejszych chorób na Ziemi są dobrze znane w literaturze, natomiast wpływ Spiruliny na zdrowie człowieka w przestrzeni kosmicznej nie był jeszcze badany . W tym przeglądzie omówimy wpływ Spiruliny na główne choroby, które mogą dotykać ludzi zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie.
Efekt probiotyczny
Doniesienia o aktywności modulacji drobnoustrojów in vitro sugerują, że połączenie Spiruliny i probiotyków może stanowić nową strategię wzmacniania wzrostu korzystnej mikroflory jelitowej. Spirulina może hamować wzrost niektórych bakterii Gram-ujemnych (Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa i Proteus vulgaris) i Gram-dodatnich (Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis i Bacillus pumilus). W rzeczywistości Spirulina wytwarza pozakomórkowe metabolity o działaniu antybakteryjnym. Natomiast w stosunku do innych bakterii (Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimurium i Klebsiella pneumoniae) stwierdzono niski (minimalne stężenia hamujące lub brak działania hamującego. Ponadto doniesiono, że zewnątrzkomórkowe produkty Spiruliny, uzyskane z hodowli w późnej fazie wykładniczej i oddzielone przez filtrację, znacząco sprzyjają wzrostowi in vitro bakterii kwasu mlekowego (Lactococcus lactis, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus, i Lactobacillus bulgaricus). Powszechnie wiadomo, że drastyczne zmiany w składzie mikrobioty występują w przypadku kilku chorób żołądkowo-jelitowych, immunologicznych i metabolicznych. W przypadku wielu chorób związanych z mikroflorą, w tym nieswoistego zapalenia jelit (IBD), dobrze wiadomo, że występuje silny niezrównoważony stosunek pomiędzy rodzajami potencjalnie ochronnych bakterii i normalnych bakterii beztlenowych. W szczególności Bacteroides sp., Eubacterium sp. i Lactobacillus sp. są znacznie zmniejszone. Spirulina może stanowić alternatywną strategię dla preparatów symbiotycznych. Ten ostatni wydaje się skuteczniejszy niż same probiotyki w zapobieganiu dysbiozie związanej z chorobami o podłożu immunologicznym, zapalnym i dysmetabolicznym. Wzrastają badania nad zaawansowanymi zastosowaniami medycznymi Spiruliny i produktów pochodnych w leczeniu chorób zakaźnych wywołanych przez organizmy Gram-dodatnie. Ze względu na promowane walory zdrowotne cieszy się coraz większym zainteresowaniem, zwłaszcza w suplementach diety, gdzie stosuje się go w postaci proszku lub spożywa się w postaci kapsułek lub tabletek. Dowody te sugerują, że Spirulina może być użyteczna dla poprawy zdrowia zwierząt i ludzi poprzez zmianę składu mikroflory jelitowej i promowanie korzystnego wzrostu bakterii.
Działanie przeciw nadciśnieniowe
Wśród głównych przyczyn chorób układu krążenia, takich jak miażdżyca, przerost mięśnia sercowego, niewydolność serca i nadciśnienie tętnicze, pierwszorzędne znaczenie mają stres oksydacyjny i stany zapalne. W chorobach sercowo-naczyniowych obserwowano nadprodukcję ROS w wyniku stresu oksydacyjnego. Ponadto dowody wskazują, że utlenianie lipoprotein o niskiej gęstości (LDL) jest niezbędne w procesie aterogenezy. Z drugiej strony mikrośrodowisko w obrębie zmiany miażdżycowej ma charakter prozapalny. Oprócz tego, że jest to zaburzenie metabolizmu lipidów, miażdżyca jest obecnie uznawana za przewlekłą chorobę zapalną. Coraz więcej dowodów wskazuje, że nadmierny stan zapalny w obrębie ściany tętnicy jest czynnikiem ryzyka chorób sercowo-naczyniowych i może sprzyjać aterogenezie. Środki o działaniu przeciwutleniającym i/lub przeciwzapalnym mogą okazać się korzystne w walce z chorobami układu krążenia. Starzenie się naczyń charakteryzuje się wzrostem sztywności tętnic i przebudową ściany tętnicy z utratą właściwości elastycznych. Krzem jest niezbędnym pierwiastkiem śladowym występującym powszechnie w tętnicach. Oceniono wpływ suplementacji diety wzbogaconą w krzem Spiruliną (SpSi) na strukturę i funkcję układu tętniczego w nadciśnieniu tętniczym. Poziom kolagenu i elastyny wzrósł w związku ze zmniejszeniem degradacji macierzy zewnątrzkomórkowej. Udowodnione tutaj korzystne efekty suplementacji SpSi można przypisać wzbogaceniu Spiruliną i oferują interesujące możliwości zapobiegania zagrożeniom sercowo-naczyniowym. Spirulina może być skuteczna jako środek obniżający ciśnienie krwi poprzez zwiększenie śródbłonkowej syntazy tlenku azotu (eNOS), hamowanie enzymu konwertującego angiotensynę (ACE), hamowanie układu renina-angiotensyna, metabolitów zwężających naczynia i agregacji płytek krwi. W przyszłości stosowanie Spiruliny może mieć fundamentalne implikacje dla terapii hipotensyjnych w kardiologii.
