Применение цианобактерий рода Arthrospira в ранозаживлении | Праздников Э.Н., Евсюкова З.А.

Введение

Поскольку кожа является единственным наружным барьером для защиты организма от пагубного воздействия окружающей среды, всевозможные агенты (физические, химические, механические и др.) делают ее чрезвычайно уязвимой для различных типов повреждений. И в случае нарушения целостности кожных покровов возникает острая необходимость в эффективном методе заживления. Однако, несмотря на значительные достижения в области регенеративной медицины, проблема заживления ран по-прежнему волнует многих специалистов из различных областей медицины. Более того, в современном мире интерес к данной проблеме только растет, так как конечным результатом раневого процесса является формирование рубца. Последний зачастую является психотравмирующим фактором, изменяя социальное поведение пациента, а также может быть причиной функциональных нарушений, например, в случае рубцовой контрактуры в области лица и шеи после ожогов. Неразрывность фаз раневого процесса подтверждает тот факт, что на результат заживления, а именно на внешний вид рубца, в значительной мере влияет течение предшествующих фаз. Это обстоятельство подталкивает к поискам метода, который бы позволил минимизировать воспаление и фиброзную трансформацию созревающей ткани.

Как известно, заживление ран характеризуется множеством сложных процессов, среди которых — образование и ремоделирование новой ткани, сопровождающиеся пролиферацией и миграцией фибробластов [1, 2]. В последние годы открывается большое количество ранее не известных участников процессов заживления, изучаются механизмы регенерации, создаются лабораторные аналоги природных стимуляторов заживления, факторы роста, рекомбинантные пептиды и другие биологически активные вещества [3–5].

Среди относительно небольшого количества наружных средств, применяемых во всех фазах раневого процесса, обратил на себя внимание экстракт спирулины, что и послужило причиной написания данной статьи, представляющей обзор исследований по применению спирулины в ранозаживлении, результаты которых опубликованы в международных цитируемых журналах.

Спирулина: свойства и влияние на процессы заживления ран

Спирулиной (Arthrospira — род цианобактерий класса Cyanophyceae) называют отдельный род свободно плавающих нитевидных цианобактерий, встречающихся в хорошо освещаемых щелочных водах теплых озер Африки, Азии, Южной и Центральной Америки. Даже если водоем выпарится и спирулина окажется на камнях с температурой 70 °C, она выживет, впав в глубокую спячку, а при 60 °C отдельные пустынные виды водоросли продолжают жизнедеятельность. Благодаря этому содержащиеся в спирулине белок (примерно 60–70%), аминокислоты, витамины, ферменты даже при такой высокой температуре сохраняются в клетке, тогда как для большинства белков температура 50–54 °C является губительной, а некоторые витамины и аминокислоты в этих условиях начинают терять свои полезные свойства. Кроме белка, основными биологически активными соединениями Arthrospira platensis являются фикоцианин, витамины группы B, A, E и D, многочисленные микроэлементы, ненасыщенные жирные кислоты (γ-линоленовая кислота), β-каротин и фермент супероксиддисмутаза (СОД) [6, 7]. Фикоцианин — это природный, связанный с белками пигмент синего цвета, состоящий из α- и β-полипептидных субъединиц [8]. Этот натуральный продукт обладает способностью улавливать свободные радикалы, тем самым предотвращая перекисное окисление и преждевременный апоптоз клеток [6]. Согласно данным литературы он улучшает эластичность кожи и замедляет ее старение за счет своего антиоксидантного действия [9,  10]. Также сообщалось, что фикоцианин может благоприятно модулировать апоптотические пути и способствовать заживлению ран кожи, подвергшихся воздействию УФ-излучения [6]. СОД — это металлосодержащий фермент, который в больших количествах содержится в некоторых видах водорослей. Этот фермент способен нейтрализовать супероксид-анион-радикалы, превращая их в перекись водорода (H₂O₂) и кислород (O₂) [11]. Также описана антибактериальная активность Arthrospira platensis [12]. В ней также содержатся большое количество пигментов, полифенолы, полисахариды [13].

