Pharmakologie

Research & Development Astaxanthin

Mit Mikro-Algen produzieren heisst die Zukunft zu forcieren

Die Mikroalgen-Kultivierung in geschlossenen Photo-Bio-Reaktoren bietet für die Pharmaindustrie – aber auch für viele andere Branchen – besondere Vorteile: So wird ein konstantes Zellwachstum unter kontrollierten und unabhängigen Umgebungsbedingungen sichergestellt. Die geschlossenen Systeme garantieren einerseits ein von Umwelteinflüssen abgeschlossenes Wachstum. Andererseits werden dadurch auf die Wirkstoffe bezogene standardisierte Bedingungen erzeugt. Durch den Einsatz hocheffizienter Lichtsysteme wird nicht nur der Wachstumsprozess bis zur Ernte immens beschleunigt. Auch eine gesteuerte – und damit standardisierte und forcierte – Wirkstoff-Gewinnung wird so ermöglicht. Zudem wird ein lösungsmittelfreier, stabiler und standardisierter CO2-Prozess verwendet, um am Ende hochreine, natürliche und standardisierte Algen-Produkte zu erzielen. Dies ermöglicht den Einsatz in diversen R&D Projekten, wobei IHS Solutions Sie gerne unterstützen würde.

Abhängig von der eingesetzten Art und den Kultivierungsbedingungen bilden Mikroalgen Proteine, Fettsäuren oder Kohlenhydrate (wie z. B. Stärke). Interessant für die Pharma-, Nahrungsmittel- und Futtermittelindustrie sind vor allem Vitamine, Carotinoide (als Farbstoff sowie Antioxidans), Phytosterole und Fettsäuren wie z. B. Omega-3-Fettsäure. Die Omega-3-Fettsäure ist essenziell für den Menschen und muss mit der Nahrung aufgenommen werden. Insbesondere die Fettsäuren EPA (Eicosapentaensäure,) und DHA (Docosahexaensäure) spielen als Bestandteile der Zellmembran eine essenzielle Rolle. Darüber hinaus beeinflussen diese Fettsäuren über Sekretion bestimmter antiinflammatorischer Interleukine (insbesondere IL-1β) die Entzündungsreaktion1 . Vor allem die sekundären Pflanzenstoffe sind jedoch Ausgangspunkt von diversen Forschungsprojekten und bieten großes Potential für medizinische und diätetische Innovationen.

Gute Gründe für die Forschung an Algen am Beispiel Astaxanthin

Astaxanthin und Entzündungsreaktionen

Entzündungsreaktionen sind eine wichtige und notwendige Immunantwort auf beispielsweise eindringende Erreger und Ähnliches, dennoch spielen chronische Entzündungsprozesse durchaus eine Rolle in einer Vielzahl von Erkrankungen. Grundsätzlich spielen freie Radikale eine essenzielle Rolle bei der Immunantwort, denn diese fungieren als Signalmarker und beeinflussen über die Aktivierung diverser Transkriptionsfaktoren wie NF-kB die Expression verschiedener entzündungsfördernder Zytokine2. Kritisch wird es nun jedoch, wenn dieser Entzündungsprozess chronisch wird oder wenn zu viele freie Radikale gebildet werden, z.B. durch Medikamenteneinnahme oder eine Vorerkrankung. In diesem Fall werden Addukte mit wichtigen Biomolekülen wie etwa Enzymen gebildet, wobei diese Moleküle Ihre Wirkung verlieren. Insbesondere kritisch ist dies, wenn freie Radikale DNA-Addukte bilden, da dies unter Umständen zu einem DNA-Strangbruch und damit zu dem Tod der Zelle oder zu Mutationen führen kann.

Astaxanthin ist als starkes Antioxidans in der Lage, mit freien Radikalen zu reagieren, wodurch die Expression proinflammatorischer Zytokine in-vitro und in-vivo vermindert werden konnte. Im Tiermodell (LPS-induzierte Entzündung) konnte ein signifikanter entzündungshemmender Effekt von Astaxanthin (100mg/Kg) beobachtet werden, wobei die Bildung von TNF-α sowie PGE2, beides starke Entzündungsmodulatoren, in konzentrationsabhängiger Weise gehemmt werden konnte3. Dies ist ein wichtiger Anhaltspunkt für die weiterführende Forschung sowie der Entwicklung von weiteren, effizienteren Derivaten.

Antioxidantienreiche Ernährung und Krebsrisiko

Eine Vielzahl an Ernährungsstudien konnte eine Korrelation zwischen dem Konsum von Nahrungsmitteln reich an Antioxidantien und einem geringen Krebsrisiko feststellen4, durch antioxidative Polyphenole im Rotwein wird sogar das „French Paradoxon“ erklärt. Daher ist eine Ernährung reich an Vitamin E und A sowie insbesondere an sekundären Pflanzenstoffen wie Polyphenolen und Carotenoiden wichtig.

Das in der Blutregenalge Haematococcus pluvialis enthaltene Carotenoid Astaxanthin sticht hierbei als besonders starkes Antioxidans hiervor. Das antioxidative Potential einer Probe wird typischerweise mithilfe des ORAC-Assays (Oxygen Radical Absorbance Capacity) ermittelt. Hierbei wird die Fähigkeit, freie Radikale abzufangen Oxygen Radical Absorbance Capacity Vergleich zu dem synthetischen Vitamin E Derivat Trolox gemessen. Verglichen mit den anderen typischen Antioxidantien besitzt Astaxanthin beispielsweise einen 50-fach höheren antioxidativen Effekt als Beta-Carotin.

