Clinical and experimental efficacy of spirulina (Arthrospira platensis): mechanisms of action and prospects for use as a functional food ingredient

• Eleonora N. Trushina
• Nikolay A. Riger
• Dmitriy B. Nikityuk

Abstract

The prevalence of chronic diseases, including alimentary ones, characterized by chronic nonspecific inflammation and oxidative stress, dictates the need to develop and implement new domestic specialized food with immunomodulatory and antioxidant properties. The proven therapeutic potential of spirulina is the basis for its inclusion in food for special dietary uses.

The purpose of the study was to analyze and summarize the data characterizing the mechanisms of immune and antioxidant protection involved in the implementation of the clinical effects of spirulina.

Material and methods. For the search of sources over the past 7 years, the bibliographic databases RISC, PubMed, Scopus and the non-commercial search engine Google Scholar were used.

Results. The review presents research materials devoted to the study of the therapeutic potential of spirulina (Arthrospira platensis) and its bioactive compounds. One of the most significant effects of Spirulina is its immunomodulatory activity. Studies have shown that regular consumption of Spirulina can enhance both innate and adaptive immunity by increasing the activity of NK cells, macrophages and T lymphocytes. The immunostimulatory effect is manifested in the activation of immunoglobulin production and suppression of genes involved in the expression of proinflammatory cytokines. It has been established that Spirulina polysaccharides stimulate the production of cytokines such as interferon-gamma and interleukin-2, which are crucial for the activation of immune cells and coordination of the immune response. The antioxidant and anti-inflammatory activity of Spirulina is largely determined by its high content of phycocyanins and carotenoids. Phycocyanins effectively neutralize reactive oxygen species (ROS), suppress the expression of inflammation-related genes, such as iNOS, COX-2, TNFA and IL1B, and inhibit the promoter activity of inducible nitric oxide synthase iNOS and the nuclear transcription factor NF-κB.

Сonclusion. Thus, there is evidence of the direct influence of Spirulina bioactive compounds on the mechanisms of immunoregulation. In addition, sufficient data has been accumulated indicating that Spirulina possesses anticarcinogenic, hypoglycemic and hypolipidemic properties, which confirms the possibility of its use for the prevention and dietary treatment of a number of chronic diseases.

Keywords: Spirulina (Arthrospira platensis); phycocyanins; bioactive compounds; immunity; cytokines; therapeutic food, preventive nutrition

Спирулина относится к цианобактериям, принадлежащим к семейству Microcoleaceae, из которых Arthrospira platensis (A. platensis) наиболее изучена и активно применяется в пищевой промышленности и медицине. Спирулину относят к пищевым ингредиентам вследствие высокой пищевой ценности [1-3]. Она используется как функциональный ингредиент для профилактики и лечения различных заболеваний благодаря наличию в ее составе белков, полисахаридов, жирных кислот, витаминов, минеральных и биологически активных веществ, включающих пигменты и различные вторичные метаболиты. Терапевтический потенциал цианобактерии представлен иммуномодулирующим, антиоксидантным, противовоспалительным, противовирусным действием, выявлены также антиканцерогенный, гипогликемический и гиполипидемический эффекты [4-6]. В экспериментальном исследовании на разработанной модели вакцинации мышей линии BALB/c препаратом "Спутник V" продемонстрировано наличие иммуноадъювантных свойств фикоцианинов, проявляющихся стимулированием клеточного звена иммунитета [7].

Цель исследования - анализ и обобщение данных, характеризующих механизмы иммунной и антиоксидантной защиты, вовлеченные в реализацию клинических эффектов спирулины.

Материал и методы

Для поиска источников за последние 7 лет использовали библиографические базы РИНЦ, PubMed, данных Scopus и некоммерческую поисковую систему Google Scholar.

Макро- и микронутриенты, биологически активные вещества спирулины, обеспечивающие эффективность ее применения в пищевой промышленности и медицине

Спирулина является источником полноценного белка, содержание которого составляет 50-70% от сухой массы [8, 9]. Белок содержит все незаменимые аминокислоты и аналогичен белку животного происхождения.

Липидная фракция спирулины составляет около 5-10% от сухой массы и представлена в основном полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК). Преобладающей по содержанию в спирулине является γ-линоленовая кислота (18:3n-6) - ПНЖК семейства ω-6, которая обладает доказанными противовоспалительными свойствами. Кроме того, в состав жирных кислот спирулины входят линолевая (18:2n-6), олеиновая (18:1n-9) и пальмитиновая (16:0) кислоты [10].

Углеводы составляют приблизительно 15-20% от сухой массы спирулины и находятся в основном в форме полисахаридов [6]. Важно отметить, что спирулина содержит сульфатированные полисахариды, которые известны своими иммуномодулирующими свойствами, определяющими активность врожденных и адаптивных механизмов иммунного ответа. Моносахариды, обнаруженные в спирулине, включают глюкозу, рамнозу, ксилозу, маннозу, галактозу, арабинозу и фукозу в различных молярных соотношениях. Многослойные полимеры глюкана и пептидогликана, покрытые снаружи оболочкой из кислых полисахаридов, обеспечивают целостность клеточной стенки цианобактерий [11].

