Ιατρικές και Φαρμακευτικές χρήσεις των θαλάσσιων Μακροφυκών

Αντιϊκή δραστηριότητα των θαλάσσιων μακροφυκών

Αντιϊκή δραστηριότητα έναντι των ιών που ευθύνονται για ανθρώπινες μεταδοτικές ασθένειες έχουν παρουσιάσει, ορισμένοι θειϊκοί πολυσακχαρίτες ροδοφυκών. Eιδικότερα, η θειϊκή γαλακτάνη (galactan sulphate) του φύκους Aghardhiella tenera και η θειϊκή ξυλομαννάνη του φύκους Nothogenia fastigiata παρουσιάζουν δράση έναντι του ιού HIV (Human Immunodeficiency Virus), των ιών HSV (Herpes Simplex Virus) 1&2 και του RSV ιού (Respiratory Syncytial Virus) (Damonte et al.,1994; Kolender et al., 1995). Οι πολυσακχαρίτες αυτοί είναι ενεργοί κατά την διάρκεια της πρώτης φάσης της αντιγραφής του RNA του ιού, όταν, δηλαδή, ο ιός επιδρά στην επιφάνεια του κυττάρου (De Clercq, 1996; 2000). Ωστόσο, προϋπόθεση για την δράση ενός αντιϊκού πολυσακχαρίτη είναι η χαμηλή τοξική δράση έναντι των κυττάρων ξενιστών, γεγονός που αποτελεί χαρακτηριστικό γνώρισμα των αναφερθέντων πολυσακχαριτών.
Ακόμη, αντιϊκή δραστηριότητα εμφανίζουν οι καρραγενάνες. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκε ότι η λ-καρραγενάνη και η μερικώς κυκλική μ/í καρραγενάνη του μακροφύκους Gigartina skottsbergii ενεργούν έναντι διαφόρων στελεχών του ιού HSV τύπου 1 & 2. Οι καρραγενάνες των καρποσπορίων και των τετρασπορίων του φύκους Stenogramme interrupta επιδεικνύουν παρόμοια αντιερπητική δραστηριότητα (Caceres et al., 2000). Ακόμη, ένα κολπικό μικροβιοκτόνο με κύριο συστατικό την καρραγενάνη, που ονομάζεται «Carraguard» έχει αποδειχθεί ότι ‘‘παρεμποδίζει’’ τον HIV και άλλα, σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, in vitro.

Αντιβιοτική δραστηριότητα

Χημικά συστατικά με αντιβιοτικές ιδιότητες είναι ευρέως διαδεδομένα στα μακροφύκη, εκ των οποίων τα πιο ενδιαφέροντα είναι τα αλογονωμένα, όπως τα αλοφόρμια, τα αλογονωμένα αλκάνια και αλκένια, οι αλκοόλες, οι αλδεϋδες, οι υδροκινόνες και οι κετόνες (Lincoln et al., 1991). Ακόμη, αντιβιοτική δραστηριότητα παρουσιάζουν και τα τερπενοειδή, εκ των οποίων ένα μεγάλο ποσοστό είναι αλογονωμένο. Επιπλέον, συστατικά όπως οι στερόλες και οι ετεροκυκλικές και φαινολικές ενώσεις έχουν ορισμένες φορές αντιβιοτικές ιδιότητες. Πολλά από τα συστατικά αυτά μπορούν να αναπτύξουν αντισηπτική και αντιβιοτική δράση in vivo, μόνο σε τοξικές συγκεντρώσεις (Lincoln et. al.,1991).
Τα δεψιπεπτίδια Kahalalide F και A του φύκους Bryopsis sp. έχουν in vitro δράση έναντι του βακτηρίου Mycobacterium tuberculosis (el Sayed et al., 2000). Ωστόσο, θεωρείται ότι το μέλλον των πεπτιδίων αυτών έγκειται στην ανάπτυξη της Kahalalide F ως θεραπεία έναντι του καρκίνου των πνευμόνων, των όγκων και του AIDS. Ένας, ακόμη, πολλά υποσχόμενος, αντιβακτηριακός παράγοντας είναι η αλογονωμένη φουρανόνη, ή αλλιώς fimbrolide, που ανήκει στην τάξη των λακτονών, η οποία παράγεται από το φύκος Delisea pulchra. Ενδείκνυται για την αντιρρυπαντική του δράση (Kjelleberg & Steinberg, 2001) και ως πιθανή θεραπεία έναντι της χρόνιας μόλυνσης από το βακτήριο Pseudomonas aeruginosa η οποία οφείλεται στην παραγωγή αλγινικών ομάδων (mucoid alginate) (Hoiby, 2002).
Η αναστολή της βακτηριακής αποίκισης επιτυγχάνεται μέσω της δράσης της φουρανόνης (furanone), η οποία προκαλεί διατάραξη τόσο της ενδοκυτταρικής όσο και της επικοινωνίας μεταξύ των κυττάρων (Rassmussen et al. 2000). H επίδραση αυτή έχει παρατηρηθεί σε ένα μεγάλο εύρος Gram-αρνητικών βακτηρίων. όπως το βακτήριο Serratia liquefaciens (Rasmussen et al., 2000) και διάφορα παθογόνα είδη του γένους Vibrio. Τέλος, αναστέλλει την παραγωγή του εξωενζυμικού παράγοντα παθογένειας του φυτοπαθογόνου Erwinia carotovora (Manefield et al., 2001), αλλά, δυστυχώς, και την σύνθεση του αντιβιοτικού carbapenem, που δρα έναντι των βακτηρίων Escherichia coli και Klebsiella pneumoniae.