Działanie przeciwutleniające i przeciwzapalne
Spirulina zawiera kilka aktywnych składników, zwłaszcza fikocyjaninę i β-karoten, o silnym działaniu przeciwutleniającym i przeciwzapalnym. Jako działanie przeciwzapalne, fikocyjanina hamuje tworzenie cytokin prozapalnych, takich jak TNFα, hamuje ekspresję cyklooksygeanazy-2 (COX-2) i zmniejsza wytwarzanie prostaglandyny E. Stwierdzono, że inny składnik Spiruliny, β-karoten, ma działanie przeciwutleniające i przeciwzapalne. Stwierdzono, że β-karoten jest w stanie chronić komórki przed peroksydacją lipidów za pośrednictwem tlenu singletowego. ROS przyczyniają się również do dysfunkcji i przebudowy naczyń poprzez uszkodzenia oksydacyjne w komórkach śródbłonka. W niedawnym badaniu in vitro właściwości przeciwutleniające i przeciwzapalne czterech różnych preparatów Spiruliny oceniano za pomocą testu bezkomórkowego i komórkowego. Stwierdzono, że Spirulina w zależności od dawki inaktywuje wolne rodniki ponadtlenkowe powstające podczas wybuchu oksydacyjnego. Suplementy wydają się skuteczniej oddziaływać na odporność wrodzoną niż nabytą, promując aktywność komórek NK. Istnieje szeroki margines wykorzystania tej zdolności, która poprawia markery stresu oksydacyjnego i aktywność NK u zdrowych osób oraz liczbę CD4+ u pacjentów z HIV+. W zakresie chemioterapii badano wpływ Spiruliny na hepatotoksyczność metotreksatu. Podawanie dużej dawki Spiruliny przez 21 dni przed leczeniem metotreksatem zmniejszyło poziom dialdehydu malonowego i czynnika martwicy nowotworu α. Ponadto działanie przeciwutleniające Spiruliny zostało powiązane z działaniem przeciwzapalnym. Chociaż niektóre badania potwierdzają działanie przeciwutleniające Spiruliny, skoordynowana modulacja odpowiedzi przeciwutleniających i zapalnych, sugerowana w badaniach in vitro i na zwierzętach, wymaga większego potwierdzenia u ludzi. Większość badań nad Spiruliną przeprowadzono na próbkach zwierzęcych. Z badań tych wynika, że Spirulina jest przeciwutleniaczem i działa ochronnie przed uszkodzeniami DNA. Spirulina wywiera działanie immunostymulujące poprzez stymulację produkcji immunoglobulin i regulację w dół genów wytwarzających cytokiny zapalne.
Działanie przeciwwirusowe
Nie ma badań in vivo dostarczających mocnych dowodów potwierdzających możliwe właściwości przeciwwirusowe Spiruliny. Jednakże Spirulina hamuje replikację in vitro kilku wirusów otoczkowych, w tym wirusa opryszczki pospolitej typu I, ludzkiego wirusa cytomegalii, wirusa świnki, grypy A i ludzkiego wirusa niedoboru odporności-1 (HIV-1). L-asparaginaza (L-AsnA) to enzym występujący w składzie Spiruliny. Enzym L-AsnA wykazywał dobrą aktywność przeciwwirusową przeciwko wirusowi Coxsackie B3 (CSB3) w sposób zależny od dawki. Przeciwwirusowy sposób działania wynika prawdopodobnie z jego zdolności do hamowania przyłączania, blokowania zdarzeń adsorpcji i penetracji cyklu replikacji wirusa, odpowiednio 89,24%, 72,78% i 72,78%. Klinicznie donoszono już o zdolności nutraceutyków na bazie Spiruliny do zwiększania odporności na choroby wirusowe. Nutraceutyki na bazie spiruliny wzmacniają odporność nabytą i wrodzoną, a związki bioaktywne, takie jak peptydy będące inhibitorami ACE, fikobiliproteiny, siarczanowane polisacharydy i spirulan wapnia, mogą służyć jako środki przeciwwirusowe. Obecność tych cząsteczek wskazuje na jego potencjalną rolę w przeciwstawianiu się infekcjom i postępowi choroby Covid-19. Niedawne badania wykazały, że ekstrakt z gorącej wody Spiruliny hamuje infekcję wirusem opryszczki pospolitej typu 2 (HSV-2), wirusem wścieklizny rzekomej (PRV), ludzkim wirusem cytomegalii (HCMV) i HSV-1. W przypadku adenowirusa hamowanie było mniejsze niż 20% i nie stwierdzono hamowania w przypadku wirusa odry, wirusa podostrego stwardniającego zapalenia mózgu (SSPE), wirusa pęcherzykowego zapalenia jamy ustnej (VSV), wirusa polio 1 lub rotawirusa SA-11. Najwyższą aktywność przeciwwirusową miał HSV-2. Działanie przeciwwirusowe nie wynikało z działania wirusobójczego. Zakażenie wirusem opryszczki zostało zahamowane na początkowych etapach (adsorpcja i penetracja) cyklu wirusowego.