Фотосинтетические пигменты спирулины представлены источниками фикоцианинов - фикобилипротеинами, содержание которых может составлять до 47% ее сухой массы [10]. Фикоцианины и хлорофилл участвуют в фотосинтезе, а также обладают антиоксидантными свойствами [12].

Спирулина является дополнительным источником витаминов группы В: тиамина (B₁), рибофлавина (B₂), ниацина (B₃) и фолиевой кислоты (B₉), которые имеют важное значение для энергетического обмена и клеточного метаболизма [12-14] Кроме того, спирулина содержит жирорастворимые витамины, в частности витамин E (α-токоферол) и витамин A в форме β-каротина [10]. Макро- и микроэлементы спирулины (калий, фосфор, железо, цинк, марганец, хром и др.) участвуют в поддержании клеточного гомеостаза и метаболических процессов [15]. Содержание железа может варьировать от 28 до 50 мг на 100 г сухой массы цианобактерии, что свидетельствует о перспективе ее использования в диетотерапии пациентов с железодефицитной анемией [16].

В дополнение к основным компонентам спирулина содержит ряд вторичных метаболитов, которые обеспечивают ее биологическую активность. К ним относятся полифенолы, стерины и фенольные кислоты. Минорные биологически активные вещества спирулины включают галловую, хлорогеновую, коричную, п-гидроксибензойную, неохлорогеновую кислоты, а также флавоноиды: рутин, кверцетин, нарингенин, кемпферол и другие [17]. Минорные биологически активные вещества участвуют в реализации иммуномодулирующих, антиоксидантных и ряда других эффектов применения спирулины [18-20].

Механизмы, лежащие в основе клинической эффективности применения спирулины

Спирулина благодаря широкому спектру биологически активных веществ, входящих в ее состав, оказывает протективное влияние на организм человека при различных патологических состояниях (см. рисунок).

Одним из наиболее значимых терапевтических эффектов спирулины является ее иммуномодулирующая активность [22, 23]. Исследования показали, что регулярное употребление спирулины может повысить как врожденный, так и адаптивный иммунитет за счет повышения активности NK-клеток, макрофагов и Т-лимфоцитов. Иммуностимулирующий эффект проявляется в активации выработки иммуноглобулинов и подавлении генов, участвующих в экспрессии провоспалительных цитокинов [24]. Нутрицевтики на основе спирулины повышают адаптивный и врожденный иммунитет, а биоактивные соединения, такие как ингибиторы ангиотензин-превращающего фермента, фикобилипротеины, сульфатированные полисахариды и спирулан кальция, могут служить противовирусными средствами [25]. Спирулина продемонстрировала противовирусные свойства преимущественно против оболочечных вирусов, таких как вирус простого герпеса, гриппа А, иммунодефицита человека, гепатита С, COVID-19, цитомегаловируса человека [26]. Фермент L-аспарагиназа, присутствующий в спирулине, проявил высокую противовирусную активность invitro против вируса Коксаки B3 [27].

Спирулина также обладает антимикробной активностью против патогенных бактерий и грибков [28]. Установлено, что ее биоактивные соединения, включая фенольные кислоты и пептиды, подавляют рост патогенных микроорганизмов, что свидетельствует в пользу применения спирулины в составе антимикробной терапии и в качестве натурального консерванта в пищевых продуктах [29].

К настоящему времени имеется достаточный фактический материал о механизмах иммунотропного действия спирулины. Так, установлено, что полисахариды спирулины стимулируют выработку цитокинов, таких как интерферон γ (ИФН-γ) и интерлейкин 2 (ИЛ-2), которые имеют решающее значение для активации иммунных клеток и координации иммунного ответа [30]. В исследованиях invitro на макрофагальной клеточной культуре RAW246.7 показана иммуностимулирующая активность гетерополисахарида спирулины, заключающаяся в усилении фагоцитарной способности, активации секреции оксида азота (NO), ИЛ-1β, ИЛ-6 и фактора некроза опухоли α (ФНОα). Активация иммунного ответа является результатом воздействия сульфатных групп, сульфатных эфиров и аминоостатков, присутствующих в полисахаридах спирулины.