Αντιφλεγμονώδης δράση των θαλάσσιων μακροφυκών και η ανοσολογική απόκρισή τους

Τα θαλάσσια μακροφύκη, ιδίως, τα Ροδοφύκη είναι πλούσια σε πολυακόρεστα λιπαρά οξέα (PUFA), κυρίως εικοσιπεντανοϊκό οξύ και docosahexanoic οξύ (Stefanov et al, 1988; Gerwick & Bernart, 1993).
Τα φύκη είναι ικανά να μεταβολίζουν διάφορα λιπαρά οξέα μέσω οξειδωτικών μονοπατιών (Gerwick et al., 1993), και μάλιστα σε είδη της οικογένειας Gracilariales.  Ένα από τα προϊόντα αυτής της αντίδρασης είναι οι προσταγλανδίνες (ομάδα λιπαρών οξέων με ορμονική δράση). Έχουν προταθεί δύο εναλλακτικά μονοπάτια για την παραγωγή προσταγλανδίνης. Στο πρώτο μονοπάτι, το ένζυμο κυκλοοξυγενάση λιπαρού οξέος ενεργεί επί του αραχιδονικού οξέος, όπως συμβαίνει και σε συστήματα θηλαστικών (Noguchi et al., 1994). Ο άλλος μηχανισμός μεταβολίζει επίσης το αραχιδονικό οξύ, αλλά χρησιμοποιεί ως ένζυμο τη λιποξυγενάση (Gregson et al., 1979).
Σε πολλά Ροδοφύκη το προϊόν μεταβολισμού των πολυακόρεστων λιπαρών οξέων, είναι ένα οξυλιπίδιο (oxylipin), που μοιάζει με τις εικοσανοειδείς ορμόνες των ανώτερων φυτών και των ανθρώπων, οι οποίες συμμετέχουν σε σημαντικές φυσιολογικές λειτουργίες των οργανισμών (Gerwick et al., 1993; Imbs et al., 2001). Στον άνθρωπο η  μη φυσιολογική παραγωγή αυτών των ενώσεων σχετίζεται με μια σειρά από ασθένειες που σχετίζονται με τη φλεγμονή (Gerwick & Bernart, 1993) και συνεπώς προσελκύει το ερευνητικό ενδιαφέρον για την αναζήτηση  νέων αντιφλεγμονωδών φαρμάκων (Jacobs et al., 1993).
Οι Gerwick και Bernart (1993) αναφέρουν είδη της προσταγλανδίνης στα μακροφύκη με αντιϊκές, αντιμικροβιακές και διάφορες ενζυμοανασταλτικές δραστηριότητες. Η εικοσανοειδής προσταγλανδίνη Ε2 (PGE2)  είναι ο πιθανός παράγοντας που ευθύνεται για τη δηλητηρίαση από την κατανάλωση από τον άνθρωπο ενός είδους του γένους Gracilaria κατά την πόση γλυκού νερού (Fusetani & Hashimoto, 1984; Noguchi et al., 1994). Η παραγωγή PGE2 ενισχύεται περαιτέρω με μια δίαιτα πλούσια σε θαλασσινά, που περιέχουν αραχιδονικό οξύ, το οποίο θεωρείται πρόδρομο της PGE2 και παραράγεται μέσω της δράσης του ενζύμου κυκλοοξυγενάση προκαλώντας αιμορραγία του στομάχου. Τα συμπτώματα της δηλητηρίασης περιλαμβάνουν ναυτία, έμετο και υπόταση και ο θάνατος επέρχεται από υποτασικό σοκ (Noguchi et al., 1994). Τα συμπτώματα είναι παρόμοια με εκείνα της υπερδοσολογίας μισοπροστόλης, η οποία χρησιμοποιείται για την πρόληψη της επαγόμενης από ναρκωτικά γαστροπάθειας (Graber & Meier, 1991). Δηλητηριάσεις για τις οποίες ευθύνονται προσταγλανδίνες είναι σπάνιες, αλλά έχουν αναφερθεί στην ιατρική βιβλιογραφία (Al Hassan et al., 1987;. Graber & Meier, 1991; Bond & van Zee, 1994). Οι PGE2 και PGF2 ανιχνεύτηκαν στην Gracilaria lichenoides (Gregson et al., 1979). PGE2 και 15-keto-PGE2 στην G. asiatica (Sajiki, 1997; Sajiki & Kakimi, 1998), και οι  PGA2, PGE2, PGF2, και 15-κετο-PGE2 στην G. verrucosa (Fusetani & Hashimoto, 1984; Imbs et al, 2001).
Εικοσανοειδή όπως οι leukotrienes και το hydroxyeicotetraenoic acid έχουν υπό φυσιολογικές συνθήκες προκαλούν χημειοπροσέλκυση των ουδετερόφιλων ή λείων μυϊκών κυττάρων, σύσπαση των μυών, και συνδέονται με διάφορα είδη ασθενειών των θηλαστικών (Gurr & Harwood, 1991; Sajiki & Kakimi,1998). Η δράση της προσταγλανδίνης είναι επίσης γνωστή στη μαιευτική και τη γυναικολογία, όπου χρησιμοποιείται ως διαστολέας του τραχήλου της μήτρας (Blumenthal, 1988; el Refaey & Templeton, 1995; Lee et al, 1998). Οι  6-β-D-γλυκάνες που παράγονται από το μακροφύκος Laminaria, έχουν ανοσοδιεγερτική δραστηριότητα σε ζώα και φυτά και έχουν προταθεί ως ραδιοπροστατευτικές ουσίες σε ασθενείς με  ασθένειες που προκαλούνται από ακτινοβολίες (Kuznetsova et al., 1994. Zaporozhets et al., 1995. Chertkov et al., 1999). Παρασκευάσματα που περιέχουν 6-β-D-γλυκάνες, διατίθενται στο εμπόριο για τις ευεργετικές ιδιότητες τους στο ανοσοποιητικό σύστημα. Οι γλυκάνες αυτές έχουν γενικά πολύ χαμηλά επίπεδα βιοδραστικότητας, ωστόσο έχει παρατηρηθεί ότι έχει ανοσορυθμιστική δράση σε λευκοκύτταρα νεφρού του σολομού Salmo salar (Dalmo & Seljelid, 1995;. Dalmo et al,1996). Η πορφυρίνη (μια ουσία που προέρχεται από τα είδη του γένους Porphyra) συμβάλλει στην τόνωση της δραστηριότητας μακροφάγων σε ποντικούς (Yoshizawa et αϊ., 1995). 
Η ένωση 6-Ν-tridecylsalicylic οξύ που απομονώθηκε από το φαιοφύκος Caulocystis cephalornithos της οικογένειας Sargassaceae έχει αντιφλεγμονώδη δράση, σε οξείες και χρόνιες φλεγμονές σε ζωικά μοντέλα, λιγότερη όμως από το σαλικυλικό οξύ (Buckle et al, 1980; Kazlauskas et al, 1980). Τέλος, η ουσία Carnosadine που ανιχνεύεται στο ροδοφύκος Grateloupia carnosa είναι κατοχυρωμένη με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, ως αντιφλεγμονώδης παράγοντας με θετικές καρκινοστατικές και ανοσολογικές δράσεις (Wakamiya et al., 1984).