Działanie antyhistaminowe
Spirulina wykazuje właściwości przeciwzapalne poprzez hamowanie uwalniania histaminy z komórek tucznych. W niedawnym badaniu osoby z alergicznym nieżytem nosa karmiono codziennie placebo lub Spiruliną przez 12 tygodni. Badanie wykazało, że wysoka dawka Spiruliny znacząco obniżyła poziom IL-4, wykazując działanie ochronne w przypadku alergicznego nieżytu nosa. Spożycie spiruliny znacząco złagodziło objawy i objawy fizykalne w porównaniu z placebo, w tym wydzielinę z nosa, kichanie, przekrwienie nosa i swędzenie. Ponadto Spirulina zwiększa poziom IgA na powierzchni błon śluzowych. Doniesiono, że dwa peptydy, LDAVNR (P1) i MMLDF (P2), oczyszczone z enzymatycznego hydrolizatu Spiruliny, są skuteczne w leczeniu alergicznego nieżytu nosa. Ujawniono, że P1 i P2 wykazywały znaczące hamowanie degranulacji komórek tucznych poprzez zmniejszenie uwalniania histaminy i wewnątrzkomórkowego wzrostu Ca2+. Stwierdzono, że hamująca aktywność P1 wynika z blokady szlaków sygnalizacyjnych zależnych od wapnia i mikrotubul. Tymczasem hamowanie P2 było zaangażowane w tłumienie aktywacji fosfolipazy Cγ i wytwarzania reaktywnych form tlenu. Odkrycia te wskazują, że peptydy P1 i P2 ze Spiruliny mogą być obiecującymi kandydatami na leki przeciwalergiczne, przyczyniając się do rozwoju bioaktywnych składników żywności w celu łagodzenia chorób alergicznych.
Zastosowania w okulistyce
Terapeutyczne działanie Spiruliny na zapalenie rogówki. Ustalono, że ekstrakt Spiruliny skuteczniej łagodzi stany zapalne wywołane oparzeniami zasadowymi niż ekstrakt z błony owodniowej (AME). Z tego powodu może być stosowany w terapii chorób rogówki polegających na neowaskularyzacji i stanach zapalnych. Inne konsekwencje przeciwutleniającego działania Spiruliny można znaleźć w ochronie neuroepitelium. Warto podkreślić, że u pacjentów przyjmujących Spirulinę zaobserwowano mniejszy odsetek ścieńczenia warstwy fotoreceptorów i śmierci tych komórek. Ponadto wzrost poziomu ROS w siatkówce po ekspozycji na światło został zmniejszony dzięki suplementacji Spiruliną. Wśród przyszłych implikacji Spiruliny należy wziąć pod uwagę potencjalne zastosowanie w postaci suplementu diety w celu zapobiegania utracie wzroku związanej z uszkodzeniami oksydacyjnymi.
Radioprotekcyjne działanie Spiruliny na gruczoły łzowe
Zbadano radioprotekcyjne działanie Spiruliny u pacjentów wymagających radioterapii (RAI) z innych powodów. Radioprotekcyjny wpływ Spiruliny na gruczoły łzowe oceniano na podstawie analizy histopatologicznej i cytopatologicznej. Ocenę przeprowadzono przed i po leczeniu Spiruliną i stwierdzono zmniejszenie poziomu utlenienia po RAI
Ochrona Spiruliny na funkcje wizualne
Uszkodzenie siatkówki wywołane światłem charakteryzuje się akumulacją RFT, co prowadzi do stresu oksydacyjnego i śmierci komórek fotoreceptorów. Promienie świetlne działające na siatkówkę stymulują ogromną liczbę receptorów, które przekształcają sygnał świetlny w impulsy elektryczne. Z drugiej strony generowane są również ROS. Te ostatnie mogą powodować uszkodzenie oksydacyjne fotoreceptorów siatkówki. Na myszach zaobserwowano, że terapia Spiruliną może zmniejszyć wytwarzanie ROS i chronić funkcje wzrokowe przed zanikiem. Spirulina ma potencjał jako suplement diety, który może zapobiec w przyszłości utracie wzroku związanej z uszkodzeniami oksydacyjnymi. Zastosowanie naturalnych przeciwutleniaczy okazało się obiecującą metodą zapobiegania uszkodzeniom siatkówki wywołanym światłem. Mniej jednak wiadomo na temat możliwej skuteczności łączenia naturalnych przeciwutleniaczy w mieszaninie wieloskładnikowej. Szczególnie skuteczne są luteina i cyjanidyno-3-glukozyd (C3G) ze względu na ich działanie przeciwutleniające i przeciwzapalne. Odkrycia te sugerują uzasadnienie formułowania mieszanek wieloskładnikowych, które mogą optymalizować bioaktywność i biodostępność związków partnerskich. Zwyrodnienie plamki związane z wiekiem (AMD) to znaczne upośledzenie wzroku u osób starszych, a suche AMD nie jest leczone. In vitro Spirulina zmniejszała indukowaną