Исследования in vivo на мышах линии Kunming показали, что полисахаридные фракции Spirulina platensis могут дозозависимо (500, 1000 и 1500 мг на 1 кг массы тела в сутки) ослаблять вызванную циклофосфамидом иммуносупрессию у мышей с повышением уровня цитокинов ФНОα, ИЛ-10 и ИФН-γ в сыворотке крови [31]. В опытах с клеточными культурами in vitro фракции полисахаридов стимулировали пролиферацию спленоцитов и клеток макрофагальной линии RAW 264.7 с повышением синтеза ФНОα и ИЛ-6. Результаты исследования сигнальных путей показали, что полисахариды активируют на мембране клеток RAW246.7 толл-подобный рецептор 4 (TLR4), что вызывает запуск каскадов митоген-активируемых протеинкиназ (MAPKs) и транскрипционного фактора NF-κB [31]. Кроме того, было отмечено, что введение полисахаридов дозозависимо восстанавливает количество лейкоцитов и лимфоцитов; это позволяет предположить, что полисахариды могут обеспечить защиту от миелосупрессии, индуцированной цитостатиком циклофосфамидом. Костный мозг - важный центральный иммунный орган организма. В костном мозге происходит образование многих предшественников иммунокомпетентных клеток, а также дифференцировка и созревание В-лимфоцитов. Миелосупрессия является главным ограничивающим фактором, влияющим на исход и достижение ремиссии у пациентов с различными онкозаболеваниями (особенно онкогематологическими), получающих химиотерапию. Снижение количества клеток периферической крови отражает повреждение гемопоэтических стволовых предшественников, вызванное цитостатиками. Различные цитокины, секретируемые лимфоцитами Th1 (хелперы 1-го типа) и Th2 (хелперы 2-го типа), являются основными факторами, определяющими различия в клеточных функциях. Лимфоциты Th1 секретируют ИЛ-2, ИФН-γ и ФНОα, которые определяют клеточный иммунный ответ, тогда как лимфоциты Th2 секретируют ИЛ-4, -6 и -10, способствующие гуморальному иммунному ответу. Пероральное введение мышам с циклофосфамидной иммуносупрессией полисахаридных фракций спирулины с низкой молекулярной массой продемонстрировало их высокую иммуностимулирующую активность. Предполагается, что активация иммунитета invivo и стимуляция пролиферации спленоцитов и клеток макрофагальной линии RAW 264.7 invitro осуществляются посредством включения сигнальных путей MAPK, NF-κB через рецептор TLR4 и повышение транскрипции мРНК в протеинкиназных каскадах p38/ JNK/ ERK. Следовательно, спирулина эффективно регулирует ERK1/2, JNK, p38 и IκB-сигнальные пути [31, 32].

Имеются сообщения, свидетельствующие о том, что спирулина модулирует иммунный ответ при наличии аллергических реакций [33]. Однако применение спирулины у пациентов с нарушением иммунной регуляции, таких как аутоиммунные заболевания и аллергия, может привести к обострению патологического процесса [34].

Антиоксидантная и противовоспалительная активность спирулины во многом объясняется высоким содержанием в ней фикоцианинов, каротиноидов и хлорофилла [4, 19, 35, 36]. Фикоцианины эффективно нейтрализуют свободные радикалы, такие как супероксидные анионы, гидроксильные и пероксильные радикалы, и ингибируют перекисное окисление липидов в печени [19]. β-Каротин также действует как антиоксидант и противовоспалительный агент. Он блокирует внутриклеточное накопление активных форм кислорода (АФК), подавляет экспрессию генов, связанных с воспалением, таких как iNOS, COX-2,TNFA и IL1B, а также ингибирует промоторную активность индуцибельной синтазы оксида азота (iNOS) и ядерного транскрипционного фактора NF-κB [37]. Таким образом, имеются доказательства прямого влияния биологически активных веществ спирулины на механизмы иммунорегуляции. В частности, клинические исследования показали, что прием спирулины спортсменами в дозировках от 1 до 6 г/сут в течение 3-8 нед предотвращает или снижает развитие окислительного стресса в условиях интенсивных физических нагрузок и может стимулировать выработку антител и повышать или понижать экспрессию генов большого спектра цитокинов, участвующих в иммуномодулирующих и противовоспалительных реакциях [5, 32].

Молекулярные механизмы иммуномодулирующего действия спирулины недостаточно изучены, но известно, что фикоцианин и β-каротин являются основными молекулами, обладающими способностью эффективно регулировать ERK1/2, JNK, p38 и IκB-сигнальные пути [32]. В обзоре [38] показана возможность использования фикоцианобилина в качестве противовоспалительного средства для снижения провоспалительных факторов ИЛ-6 и ИФН-γ и регуляции продукции противовоспалительного цитокина ИЛ-10 путем ингибирования провоспалительных сигнальных путей NF-κB и митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK). Обогащение спирулины селеном усиливает ее противовоспалительный эффект путем снижения invitro уровня цитокинов, таких как ИЛ-6, ИЛ-1β и ФНОα, что свидетельствует о перспективе использования спирулины для профилактики и лечения воспалительных заболеваний [39].