Λεκτίνες που συντίθενται από θαλάσσια μακροφύκη

Οι λεκτίνες είναι ομάδα πρωτεϊνών, μη ανοσολογικής προέλευσης, οι οποίες έχουν την ιδιότητα να δεσμεύουν αντιστρεπτά και με μεγάλη εξειδίκευση τους υδατάνθρακες, χωρίς να επιφέρουν καμία αλλαγή στη δομή τους.
Οι λεκτίνες αποτελούν χρήσιμα εργαλεία για τη μελέτη υδατανθρακικών ενώσεων, οι οποίες μπορεί να βρίσκονται και στην επιφάνεια των κυττάρων, για την ταυτοποίηση συγκεκριμένων κυττάρων και για την επαγωγή κυτταρικού πολλαπλασιασμού. Μονιμοποιημένες λεκτίνες σε στερεό υλικό μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον διαχωρισμό γλυκοπρωτεϊνών ή γλυκολιπιδίων. Βρίσκουν εφαρμογή σε ιστοχημικές μελέτες για τον εντοπισμό συγκεκριμένων συμπλεγμάτων υδατανθράκων· η τεχνική αυτή παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον, καθώς αλλαγές στα πρότυπα πρόσδεσης των λεκτινών παρατηρούνται κατά την εμβρυϊκή ανάπτυξη, σε περιπτώσεις κακοηθών μετασχηματισμών, κατά τη γήρανση και σε ορισμένες παθολογικές καταστάσεις (Hori et al. 1986, Sharma & Sahni 1993, Boyd & Reguera 1949).
Οι λεκτίνες του χλωροφύκους Codium spp. διατίθενται σε εμπορικά διαθέσιμες μορφές οι οποίες χρησιμοποιούνται ευρέως σε βιοχημικές μελέτες. Οι λεκτίνες με αιμοσυγκολλητικές ιδιότητες εμφανίζονται σε πολλά ροδοφύκη, χλωροφύκη και φαιοφύκη (Rogers & Hori 1993, Benevides et al. 1998). Οι λεκτίνες του χλωροφύκους Codium fragile  subsp. Tomentosoides συζευγμένες με κολλοειδή χρυσού παράγουν αντιδραστήρια που χρησιμοποιούνται σε μελέτες τοπογραφίας της επιφάνειας ζωικών κυττάρων (Griffin et al. 1995).