Кроме того, сообщалось, что спирулина проявляет терапевтическое действие благодаря своим противовоспалительным, противовирусным, антиоксидантным и противоопухолевым свойствам [14, 15]. Кстати, в 1974 г. на Всемирной продовольственной конференции ООН спирулина была объявлена лучшим питательным продуктом будущего, а в конце 1980-х и начале 1990-х годов одновременно НАСА (CELSS) и Европейское космическое агентство [16] предложили спирулину в качестве одного из основных продуктов для культивации в ходе длительных космических полетов благодаря ее богатому нутриентному составу. Сообщалось, что водный экстракт спирулины играет решающую роль в процессе восстановления после окислительного повреждения [17, 18], а также демонстрирует высокий регенераторный потенциал в эксперименте по заживлению ран на культуре нормальных фибробластов человека [19].

Исследование синтезированных из спирулины пластин — носителей различных активных веществ показало отсутствие ее токсического действия на кожу, а также хорошие качества матрицы, что позволяет применять ее в качестве патчей, повязок и других топических средств и матриц [20]. E. Bari et al. [21] показали, что водный экстракт Arthrospira platensis в сочетании с серицином шелка способен ускорять закрытие раны, влияя на фибробласты человека. Исследовательская группа из Малайзии, занимающаяся выделением, идентификацией и очисткой активных соединений, обладающих способностью к заживлению ран, продемонстрировала, что водный экстракт спирулины стимулировал пролиферацию фибробластов человека [19]. Было показано, что водный экстракт Spirulina platensis обладает наивысшей активностью по заживлению ран в сравнении с модификациями, стабилизированными спиртами (метанольные и этанольные экстракты продемонстрировали пролиферативный эффект, однако они не способствовали миграции и закрытию области раны по сравнению с водным экстрактом). Согласно данным фитохимического профиля экстрактов растений, проанализированного с помощью жидкостной хроматографии с масс-спектрометрией, соединениями, предположительно участвующими в ускорении заживления ран, являются коричная кислота, наригенин, кемпферол, темсиролимус, изомерные производные фосфатидилсерина и сульфохиновозилдиацилглицерин. Авторы исследования пришли к выводу, что сине-зеленые водоросли могут рассматриваться как потенциальный компонент наружного средства для лечения хронических ран и связанных с ними осложнений, особенно у пациентов с сахарным диабетом [19].

Кроме того, показана способность спирулины стимулировать пролиферацию стволовых клеток [22]. Согласно другому исследованию [23] неочищенный экстракт спирулины способствует заживлению ран у человека, воздействуя на культуру кератиноцитов HS2 и культуру фибробластов L929.

В феврале 2019 г. группой ученых во главе с P. Liu было проведено исследование [24], в котором культура фибробластов человека подвергалась воздействию белком спирулины SPСP в разных концентрациях, в результате которого был отмечен высокий регенераторный потенциал последнего (рис. 1). Были продемонстрированы стимулирующие эффекты SPCP в отношении активности человеческих фибробластов CCD-986sk; показано, что SPCP повышает образование коллагена клетками CCD-986sk и снижает активность эластазы, играя важную положительную роль в заживлении ран [25]. Кроме того, было показано, что миграция и пролиферация клеток CCD-986sk стимулируются SPCP через сигнальный путь фосфоинозитид-3-киназы (PI3K) / протеинкиназы B (Akt) [24]. Кроме того, деление и расселение фибробластов является одним из важнейших факторов заживления кожных ран. Важным фактором для контроля клеточной пролиферации является интерфейс между сигнальной системой клеточного цикла и сигнальными путями фактора роста [26, 27]. Клеточный цикл анализировали с помощью проточной цитометрии. Доля клеток в фазе G0/G1 была снижена в группах, получавших SPCP, по сравнению с контрольной группой, в то же время количество клеток в фазах S и G2/M в них было выше, чем в контрольной группе. Таким образом, SPCP стимулировал клетки к переходу в фазы S и G2/M из фазы G0/G1, что является показателем пролиферации клеток CCD-986sk [28]. В исследовании [29] для определения эффектов SPCP в заживлении кожных ран использовали мышей. Была создана модель полнослойных иссеченных кожных ран на мышах c57BL/6. Кроме того, были изучены основные молекулярные механизмы этого процесса. Основные результаты свидетельствуют о том, что SPCP может способствовать заживлению кожных ран у мышей c57BL/6 и что во время этого процесса SPCP активирует сигнальные пути, регулируемые внеклеточными сигналами (ERK), Akt и TGF-β1. На изображениях, полученных в дни 0, 3, 6 и 9, видно, что процент закрытия ран у мышей, которых лечили EGF или SPCP, был выше, чем у мышей, которых лечили только вазелином (контроль) (рис. 2).