В настоящее время активно изучается вопрос антиканцерогенного действия спирулины и ее биологически активных компонентов. Антиканцерогенный потенциал спирулины в основном представлен в исследованиях invitro на культурах клеток рака легких человека, рака молочной железы, гепатоцеллюлярной карциномы, миелоидного лейкоза и др. и заключается в ее способности подавлять рост опухоли, блокируя клеточный цикл в фазе G₂, предотвращая пролиферацию раковых клеток и индуцируя апоптоз посредством активации каспаз и ингибируя пути самосохранения, опосредованные ядерным фактором NF-κB [40, 41]. Фикоцианин продемонстрировал более высокую эффективность против нескольких видов рака благодаря способности снижать окислительный стресс и воспаление, являющиеся 2 критическими факторами в прогрессировании онкопатологии [42, 43]. В целом биологически активные вещества спирулины действуют как антиканцерогенные агенты, ингибируя пролиферацию опухолевых клеток, запуская остановку клеточного цикла и индуцируя апоптоз посредством различных сигнальных путей. Кроме того, эти соединения блокируют ангиогенез (образование новых кровеносных сосудов, снабжающих опухоль), проявляют антиоксидантную и антиметастатическую активность [44].

Индуцированное ожирением метавоспаление, окислительный стресс, инсулинорезистентность, дислипидемия являются основными патогенетическими факторами развития различных заболеваний, включающих сахарный диабет 2 типа, сердечно-сосудистые заболевания, метаболический синдром, нарушения опорно-двигательного аппарата и аутоиммунные заболевания. Поэтому коррекция иммунорегуляторных механизмов метавоспаления является приоритетным направлением профилактики и терапии. Имеются доказательства наличия потенциальных противодиабетических эффектов спирулины, проявляющихся улучшением гликемического контроля и модулированием липидных профилей. Было показано, что ключевые биоактивные соединения, такие как фикоцианин, полисахариды и γ-линоленовая кислота, регулируют уровень глюкозы в крови [4]. Фикоцианин, содержащийся в спирулине, способен ингибировать фермент НАДФН-оксидазу, основной компонент окислительного стресса в адипоцитах, играющий главную роль в изменении продукции адипокинов и цитокинов в гипертрофированных адипоцитах и развитии инсулинорезистентности. Таким образом, подавляя окислительный стресс адипоцитов, спирулина может оказывать системное противовоспалительное и инсулиносенсибилизирующее действие [4].

Влияние спирулины на тяжесть метаболического синдрома показано в систематическом обзоре [37]. Получены доказательства положительного влияния перорального приема спирулины в дозе от 1 до 19 г/сут в течение 0,5-6 мес пациентами с метаболическим синдромом. Добавление в рацион продуктов из спирулины позитивно влияло на регуляцию обмена липидов и глюкозы. Одним из факторов, способствующих улучшению метаболизма глюкозы при приеме спирулины, является высокое содержание в ней пищевых волокон и белка, что обеспечивает снижение усвоения глюкозы. После употребления спирулины также повышается чувствительность тканей к инсулину. Это объясняется снижением в сыворотке крови уровня ИЛ-6, который стимулирует механизмы, ингибирующие субстрат инсулинового рецептора, с последующей супрессией транслокации транспортера глюкозы типа 4 (GLUT-4) на поверхность клетки и уменьшением поглощения глюкозы клетками мышечной и жировой ткани. В частности, отмечено, что употребление спирулины пожилыми людьми по 8 г/сут в течение 16 нед приводит к повышению в плазме крови концентрации ИЛ-2, снижению уровня ИЛ-6 и росту содержания адипонектина. При этом значительно увеличивается соотношение ИЛ-2/ИЛ-6, что свидетельствует об улучшении иммунного статуса.

Спирулина также известна своими гиполипидемическими свойствами. Потребление спирулины по 4,5 г/ сут в течение 6 нед 36 добровольцами (16 мужчин и 20 женщин в возрасте от 18 до 65 лет) приводило к снижению общего уровня холестерина, холестерина липопротеинов низкой плотности и триглицеридов, при этом повышался уровень холестерина липопротеинов высокой плотности [45]. Эти эффекты в значительной степени обеспечиваются фикоцианинами и γ-линоленовой кислотой, которые участвуют в регуляции липидного обмена и предотвращают накопление липидов в кровеносных сосудах, что способствует профилактике атеросклероза и других сердечно-сосудистых заболеваний [46, 47].

Результаты экспериментальных исследований нейронов головного мозга на различных экспериментальных моделях invivo от нейровоспаления до нейродегенерации, включая болезни Альцгеймера и Паркинсона, свидетельствуют о возможности использования спирулины в качестве нейропротекторного компонента, обладающего антиоксидантной и противовоспалительной активностью [48-50]. Положительное воздействие спирулины на центральную нервную систему также обусловлено взаимодействием между фитокомплексом спирулины и кишечной микробиотой с образованием оси "кишечник-мозг" [51]. Спирулина и кишечная микрофлора взаимодействуют в обоих направлениях. С одной стороны, микрофлора трансформирует фитокомплекс в минорные биологически активные вещества, которые способны пересекать гематоэнцефалический барьер и оказывать воздействие на синтез нейротрансмиттеров (дофамин, серотонин, глицин, глутамат/гамма-аминомасляная кислота), что приводит к улучшению когнитивных функций и памяти. С другой стороны, спирулина повышает биологическую активность и численность нормальной микрофлоры кишечника [52].