światłem niebieskim śmierć komórek nabłonka barwnikowego siatkówki (RPE) poprzez hamowanie wytwarzania ROS i hamowała zapalenie wywołane BL poprzez regulację szlaku NF-κB, ekspresji genów związanych ze stanem zapalnym i szlaku apoptozy w komórkach RPE. In vivo podawanie Spiruliny hamowało zwyrodnienie siatkówki wywołane światłem niebieskim, przywracając grubość całej siatkówki, ONL (zewnętrzna warstwa jądrowa), INL (wewnętrzna warstwa jądrowa) i PL (warstwa fotoreceptorowa) poprzez ekspozycję BL. Dlatego Spirulina może być potencjalnym podejściem nutraceutycznym do przechwytywania procesów patofizjologicznych prowadzących do suchej postaci AMD i rozwoju wysiękowej postaci AMD.
Zastosowania w onkologii
Rak piersi
Wysoka skuteczność dostarczania, przedłużone uwalnianie leku i niska toksyczność ogólnoustrojowa to skuteczna broń systemów dostarczania leków, która pozwala wygrać walkę z przerzutowym rakiem piersi. Wykazano, że Spirulinę można wykorzystać jako naturalny nośnik do zbudowania systemu wypełnionego lekami do celowanego dostarczania i chemioterapii pod kontrolą obrazowania fluorescencyjnego w przypadku przerzutów raka piersi do płuc. Białko C-fikocyjanina (C-PC) zawarte w Spirulinie hamowało proliferację komórek i zmniejszało zdolność komórek MDA-MB-231 do tworzenia kolonii. Ponadto, C-PC indukowało zatrzymanie cyklu komórkowego G0/G1 poprzez zmniejszenie poziomów ekspresji białek Cykliny D1 i CDK-2 oraz zwiększenie poziomów ekspresji białek p21 i p27. Ponadto C-PC indukował apoptozę komórek poprzez aktywację szlaku receptora śmierci na powierzchni błony komórkowej. Poza tym C-PC obniżało poziom ekspresji białka cyklooksygenazy-2 i dodatkowo hamowało migrację komórek MDA-MB-231. Ponadto w badaniu przetestowano dwa suplementy diety, mianowicie gamma-tokotrienol (γT3) i Spirulinę, pod kątem ich działania wzmacniającego odporność i przeciwnowotworowego w syngenicznym mysim modelu raka piersi. Oceniono, że w tym modelu badania skojarzona terapia γT3 + Spiruliną nie wykazała synergistycznego działania przeciwnowotworowego. Przeprowadzono także barwienie CD4, CD8 i CD56 w celu zbadania wpływu immunohistochemii na rekrutację komórek odpornościowych do nowotworów. Ta kombinacja leczenia może znacząco zahamować wzrost guzów piersi 4T1, zmniejszając objętość guzów w porównaniu z kontrolą i obciążenie przerzutami.
Rak wątroby
Większość przypadków raka wątrobowokomórkowego (HCC) diagnozuje się w zaawansowanych stadiach choroby, co czyni go drugą najczęstszą przyczyną umieralności z powodu nowotworów na świecie. W przypadku pacjentów zaawansowanych najlepszą opcją leczenia są leki stosowane w chemioterapii; jednakże ich działania niepożądane i wysokie koszty nadal stanowią główne przeszkody w skutecznym leczeniu. Spirulina jest bogatym źródłem składników odżywczych i bioaktywnych oraz potencjalnych środków farmaceutycznych i ma działanie antyproliferacyjne przeciwko kilku liniom komórek nowotworowych. Ma także działanie profilaktyczne przeciwko wczesnym stadiom niektórych modeli nowotworów, w tym HCC. Spirulina hamowała zmiany strukturalne i funkcjonalne HCC, objawiające się poprawą przeżywalności, istotnym zmniejszeniem markera nowotworowego AFP oraz liczbą i wielkością guzków wątrobowych, a także redukcją HCC. Towarzyszyła temu zwiększona endogenna zdolność przeciwutleniająca, apoptoza (Bax) i białko supresorowe nowotworu (p53), a także supresja poziomów tkankowych markera peroksydacji lipidów (MDA) i markera neoangiogenezy (VEGF). Spirulina ma działanie przeciwnowotworowe przeciwko zaawansowanemu HCC, wywierane poprzez aktywację białka supresorowego nowotworu p53 i apoptozę oraz hamowanie stresu oksydacyjnego i angiogenezy. W niedawnym badaniu enzym L-AsnA zawarty w Spirulinie wykazał działanie antyproliferacyjne przeciwko liniom komórkowym ludzkiego raka płuc A549, raka wątrobowokomórkowego Hep-G2 i raka prostaty PC3. Biorąc pod uwagę działanie przeciwwirusowe i antyproliferacyjne L-AsnA wobec różnych ludzkich linii komórkowych, pożądane byłoby dalsze zbadanie jego wpływu.