Δραστηριότητες που σχετίζονται με την κυτταρική ανάπτυξη

Οι λεκτίνες του ροδοφύκους Eucheuma serra προκαλούν διέγερση της μίτωσης κυττάρων, που δε διαιρούνταν προγενέστερα, όπως αυτά των λεμφοκυττάρων ποντικού (Kawakubo et al. 1997). Επιπλέον, λιπογόνος δραστηριότητα έχει αποδειχθεί για λεκτίνες του μακροφύκους Codium fragile, οι οποίες διεγείρουν τη δραστηριότητα των λιποκυττάρων, που απομονώθηκαν από αρουραίο και χάμστερ (Ng et al. 1989). Η Amansin, η οποία έχει απομονωθεί από το φύκος Amansia multifida, έχει βρεθεί ότι διεγείρει περιφερειακά μονοπύρηνα κύτταρα του αίματος και προκαλεί σταδιακή μείωση της μιτωτικής διαίρεσης (Lima et al. 1998). Τα φουκοειδή (Fucoidan, θειϊκοί πολυσακχαρίτες) ενισχύουν το σχηματισμό των αιμοφόρων αγγείων, ρυθμίζοντας την έκφραση των επιφανειακών πρωτεϊνών (Matou et al. 2002).

Επίδραση στη γονιμοποίηση

Τα φουκοειδή  αναστέλλουν την σύνδεση του σπέρματος με το ωάριο (Oehninger et al 1991, Patankar et al .1993). Αυτή η ιδιότητα τους, μαζί με την αντιϊκή τους δράση, τα καθιστά ικανά για τη χρήση τους ως κολπικό μικροβιοκτόνο με αντισυλληπτικές ιδιότητες (Baba et al. 1988, Zeitlin et al. 1997).

Αντικαρκινικές και άλλες ιδιότητες κατά των όγκων

Η πρωτείνη kahalalide F, η οποία παράγεται από το χλωροφύκος Bryopsis sp. και αφομοιώνεται από θαλάσσιες αγελάδες έχει αντικαρκινικές ιδιότητες και ιδιότητες ενάντια των όγκων (Hamann & Scheuer 1993, Hamann et al. 1996). Ελέγχουν τους όγκους που προκαλούν καρκίνο του πνεύμονα, του παχέος εντέρου και του προστάτη (Horgen et al. 2000, Nuijen et al. 2000, Sparidans et al. 2001). Επίσης,  έχει κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας  για τη χρήση του ως πιθανή δραστική ουσία σε θεραπείες καρκίνου των πνευμόνων (Scheuer et al. 2000). Επίσης, χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καρκίνου του ήπατος (Stokvis et al. 2002). Τέλος, προκαλεί επίσης νέκρωση των κυττάρων in vivo και στοχεύει επιλεκτικά τα καρκινικά κύτταρα  in vitro.

Αντιθρομβωτική και αντιπηκτική δραστηριότητα

Τα φουκοειδή έχουν in vivo και in vitro αντιθρομβωτικές και αντιπηκτικές δραστηριότητες, όμοιες με της ηπαρίνης, προκαλώντας αναστολή της  πήξης του αίματος (Church et al. 1989, Colliec et al. 1991, Matou et al. 2002).  Η αντιπηκτική δραστηριότητα τους είναι αποτέλεσμα της άμεσης αλληλεπίδρασης μεταξύ φουκάνης και θρομβίνης  (Graufel et al. 1989), η οποία συνήθως αυξάνει με τη δημιουργία θεικών ενώσεων (Nishino & Nagumo 1991, 1992). Θειϊκές φουκάνες των φαιοφυκών Fucus vesiculosus και Ascophyllum nodosum έχουν κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ως  αντιπηκτικές ουσίες.