Имеются данные о противовоспалительном воздействии спирулины и С-фикоцианина на клетки микроглии (резидентные макрофаги центральной нервной системы) и астроциты. С-фикоцианин, аллофикоцианин и фикоэритрин являются наиболее распространенными фикобилипротеинами в цианобактериях. Противовоспалительная способность фикобилипротеинов основана на ингибировании экспрессии генов, ответственных за воспаление, и подавлении цитотоксичности микроглии при некоторых нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона [50, 53]. Как известно, при нейродегенеративных заболеваниях активированные микроглиальные клетки экспрессируют провоспалительные цитокины, хемокины и другие медиаторы воспаления, такие как ФНОα, ИЛ-1β, ИЛ-6 и -8, макрофагальные воспалительные белки MIP-1α и MIP-1β, а также АФК, вызывая нарушения мозговой деятельности.

Опубликованы результаты исследования in vivo, свидетельствующие о применении спирулины в качестве эффективного нейропротекторного средства при ишемическом инсульте [54]. В исследовании представлен протективный эффект спирулины при фокальной церебральной ишемии-реперфузии, вызванной транзиторной окклюзией средней мозговой артерии у крыс. Потребление крысами спирулины в дозе 180 мг на 1 кг массы тела значительно снизило повышенное содержание малонового диальдегида и восстановило активность супероксиддисмутазы, каталазы и уровень восстановленного глутатиона в мозге, что свидетельствует о защитном антиоксидантном потенциале спирулины при церебральной ишемии. Применение фикоцианобилина привело к нормализации окислительного дисбаланса в головном мозге и сыворотке крови ишемизированных животных. Примечательно, что фикоцианобилин эффективно модулировал экспрессию генов цитокинов: ИФН-γ, ИЛ-6, CD74, Foxp3, TФР-β, CCL12, ИЛ-4, ИЛ-17A, C/EBPβ, CXCL2, ICAM- 1, ИЛ-1β и ФНОα, вовлеченных в воспалительный ответ на ранней стадии после ишемического инсульта [55].

Таким образом, спирулина представляет собой важный источник нейропротекторных ингредиентов, применение которых в профилактической терапии требует дополнительных клинических и других масштабных контролируемых исследований.

Имеются доказательства положительного влияния внутрижелудочного введения в течение 5 нед Arthrospira maxima (1 г/кг в сутки) и C-фикоцианина (100 мг/кг в сутки) при почечной недостаточности на модели нефрэктомии у крыс invivo [56]. Протективный эффект заключался в улучшении почечной функции: снижении протеинурии, нормализации клиренса креатинина и уменьшении концентрации мочевой кислоты в сыворотке крови. При этом у крыс обнаружено снижение систолического артериального давления с предотвращением развития гипертрофии левого желудочка. По мнению авторов, данные эффекты свидетельствуют о наличии антиоксидантных и противовоспалительных свойств спирулины и фикоцианина.

Применение антиоксидантов в офтальмологии обосновано тем, что ткань сетчатки глаза подвержена окислительному стрессу с образованием АФК в результате интенсивных метаболических процессов [57]. Образование АФК происходит преимущественно в митохондриальной дыхательной цепи, а также в результате ряда ферментативных и окислительных реакций, происходящих в нейросенсорной сетчатке и ретинальном пигментном эпителии. Протективный эффект 4-недельного обогащения спирулиной (20%) стандартного рациона мышей линии BALB/cAJc в эксперименте invivo на светоиндуцированное ухудшение зрительной функции и повреждение фоторецепторов сетчатки глаза свидетельствует о перспективе использования спирулины для профилактики и терапии повреждений сетчатки глаза и прогрессирования заболеваний, таких как возрастная макулярная дегенерация [58].

Мезенхимальные стволовые клетки широко используются для лечения многих заболеваний, в том числе для восстановления повреждений костей. Установлено активирующее влияние белков, белковых лизатов и пептидных фракций, выделенных из спирулины, на пролиферацию и остеогенную дифференцировку человеческих амниотических мезенхимальных стволовых клеток [59]. Исследование invitro подтверждает эффективность применения экстракта спирулины в качестве антиоксиданта, антимикробного и ростового фактора для усиления пролиферации мезенхимальных стволовых клеток, полученных из костного мозга крыс [60].

Заключение

Спирулина широко используется в качестве пищевого ингредиента, обладающего высокой пищевой ценностью. Актуальность применения спирулины в клинике возросла в связи с накоплением результатов научных исследований invitro и invivo биологически активных веществ цианобактерии, подтверждающих их иммуномодулирующее, антиоксидантное, противовоспалительное, противовирусное, антиканцерогенное, гипогликемическое и гиполипидемическое действие. Таким образом, имеется значительный потенциал для расширения клинических исследований по применению инновационных пищевых продуктов направленной эффективности, включающих спирулину и/или ее биологически активные вещества, в качестве функциональных пищевых ингредиентов.