Rak płuc
W literaturze oceniano potencjał przeciwnowotworowy gorącego wodnego ekstraktu dostępnej w handlu Spiruliny przeciwko linii komórkowej ludzkiego niedrobnokomórkowego raka płuc A549. Spirulina znacząco zmniejszała żywotność i proliferację komórek nowotworowych, czemu towarzyszyło hamowanie cyklu komórkowego w fazie G1, indukcja apoptozy i wyraźne zmiany morfologiczne. Ponadto wykryto brak działania cytotoksycznego badanej Spiruliny na prawidłowe fibroblasty skóry. Dowodem jest przeciwnowotworowe działanie Spiruliny na komórki raka płuc i zdecydowanie potwierdza wiedzę o właściwościach chemoprewencyjnych Spiruliny.
Zastosowania w centralnym i obwodowym układzie nerwowym
Kilka badań naukowych wykazało, że sinice, zwłaszcza Spirulina, są bogate w mikro i makroelementy ważne dla zdrowia mózgu, takie jak witaminy z grupy B, zwłaszcza witamina B12, aminokwasy i minerały, takie jak żelazo, wapń, cynk, magnez, mangan i potas. Witaminy z grupy B mogą docierać do mózgu i podobnie jak inne bioaktywne pochodne cyjanobakterii kontrolują różne funkcje neuronalne zarówno poprzez mechanizmy epigenetyczne kontrolujące neuroprzekaźniki transkrypcji genów, jak i poprzez swoje zdolności przeciwutleniające i przeciwzapalne. Korzystny wpływ Spiruliny na centralny układ nerwowy (OUN) wynika również z interakcji pomiędzy fitokompleksem Spiruliny a mikroflorą jelitową; istnieje ścisły związek między układem nerwowym a jelitami, czyli osią jelito-mózg. Mikroflora może przekształcić Spirulinę w cząsteczki przeciwutleniaczy i mikroelementów, które są w stanie przekroczyć barierę krew-mózg i wyrazić swoje korzystne działanie, takie jak wzrost produkcji energii i zmniejszenie zmęczenia psychicznego poprzez poprawę umiejętności uczenia się; synteza neuroprzekaźników (dopamina, serotonina, glicyna, glutaminian/GABA); ogólną poprawę funkcji poznawczych oraz pamięci krótkotrwałej i długotrwałej. Z drugiej strony Spirulina może zwiększać wzrost bakterii ochronnych w jelitach, utrzymując w ten sposób dobrą równowagę i integralność jelit oraz zmniejszając ogólnoustrojowe reakcje zapalne, które mają negatywny wpływ na układ nerwowy. Wykazano zmiany w mikroflorze w wielu zaburzeniach neurologicznych, a stosowanie probiotyków i prebiotyków, takich jak te zawarte w fitokompleksie Spirulina, może pośrednio zapobiegać rozwojowi chorób mózgu
W chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona czy Alzheimera oraz innych chorobach psychokognitywnych, Spirulina odgrywa rolę neuroprotekcyjną dzięki zdolnościom przeciwutleniającym swoich pochodnych, co wykazano w licznych badaniach in vivo na zwierzętach. W chorobie Alzheimera Spirulina może zapobiegać utracie pamięci, zmniejszając odkładanie się β-amyloidu w mózgu i zwiększając aktywność peroksydazy i katalazy glutationowej. Immunomodulujące i przeciwutleniające działanie Spiruliny wykazano także u ludzi. Parka i in. zaobserwowali, że u starszych pacjentów przyjmujących codziennie Spirulinę poziom cholesterolu był niższy, podczas gdy poziom dysmutazy ponadtlenkowej, IL-2 i IL-6 wzrósł. W okresie dojrzewania Spirulina może zmniejszać zaburzenia związane ze stresem i indukowaną przebudowę struktur limbicznych, w szczególności ciała migdałowatego, co w konsekwencji zmniejsza ryzyko zaburzeń neuropsychiatrycznych w wieku dorosłym