Die Fähigkeit, freie Radikale anzufangen hat einen Einfluss auf das Krebsrisiko, da insbesondere ein spezieller Typ von freien Radikalen, die reaktiven Sauerstoffverbindungen (ROS) mit DNA-Molekülen reagieren und auf diese Weise das Erbgut verändern können. Wird die betroffene Zelle nicht vom Immunsystem erkannt, kann es infolge zu einer bösartigen Mutation der Zelle kommen, weshalb auch ein Zusammenhang von erhöhten ROS-Konzentrationen und Zellmutationen in verschiedenen in-vitro Assays gefunden werden konnte5.

Algen besitzen neben Astaxanthin noch eine Vielzahl weitere sekundäre Pflanzenstoffe und Carotenoide mit antioxidativen Effekten, welche durchaus eine positive ernährungsphysiologische Wirkung besitzen. Die Untersuchung dieser Stoffe könnte die Türen für neue medizinische Ansätze öffnen.

Astaxanthin und Blutzucker

Ein chronisch überhöhter Blutzuckerspiegel, beispielsweise im Rahmen von Diabetes mellius, kann einen negativen Einfluss auf die Zellgesundheit haben und ist mit einer Reihe von Folgeerkrankungen assoziiert. Im Mittelpunkt steht hierbei oxidativer Stress, welcher unter anderem die Autooxidation der Zuckermoleküle6 , aber auch durch andere Mechanismen wie die Entstehung von Advanced Glycation Endproducts (AGEs) ausgelöst wird7.

Um die Folgen für die Betroffenen zu minimieren werden seit langem medizinisch verschiedene Antioxidantien wie die α-Liponsäure eingesetzt, welche durch Reaktion mit den freien Radikalen prophylaktisch die Entstehung von Folgeerkrankungen verhindern soll.

In einer Reihe von Zell- und Tierversuchen konnte auch ein positiver Effekt für Astaxanthin beobachtet werden. So konnte der Algeninhaltsstoff eine protektive Wirkung auf Bauchspeicheldrüsenzellen von diabetischen Mäusen ausüben und vor Glucose-Toxizität schützen8. Dies ist durchaus ein interessanter Anhaltspunkt für weitergehende Untersuchungen sowie innovative Produktansätze.

Astaxanthin für die Augen

Man findet bereits einige diätetische Produkte auf Carotenoid-Basis auf dem Markt, die eine Verbesserung der Sehfähigkeit und der Augengesundheit ausloben. Diese Produkte enthalten neben Vitamin A bzw. dessen Provitamin β-Carotin auch oftmals verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe wie Lutein, Lycopin oder auch Astaxanthin.

Dies ist damit zu erklären, dass insbesondere der Schutz vor UV-Strahlung ein wichtiger Punkt zur Gesunderhaltung der Augen ist. Die Carotenoide lagern sich hierbei in der Zellmembran der Retina ein und vermindern eine Schädigung durch UVB-Strahlung sowie oxidativen Stress9.

Haben wir Ihr Interesse geweckt?

Wir können Ihnen auf Anfrage weitere Algen-Sorten für die pharmakologische Verwendung liefern. Gerne geben wir auch umfassende Auskunft über die uns vorliegenden klinische Studien sowie mögliche Anwendungsbereiche. Das Potential von Mikro-Algen für die Pharma-Industrie ist immens.

Wir freuen uns auf Ihren Kontakt

[1] Yiqing Yan, Wei Jiang u. a.: Omega-3 Fatty Acids Prevent Inflammation and Metabolic Disorder through Inhibition of NLRP3 Inflammasome Activation. In: Immunity. 38, 2013, S. 1154–1163
[2] Conner EM, Grisham MB.; Inflammation, free radicals, and antioxidants.; Nutrition. 1996 Apr;12(4):274-7.
[3] Ohgami K, Shiratori K, Kotake S, Nishida T, Mizuki N, Yazawa K, Ohno S.; Effects of astaxanthin on lipopolysaccharide-induced inflammation in vitro and in vivo.; Invest Ophthalmol Vis Sci. 2003 Jun;44(6):2694-701.
[4] Subbroto Kumar Saha, Soo Bin Lee, Jihye Won, Hye Yeon Choi, Kyeongseok Kim, Gwang-Mo Yang, Ahmed Abdal Dayem, Ssang-goo Cho; Int J Mol Sci. 2017 Jul; 18(7): 1544.; Int J Mol Sci. 2017 Jul; 18(7): 1544.
[5] Daniel I. Feig, Thomas M. Reid, and Lawrence A. Loeb; Reactive Oxygen Species in Tumorigenesis; (CANCER RESEARCH (SUPPL.) 54. ]890s-18'Ms. April 1, 1994)
[6] Khan M, Banga K, Khan W. Gluco-Oxidation of Proteins in Etiology of Diabetic Retinopathy. 2012;10.5772/29090
[7]  Bonnefont-Rousselot D. Glucose and reactive oxygen species. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2002;5(5):561-8.
[8] Uchiyama K, Naito Y, Hasegawa G, Nakamura N, Takahashi J, Yoshikawa T.; Astaxanthin protects beta-cells against glucose toxicity in diabetic db/db mice.; Redox Rep. 2002;7(5):290-3
[9] Fumiya Harada, Tetsuro Morikawa, Anton Lennikov, Anthony Mukwaya, Mira Schaupper, Osamu Uehara, Rie Takai, Koki Yoshida, Jun Sato, Yukihiro Horie, Hiroyuki Sakaguchi, Ching-Zong Wu, Yoshihiro Abiko, Neil Lagali,  Nobuyoshi Kitaichi;  Protective Effects of Oral Astaxanthin Nanopowder against Ultraviolet-Induced Photokeratitis in Mice; Oxid Med Cell Longev. 2017; 2017: 1956104.