References

1. Maddiboyina B., Vanamamalai H.K., Roy H., Ramaiah C., Gandhi S., Kavisri M., et al. Food and drug industry applications of microalgae Spirulina platensis: a review. J Basic Microbiol. 2023; 63 (6): 573–83. DOI: https://doi.org/10.1002/jobm.202200704
2. Spínola M.P., Mendes A.R., Prates J.A.M. Chemical composition, bioactivities, and applications of Spirulina (Limnospira platensis) in food, feed, and medicine. Foods. 2024; 13 (22): 3656. DOI: https://doi.org/10.3390/foods13223656
3. Valente L.M.P., Cabrita A.R.J., Maia M.R.G., Valente I.M., Engrola S., Fonseca A.J.M., et al. Chapter 9. Microalgae as feed ingredients for livestock production and aquaculture. In: C.M. Galanakis (ed.). Microalgae: Cultivation, Recovery of Compounds and Applications. Academic Press, 2021: 239–312. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-821218-9.00009-8 ISBN: 9780128212189.
4. Anvar A.A., Nowruzi B. Bioactive properties of Spirulina: a review. Microb Bioact. 2021; 4 (1): 134–42. DOI: https://doi.org/10.25163/microbbioacts.412117B0719110521
5. Calella P., Cerullo G., Di Dio M., Liguori F., Di Onofrio V., Galle F., et al. Antioxidant, anti-inflammatory and immunomodulatory effects of spirulina in exercise and sport: a systematic review. Front Nutr. 2022; 9: 1048258. DOI: https://doi.org/10.3389/fnut.2022.1048258
6. Ai X., Yu P., Li X., Lai X., Yang M., Liu F., et al. Polysaccharides from Spirulina platensis: Extraction methods, structural features and bioactivities diversity. Int J Biol Macromol. 2023; 231: 123211. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123211
7. Shipelin V.A., Kholina A.V., Zamyatina A.V., Mazo V.K., Nikityuk D.B. The effect of phycocyanins from Arthrospira platensis on the efficacy of immunization with an anti-coronavirus vaccine in vivo. Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2025; 94 (1): 118–30. DOI: https://doi. org/10.33029/0042-8833-2025-94-1-118-130 (in Russian)
8. AlFadhly N.K.Z., Alhelfi N., Altemimi A.B., Verma D.K., Cacciola F., Narayanankutty A. trends and technological advancements in the possible food applications of Spirulina and their health benefits: a review. Molecules. 2022; 27 (17): 5584. DOI: https://doi.org 10.3390/molecules27175584
9. Spínola M.P., Costa M.M., Prates J.A.M. Digestive constraints of Arthrospira platensis in poultry and swine feeding. Foods. 2022; 11: 2984. DOI: https://doi.org/10.3390/foods11192984
10. Bortolini D.G., Maciel G.M., Fernandes I.A.A., Pedro A.C., Rubio F.T.V., Branco I.G., et al. Functional properties of bioactive compounds from Spirulina spp.: current status and future trends. Food Chem Mol Sci. 2022; 5: 100134. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fochms.2022.100134
11. Chen W., Xu J., Yu Q., Yuan Z., Kong X., Sun Y., et al. Structural insights reveal the effective Spirulina platensis cell wall dissociation methods for multi-output recovery. Bioresour Technol. 2020; 300: 122628. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122628
12. Chaiklahan R., Chirasuwan N., Srinorasing T., Attasat S., Nopharatana A., Bunnag B. Enhanced biomass and phycocyanin production of Arthrospira (Spirulina) platensis by a cultivation management strategy: light intensity and cell concentration. Bioresour Technol. 2022; 343: 126077. DOI: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.126077
13. Janda-Milczarek K., Szymczykowska K., Jakubczyk K., Kupnicka P., Skonieczna-Żydecka K.B., et al. Spirulina supplements as a source of mineral nutrients in the daily diet. Appl Sci. 2023; 13: 1011. DOI: https://doi.org/10.3390/app13021011
14. Sinetova M.A., Kupriyanova E.V., Los D.A. Spirulina/Arthrospira/Limnospira – three names of the single organism. Foods. 2024; 13 (17): 2762. DOI: https://doi.org/10.3390/foods13172762
15. Liestianty D., Rodianawat I., Arfah R.A., Assa A., Patimah, Sundari, et al. Nutritional analysis of Spirulina sp. to promote as superfood candidate. In: Proceedings of the IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Semarang, Indonesia, 2019; 509: 012031. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/509/1/012031
16. Moradi S., Foshati S., Poorbaferani F., Talebi S., Bagheri R., Amirian P., et al. The effects of spirulina supplementation on serum iron and ferritin, anemia parameters, and fecal occult blood in adults with ulcerative colitis: a randomized, double-blinded, placebo-controlled trial. Clin Nutr ESPEN. 2023; 57: 755–63. DOI: https://doi.org/10.1016/j. clnesp.2023.08.019