Dalsze badania na ludziach wykazały poprawę zdolności poznawczych i aktywacji neuronów, wraz ze wzrostem pamięci i uwagi. Wreszcie, Spirulina jest ważnym źródłem składników odżywczych w przypadku poważnego niedożywienia, zwłaszcza niedożywienia białkowego (PNM), częstego zjawiska bardzo powszechnego w krajach trzeciego świata i powodującego szkodliwy wpływ na rozwój mózgu niedożywionych dzieci, szczególnie w hipokampie. Penton-Rol wykazał, że C-PC, biliproteina pochodząca ze Spiruliny o właściwościach przeciwzapalnych, przeciwutleniających i cytoprotekcyjnych, miała działanie neuroprotekcyjne na myszy dotknięte eksperymentalnym autoimmunologicznym zapaleniem mózgu i rdzenia. Takie efekty wynikają ze zdolności C-PC do zmniejszania aktywacji i infiltracji limfocytów i makrofagów/mikrogleju aktywowanych w przypadku autoimmunologicznego zapalenia mózgu i rdzenia. Komórki te są również odpowiedzialne za patogenezę stwardnienia rozsianego, ponieważ powodują wytwarzanie cząsteczek neurotoksycznych, cytokin prozapalnych i prezentują własne antygeny, które powodują demielinizację. Penton-Rol wykazał na modelu zwierzęcym, że C-PC może promować znaczącą remielinizację aksonów, a także redukować białko prekursorowe amyloidu (APP), białko markerowe choroby Alzheimera. Jest to zachęcający wynik w leczeniu tej patologii neurodegeneracyjnej. Opisane dane zachęcają również do możliwych przyszłych zastosowań klinicznych Spiruliny w dziedzinie regeneracji nerwów i/lub rekonstrukcyjnej chirurgii nerwów.
Zastosowania w zakażeniu Covid-19
Wybuch epidemii choroby koronawirusowej 2019 (COVID-19), spowodowanej przez koronawirus 2 ciężkiego ostrego zespołu oddechowego, który wywołał ogromne niepokój na całym świecie, charakteryzuje się śmiertelnością na poziomie 0,5–1% i stale rośnie. Przed komercjalizacją szczepionki na Covid-19 uruchomiono kilka obszarów w celu znalezienia lepszych metod leczenia tej infekcji. W tym kontekście badano zdolność nutraceutyków na bazie sinic, głównie Spiruliny, do zwiększania odporności na choroby wirusowe; już szeroko opisywane klinicznie. Nutraceutyki na bazie spiruliny zwiększają odporność nabytą i wrodzoną, a związki bioaktywne, takie jak peptydy będące inhibitorami ACE, fikobiliproteiny, polisacharydy siarczanowe i spirulan wapnia, mogą służyć jako środki przeciwwirusowe. Obecność tych cząsteczek wskazuje na jego potencjalną rolę w odporności na zakażenie i postępie choroby COVID-19. Takie nutraceutyki na bazie cyjanobakterii można w połączeniu ze szczepionkami stosować jako środki wzmacniające odporność w walce z ludzkim koronawirusem i innymi chorobami wirusowymi. Białko kolczaste występujące w ciężkim ostrym zespole oddechowym wywołanym przez Covid-19 wykorzystuje enzym konwertujący angiotensynę 2 jako receptor umożliwiający wejście do komórek, który ulega silnej ekspresji w jelitach i płucach. Nudności i biegunka są głównymi objawami Covid-19 jeszcze przed wystąpieniem gorączki i objawów ze strony układu oddechowego. Te dwie tkanki są ze sobą powiązane, wpływając na odpowiedź zapalną i immunologiczną za pośrednictwem osi jelitowo-płucnej, która może reagować na probiotyki poprzez wpływ na komensalną florę bakteryjną. Niektóre probiotyki zwiększają aktywność regulatorową limfocytów T i zmniejszają wytwarzanie cytokin prozapalnych. Niektóre probiotyki wykazały przeciwwirusowe działanie ochronne i terapeutyczne w przypadku chorób górnych dróg oddechowych, zmniejszając nasilenie i zakres uszkodzeń tkanek spowodowanych infekcjami i stanami zapalnymi. Dowody sugerują, że można przewidywać, że probiotyki o właściwościach przeciwzapalnych lub immunomodulujących będą miały najbardziej korzystny potencjał w zapobieganiu objawom COVID-19 lub łagodzeniu ich.
