Coelastrella sp. extract attenuates inflammatory responses and NF-κB p65 nuclear accumulation in LPS- stimulated RAW 264.7 macrophages

Ontsteking is de dringende, noodzakelijke reactie van het lichaam op letsel of infectie, een biologisch alarmsysteem dat immuuncellen oproept om indringers te bestrijden en te beginnen aan het werk van herstel. Echter, wanneer dit systeem te lang aan blijft staan of te sterk reageert, kan het gezond weefsel beschadigen en chronische ziekten aanwakkeren, variërend van hartproblemen tot artritis. Een belangrijke drijfveer van deze overreactie is een signaalroute binnen immuuncellen die fungeert als een hoofdschakelaar, die genen aanzet die ontstekingschemische stoffen produceren. Wetenschappers weten al lang dat natuurlijke stoffen die in planten en algen worden gevonden, deze schakelaar soms kunnen kalmeren, wat een zachtere alternatief biedt voor krachtige medicijnen die vaak zware bijwerkingen met zich meebrengen. De uitdaging is geweest om precies te identificeren welke natuurlijke bronnen werken, hoe ze werken, en of ze het immuunsysteem veilig kunnen sussen zonder het volledig uit te schakelen.

Onderzoekers aan de Sun Moon Universiteit in Zuid-Korea richtten hun aandacht op een specifiek type zoetwatergroene microalg genaamd Coelastrella sp., een minuscule organisme dat veelbelovend is gebleken als bron van gezondheidsbevorderende verbindingen. Ze wilden zien of een extract gemaakt van deze alg de overactieve immuunrespons in een laboratoriumsetting kon kalmeren. Om dit te testen, gebruikten ze een standaardmodel van immuuncellen bekend als macrofagen, die de eerste responders van het lichaam zijn. In het experiment werden deze cellen blootgesteld aan een bacteriële trigger die hen in een staat van hoge alertheid dwingt, wat een ernstige infectie nabootst. Deze trigger zorgt ervoor dat de cellen hun omgeving overstromen met stikstofmonoxide, een gas dat helpt bacteriën te bestrijden maar schadelijk kan zijn in overmaat, en produceert reactieve zuurstofverbindingen, die instabiele moleculen zijn die oxidatieve stress veroorzaken. De onderzoekers introduceerden hun algextract om te zien of het deze gevaarlijke niveaus kon verlagen zonder de cellen zelf te doden.

Het team bereidde het extract eerst voor door gevriesdroogd algpoeder te weken in een mengsel van water en ethanol, waarbij ze geluidsgolven gebruikten om de actieve verbindingen eruit te trekken. Ze ontdekten dat de resulterende vloeistof rijk was aan polyfenolen en flavonoïden, twee klassen van natuurlijke verbindingen die bekend staan om hun vermogen om schadelijke moleculen te neutraliseren. Wanneer ze het extract op de immuuncellen testten, ontdekten ze een veilige concentratieratio waarbij de stof de cellen niet schaadde, maar nog steeds een krachtig effect had. Op deze veilige niveaus verminderde het extract aanzienlijk de hoeveelheid stikstofmonoxide die de cellen produceerden. Het verlaagde ook de niveaus van reactieve zuurstofverbindingen, de instabiele moleculen die celstructuren kunnen beschadigen. De vermindering van deze schadelijke bijproducten was duidelijk en meetbaar, wat suggereerde dat het extract de agressieve respons van de cel op de bacteriële trigger effectief dempte.

Buiten het simpelweg opruimen van de chemische rommel, leek het extract het probleem bij de bron aan te pakken door te interfereren met de interne instructies van de cel. De onderzoekers keken naar de genetische boodschappen in de cellen die hen vertellen om ontstekingsproteïnen te bouwen. Ze ontdekten dat het extract de productie van boodschappen voor verschillende belangrijke ontstekingsmarkers verlaagde, waaronder een eiwit genaamd iNOS, dat stikstofmonoxide maakt, en diverse signaalmoleculen zoals interleukine-6 en tumornecrosefactor-alfa. Het extract verminderde ook de hoeveelheid van de feitelijke eiwitten die deze genen bouwen. De meest significante daling werd gezien in de instructies voor interleukine-1-bèta en het hoofdschakel-eiwit bekend als NF-κB p65. Door de niveaus van deze eiwitten te verlagen, gaf het extract de cel effectief het bevel om stand te houden, waardoor er minder ontstekingssignalen werden geproduceerd dan anders het geval zou zijn.

Om te begrijpen hoe het extract precies het ontstekingssignaal stopte, observeerden de wetenschappers waar het hoofdschakel-eiwit, NF-κB p65, zich binnen de cel bevond. Onder normale omstandigheden zit dit eiwit rustig in het hoofdlichaam van de cel, maar wanneer de cel wordt aangevallen, beweegt het naar de kern, het controlecentrum, om ontstekingsgenen aan te zetten. De onderzoekers gebruikten een speciale lichtgevende kleurstof om deze beweging te volgen en ontdekten dat het algextract een groot deel van het eiwit buiten de kern hield. In plaats van naar het controlecentrum te haasten om het alarm te starten, bleef het eiwit in de buitenste regio's van de cel. Deze fysieke blokkade voorkwam dat de ontstekingsgenen werden geactiveerd, wat verklaart waarom de niveaus van ontstekingsproteïnen zo scherp daalden.

De studie concludeert dat het Coelastrella sp. extract fungeert als een meerlagige verdediging tegen ontsteking. Het ruimt niet alleen schadelijke chemicaliën op nadat ze zijn gemaakt; het stopt de cel ook met het maken ervan door de beweging van het hoofdschakel-eiwit te blokkeren. Hoewel de onderzoekers opmerkten dat hun werk beperkt was tot cellen in een schaaltje en dat ze nog niet de exacte enkele molecuul hebben geïdentificeerd die verantwoordelijk is voor het effect, bieden de resultaten een sterke basis voor verder onderzoek. Het extract slaagde erin oxidatieve stress te verminderen, de stikstofmonoxideproductie te verlagen en de activatie van ontstekingsgenen te voorkomen, zonder de cellen te beschadigen. Dit suggereert dat deze specifieke microalg potentieel heeft als een natuurlijke bron voor het ontwikkelen van nieuwe manieren om ontsteking te beheersen, wat een pad biedt naar behandelingen die samenwerken met de eigen biologie van het lichaam in plaats van deze te overstijlen.