17. Singh D.P., Prabha R., Verma S., Meena K.K., Yandigeri M. Antioxidant properties and polyphenolic content in terrestrial cyanobacteria. 3 Biotech. 2017; 7 (2): 134. DOI: https://doi.org/10.1007/s13205-017-0786-6 Epub 2017 Jun 8.
18. Guldas M., Ziyanok-Demirtas S., Sahan Y., Yildiz E., Gurbuz O. Antioxidant and anti-diabetic properties of Spirulina platensis produced in Turkey. Food Sci Technol. 2020; 41: 615–25. DOI: https://doi.org/10.1590/fst.23920
19. Grover P., Bhatnagar A., Kumari N., Narayan Bhatt A., Kumar Nishad D., Purkayastha J. C-Phycocyanin – a novel protein from Spirulina platensis – in vivo toxicity, antioxidant and immunomodulatory studies. Saudi J Biol Sci. 2021; 28 (3): 1853–9. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.12.037
20. Silva N.C., Graton I.S., Duarte C.R., Barrozo M.A.S. Effects of infrared and microwave radiation on the bioactive compounds of microalga Spirulina platensis after continuous and intermittent drying. Molecules. 2023; 28: 5963. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules28165963
21. Fais G., Manca A., Bolognesi F., Borselli M., Concas A., Busutti M., et al. Wide range applications of Spirulina: from earth to space missions. Mar Drugs. 2022; 20 (5): 299. DOI: https://doi.org/10.3390/md20050299
22. Naeini F., Zarezadeh M., Mohiti S., Tutunchi H., Ebrahimi Mamaghani M., Ostadrahimi A. Spirulina supplementation as an adjuvant therapy in enhancement of antioxidant capacity: a systematic review and meta-analysis of controlled clinical trials. Int J Clin Pract. 2021; 75: e14618. DOI: https://doi.org/10.1111/ijcp.14618
23. Finamore A., Palmery M., Bensehaila S., Peluso I. Antioxidant, immunomodulating, and microbial-modulating activities of the sustainable and ecofriendly Spirulina. Oxid Med Cell Longev. 2017; 2017: 3247528. DOI: https://doi.org/10.1155/2017/3247528
24. Mao T.K., van de Water J., Gershwin M.E. Effects of a Spirulina-based dietary supplement on cytokine production from allergic rhinitis patients. J Med Food. 2005; 8: 27–30. DOI: https://doi.org/10.1089/jmf.2005.8.27
25. Carbone D.A., Pellone P., Lubritto C., Ciniglia C. Evaluation of microalgae antiviral activity and their bioactive compounds. Antibiotics. 2021; 10: 746. DOI: https://doi.org/10.3390/antibiotics10060746
26. Ratha S.K., Renuka N., Rawat I., Bux F. Prospective options of algae-derived nutraceuticals as supplements to combat COVID-19 and human coronavirus diseases. Nutrition. 2021; 83: 111089. DOI: https://doi.org/10.1016/j.nut.2020.111089
27. Abd El-Baky H.H., El-Baroty G.S. Spirulina maxima L-asparaginase: immobilization, antiviral and antiproliferation activities. Recent Pat Biotechnol. 2020; 14 (2): 154–63. DOI: https://doi.org/10.2174/1872208313666191114151344
28. Abdel-Moneim A.-M.E., Shehata A.M., Selim D.A., El-Saadony M.T., Mesalam N.M., Saleh A.A. Spirulina platensis and biosynthesized selenium nanoparticles improve performance, antioxidant status, humoral immunity and dietary and ileal microbial populations of heat-stressed broilers. J Therm Biol. 2022; 104: 103195. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2022.103195
29. Alshuniaber M.A., Krishnamoorthy R., AlQhtani W.H. Antimicrobial activity of polyphenolic compounds from Spirulina against food-borne bacterial pathogens. Saudi J Biol Sci. 2021; 28 (1): 459–64. DOI: https://doi.org/10.1016/j.sjbs.2020.10.029
30. Cai B., Zhao X., Luo L., Wan P., Chen H., Pan J. Structural characterization, and in vitro immunostimulatory and antitumor activity of an acid polysaccharide from Spirulina platensis. Int J Biol Macromol. 2022; 196: 46–53. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2021.12.062
31. Wu X., Liu Z., Liu Y., Yang Y., Shi F., Cheong K.L., et al. Immunostimulatory effects of polysaccharides from spirulina platensis in vivo and vitro and their activation mechanism on RAW246.7 macrophages. Mar Drugs. 2020; 18 (11): 538. DOI: https://doi.org/10.3390/md18110538
32. Wu Q., Liu L., Miron A., Klímová B., Wan D., Kuča K. The antioxidant, immunomodulatory, and anti‑inflammatory activities of Spirulina: an overview. Arch Toxicol. 2016; 90 (8): 1817–40. DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-016-1744-5