Zaangażowanie nefrologiczne
Toksyczność nerkowa jest czynnikiem ograniczającym, który wpływa na stosowanie i dawkowanie wielu leków i środków o różnym zastosowaniu w medycynie ludzkiej, takich jak antybiotyki, chemioterapeutyki, radiologiczne środki kontrastowe i środki immunosupresyjne. W wielu z nich kluczową rolę odgrywa stres oksydacyjny. Spirulinę i jej działanie przeciwutleniające badano w stosunku do kilku środków o znanym potencjale nefrotoksycznym. Głównym obszarem badań jest toksyczność nerkowa terapii onkologicznej, ponieważ często powoduje ona zmniejszenie dawki leku i w konsekwencji niedostateczne leczenie pacjentów z zaburzeniami czynności nerek. Podobne stwierdzenie można zastosować do antybiotyków, takich jak aminoglikozydy, szczególnie w krajach, w których dostępność najnowszych leków jest trudna i zależna od kosztów. Wydaje się, że Spirulina może znacząco poprawić wyniki leczenia nerek u tych pacjentów. W 2006 roku Kuhad ocenił działanie renoprotekcyjne przeciwko stresowi oksydacyjnemu wywołanemu cisplatyną w modelu mysim. Sześć grup szczurów leczono placebo, samą cisplatyną, samą Spiruliną i cisplatyną w połączeniu ze wzrastającą dawką Spiruliny (500, 1000 i 1500 mg/kg, od dwóch dni przed i stale do trzech dni po podaniu cisplatyny). odpowiednio; oceniano zarówno parametry biochemiczne, jak i histologiczne. Wyniki wykazały zależne od dawki Spiruliny osłabienie stresu oksydacyjnego poprzez zmniejszenie peroksydacji lipidów (LPO), co prowadzi do poprawy wartości klirensu kreatyniny i mocznika w surowicy; histologia udokumentowała zmniejszenie nasilenia morfologicznego uszkodzenia nerek. Avdagiće badał kuteczność Spiruliny w zmniejszaniu nefrotoksyczności wywołanej gentamycyną u szczurów, wykazując znaczne zmniejszenie poziomu tlenku azotu (NO) w osoczu u szczurów leczonych Spiruliną i jaśniejsze objawy ostrej martwicy kanalików histologicznych. Do podobnych wyników doszedł Hamad, potwierdzając korzystny wpływ na histologię nerek i markery stresu oksydacyjnego (MDA, GSH). Inhibitory kalcyneuryny (CNI) to klasa leków immunosupresyjnych stosowanych obecnie w leczeniu kilku chorób autoimmunologicznych oraz w celu uniknięcia odrzucenia przeszczepu narządu litego. Najczęściej stosowanymi CNI są cyklosporyna A (CsA) i takrolimus, oba wykazują znaną i zależną od dawki nefrotoksyczność. W uszkodzeniu nerek CNI bierze udział kilka mechanizmów, w tym stres oksydacyjny i zmiany hemodynamiczne związane z tlenkiem azotu, spowodowane aktywnością indukowalnej formy syntazy tlenku azotu (iNOS) w tkankach nerek. Khan odkrył, że w modelach szczurzych antyoksydacyjne działanie Spiruliny zapobiegało wzrostowi wartości kreatyniny i mocznika w osoczu, a także ciężkiej wakuolizacji izometrycznej i poszerzeniu tkanki śródmiąższowej w badaniu histologicznym. Ponadto Spirulina nie zakłóca metabolizmu CsA. Co więcej, wydaje się, że Spirulina ma właściwości rozszerzające naczynia pierścieni aorty szczura, prawdopodobnie związane z zależnym od cyklooksygenazy produktem kwasu arachidonowego i tlenku azotu (NO), co może prowadzić do poprawy perfuzji nerek; niemniej jednak nie opisano jeszcze szczegółowych badań dotyczących wpływu na naczynia krwionośne nerek i przepływ krwi. Jeśli chodzi o toksyczność leków nerkowych, stres oksydacyjny odgrywa kluczową rolę w postępie przewlekłej choroby nerek, jednej z głównych przyczyn zachorowalności na całym świecie, a także śmiertelności i wysokich kosztów leczenia wśród dorosłych. Memije-Lazaro ocenił korzystne działanie Spiruliny w modelach szczurów z przewlekłą chorobą nerek (CKD), uzyskując znaczne zmniejszenie stresu oksydacyjnego i nadciśnienia, co prowadzi do ochrony przed zmianami sercowo-naczyniowymi i nerkowymi. Oto krótki przegląd kilku potencjalnych korzyści Spiruliny w różnych scenariuszach uszkodzenia nerek. Wszystkie zgłoszone badania przeprowadzono in vivo na modelach zwierzęcych (np. szczurach) i wymagają dalszej walidacji, aby potwierdzić wyniki na tkance ludzkiej (zarówno in vivo, jak i in vitro).
Poza Ziemią: zrównoważony rozwój w przestrzeni kosmicznej
Wyczerpywanie się zasobów Ziemi, przeludnienie, kryzys klimatyczny i pandemie wymagają zidentyfikowania nowych strategii ratowania przyszłości ludzkości, które obejmują wykorzystanie energii i materiałów odnawialnych, recykling odpadów, oszczędzanie wody, spowolnienie gospodarcze itp. Chociaż strategie te może pomóc w perspektywie krótko- i średnioterminowej, powszechnie wiadomo, że w dłuższej perspektywie ludzkość powinna być zdolna do podróżowania i życia na innych planetach, aby przetrwać . Spośród planet, na których w perspektywie średnioterminowej realnie mogłoby istnieć życie ludzkie, Mars jest najsilniejszym kandydatem ze względu na bliskość Ziemi. Ponadto temperatury są zbliżone do zim kontynentalnych (średnio ~-14 °C na równiku), długość dnia (~25 h), średni poziom promieniowania słonecznego (~20 mol m-2 sol-1) oraz obecność zasobów, takich jak atmosferyczny CO2, woda i regolit, które można przekształcić i wykorzystać na miejscu w celu wytworzenia użytecznych materiałów eksploatacyjnych.