Миофибробласты играют важную роль в заживлении кожных ран. Одним из специфичных маркеров миофибробластов является α-актин гладких мышц (α-SMA) [30, 31]. В исследовании [29] уровень экспрессии α-SMA (определяли с помощью вестерн-блоттинга) был выше в группах, получавших EGF или SPCP, чем в контрольной группе (рис. 3), т. е. SPCP усиливает заживление ран за счет увеличения количества миофибробластов.

Учитывая растущий интерес к методам и технологиям ранозаживления в современном сообществе врачей из разных сфер, в одном из московских центров эстетической медицины в сентябре 2021 г. начали клиническое исследование препарата спирулины (сыворотка Intensive Spiruline компании Institut Esthederm) — как регенеранта, так и уходового средства, усиливающего коллаген-индуцирующее действие инвазивных травматических процедур. Средства со спирулиной в линейке Intensive представлены сывороткой Intensive Spiruline (12,5%) и кремом Intensive Spiruline (5%). Новая формула Intensive Spiruline по сравнению с предыдущей содержит в 4 раза больше сухого экстракта спирулины, в 70 раз больше витаминов (B₂, B₃, B₅, B₆, B₉); в составе преобладает витамин B₃, также известный как ниацинамид (0,502 мг витамина B₃ на 100 г экстракта спирулины); содержит в 4 раза больше минералов (калий, магний, натрий, кальций и фосфор); поддерживает водно-электролитный баланс кожи. Ранее исследование эффективности новой формулы Rov Green крема Intensive Spiruline проводилось в C.E.R.CO (Center for Cosmetological Studies and Research in Paris) в течение 10 дней при участии 15 женщин. Оценка кератолитического эффекта проводилась с помощью визуального анализа исчезновения флуоресценции на поверхностном слое эпидермиса (чем быстрее исчезает флуоресценция, тем лучше происходит обновление клеток). Участницы исследования в течение 10 дней дважды в день наносили крем Intensive Spiruline, после чего авторы эксперимента анализировали, насколько изменился процесс обновления корнеоцитов. Согласно кератолитическому тесту подобная разница уровня флуоресценции, составляющая 10 единиц, отразила значительное улучшение процесса обновления корнеоцитов (на 33%). Аналогичное исследование было проведено с применением новой формулы Rov Green сыворотки Intensive Spiruline. Согласно кератолитическому тесту подобная разница уровня флуоресценции, составляющая 12 единиц, свидетельствовала о значительном улучшении процесса обновления корнеоцитов (на 32%). Результаты перечисленных исследований вскоре будут представлены более подробно в научных публикациях.

Заключение

На основании результатов, полученных в ходе представленных исследований, можно сделать вывод, что спирулина может рассматриваться как относительно доступное регенеративное средство, поскольку для ее получения не требуется высокотехнологического дорогостоящего процесса, как в случае синтеза искусственных препаратов, а наличие протеина, стимулирующего деление и пролиферацию клеток, а также богатый нутриентный состав позволяют применять ее при многих состояниях и процессах как изолированно, так и в комбинации с другими веществами. Высокий регенераторный потенциал средств со спирулиной и ее нутрицевтивные свойства позволяют улучшить качество заживления ран и эстетический вид формирующегося послеоперационного рубца, что повысит конечный результат пластических операций и агрессивных воздействий на кожу, например лазерных абляций и нидлинга.

Благодарность

Редакция благодарит ООО «НАОС ВОСТОК» за оказанную помощь в технической редактуре настоящей публикации.