Z tych powodów główne agencje kosmiczne zrzeszone w Międzynarodowej Grupie Koordynacyjnej Badań Przestrzeni Kosmicznej (ISECG) uznały misje załogowe na Marsa za wspólny cel.
Osiągnięcie tego celu wymaga identyfikacji nowych technologii dla utrzymania długotrwałych misji załogowych na planety poza dolną orbitą okołoziemską (LEO). Jak dotąd kilka badań poświęcono opracowaniu systemów kontroli środowiska i podtrzymywania życia (ECLSS), zwykle obejmujących mikroalgi i cyjanobakterie, które umożliwiają produkcję wody, tlenu i żywności poprzez całkowity recykling odpadów metabolicznych załogi, w tym zużytego powietrza w kabinie. Pod tym względem Spirulina jest uznawana za kluczowy składnik projektu MELiSSA ze względu na jej wysoką wydajność fotosyntezy, sięgającą wartości bliskich 6% i zawartość białka 60–70% wag. Co więcej, Spirulina może wykorzystywać azot dostępny w wodzie z moczem poprzez reakcje katalizowane ureazą, które przekształcają mocznik w NH4+ i wodorowęglan, dzięki czemu jest szczególnie przydatna do recyklingu moczu astronautów. Co więcej, oszacowano, że w ECLSS można wyprodukować około 93% O2 i 50–100% żywności potrzebnej astronautom. Z tego powodu gatunek ten jest uważany przez Europejską Agencję Kosmiczną za kluczowy w ramach nowej generacji ECLSS i został z powodzeniem hodowany na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) w 2017 r
Przeludnienie i wyczerpywanie się zasobów Ziemi prowadzi do ograniczenia spożycia naturalnej żywności w populacji ludzkiej, powodując tym samym niedobory makro- i mikroelementów, w tym witamin i przeciwutleniaczy. Wraz ze wzrostem liczby ludności wzrosło zapotrzebowanie na żywność wysokiej jakości i stosowanie suplementów diety. Ludzie stali się bardziej świadomi związku pomiędzy prawidłowym odżywianiem a zdrowiem osobistym. Istnieje również wiele różnych chorób, na które może cierpieć człowiek, zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie. Choroby te mogą być spowodowane zmianami genetycznymi, czynnikami endogennymi i egzogennymi, takimi jak promieniowanie jonizujące i kosmiczne, zmianami w składzie mikrobiomu oraz wpływem mikrograwitacji w środowiskach kosmicznych. W szczególności prawidłowe odżywianie okazało się cenną pomocą w zapobieganiu i leczeniu najważniejszych chorób świata. Sinice, takie jak Spirulina, odgrywają kluczową rolę w tym konkursie, ponieważ powszechnie wiadomo, że ich zrównoważona uprawa dla przemysłu spożywczego i nutraceutycznego nie tylko przynosi korzyści planecie Ziemia, ale jest także potencjalnym rozwiązaniem przeciwdziałającym niedożywieniu. NASA była pierwszą agencją kosmiczną, która przeprowadziła eksperymenty w kosmosie, wykorzystując Spirulinę jako źródło pożywienia dla astronautów. Do chwili obecnej jego udokumentowane działanie jest różnorodne, a wysoka zawartość białka charakteryzująca się pełnym profilem aminokwasów obejmującym wszystkie niezbędne aminokwasy oraz doskonała podaż witamin, takich jak kompleks witamin z grupy B, witamina C i E, nadają mu właściwości przeciwutleniające. Liczne badania przeprowadzone nad Spiruliną wykazały, że jej stosowanie może poprawić zdrowie ze względu na wysokowartościową kompozycję mikro i makroelementów. Ponadto jego zastosowanie jako suplementu poprawiającego zdrowie mikroflory jelitowej ma działanie przeciwnowotworowe i przeciwzapalne oraz może pomóc wzmocnić układ odpornościowy. Ze względu na wszystkie te pozytywne skutki dla organizmu, Spirulina została włączona do technologii ECLSS i ISRU głównych agencji kosmicznych. Z tego krótkiego przeglądu wynika również, że spożywanie Spiruliny przez astronautów może odegrać kluczową, korzystną rolę w umożliwieniu ludziom dłuższego i bezpieczniejszego pobytu w kosmosie.