33. Gromek W., Kołdej N., Kurowski M., Majsiak E. Spirulina (Arthrospira platensis): antiallergic agent or hidden allergen? A literature review. Foods. 2024; 13: 1052. DOI: https://doi.org/10.3390/foods13071052
34. Bax C.E., Chakka S., Concha J.S., Zeidi M., Werth V.P. The effects of immunostimulatory herbal supplements on autoimmune skin diseases. J Am Acad Dermatol. 2021; 84 (4): 1051–8. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jaad.2020.06.037
35. Martins T., Barros A.N., Rosa E., Antunes L. Enhancing health benefits through chlorophylls and chlorophyll-rich agro-food: a comprehensive review. Molecules. 2023; 28: 5344. DOI: https://doi.org/10.3390/molecules28145344
36. Biryulina N.A., Mazo V.K., Bagryantseva O.V. Phycocyanins of Arthrospira platensis: prospects for use in specialized food products (brief review) Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (6): 3–36. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022-91-6-30-36 (in Russian)
37. Yousefi R., Saidpour A., Mottaghi A. The effects of Spirulina supplementation on metabolic syndrome components, its liver manifestation and related inflammatory markers: a systematic review. Complement Ther Med. 2019; 42: 137–44. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ctim.2018.11.013
38. Li Y. The bioactivities of phycocyanobilin from Spirulina. J Immunol Res. 2022; 2022: 4008991. DOI: https://doi.org/10.1155/2022/4008991
39. Jiang P., Meng J., Zhang L., Huang L., Wei L., Bai Y., et al. Purification and anti-inflammatory effect of selenium-containing protein fraction from selenium-enriched Spirulina platensis. Food Biosci. 2022; 45: 101469. DOI: https://doi.org/10.1016/j.fbio.2021.101469
40. Tajvidi E., Nahavandizadeh N., Pournaderi M., Pourrashid A.Z., Bossaghzadeh F., Khoshnood Z. Study the antioxidant effects of blue-green algae Spirulina extract on ROS and MDA production in human lung cancer cells. Biochem Biophys Rep. 2021; 28: 101139. DOI: https://doi.org/ DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrep.2021.101139
41. Subramaiam H., Chu W.L., Radhakrishnan A.K., Chakravarthi S., Selvaduray K.R., Kok Y.Y. Evaluating anticancer and immunomodulatory effects of Spirulina (Arthrospira) platensis and gamma-tocotrienol supplementation in a syngeneic mouse model of breast cancer. Nutrients. 2021; 13: 2320. DOI: https://doi.org/10.3390/nu13072320
42. Fernandes R., Campos J., Serra M., Fidalgo J., Almeida H., Casas A., et al. Exploring the benefits of phycocyanin: from Spirulina cultivation to its widespread applications. Pharmaceuticals. 2023; 16: 592. DOI: https://doi.org/10.3390/ph16040592
43. Jiang L., Wang Y., Yin Q., Liu G., Liu H., Huang Y., et al. Phycocyanin: a potential drug for cancer treatment. J Cancer. 2017; 8: 3416–29. DOI: https://doi.org/10.7150/jca.21058
44. Silva M.R.O. da, Silva G.M. da, Silva A.L. da, Lima L.R. da, Bezerra R.P., Marques D.A. da. Bioactive compounds of Arthrospira spp. (Spirulina) with potential anticancer activities: a systematic review. ACS Chem Biol. 2021; 16: 2057–67. DOI: https://doi.org/10.1021/acschembio.1c00568
45. Torres-Duran P.V., Ferreira-Hermosillo A., Juarez-Oropeza M.A. Antihyperlipemic and antihypertensive effects of Spirulina maxima in an open sample of Mexican population: a preliminary report. Lipids Health Dis. 2007; 6: 33. DOI: https://doi.org/10.1186/1476-511X-6-33
46. Prete V., Abate A.C., Di Pietro P., De Lucia M., Vecchione C., Carrizzo A. Beneficial effects of Spirulina supplementation in the management of cardiovascular diseases. Nutrients. 2024; 16: 642. DOI: https://doi.org/10.3390/nu16050642
47. Mazo V.K., Biryulina N.A., Sidorova Yu.S. Arthrospira platensis: antioxidant, hypoglycemic and hypolipidemic effects in vitro and in vivo (short review). Voprosy pitaniia [Problems of Nutrition]. 2022; 91 (4): 19–25. DOI: https://doi.org/10.33029/0042-8833-2022- 91-4-19-25 (in Russian)
48. Moradi-Kor N., Ghanbari A., Rashidipour H., Bandegi A.R., Yousefi B., Barati M., et al. Therapeutic effects of spirulina platensis against adolescent stress-induced oxidative stress, brain-derived neurotrophic factor alterations and morphological remodeling in the amygdala of adult female rats. J Exp Pharmacol. 2020; 12: 75. DOI: https://doi.org/10.2147/JEP.S237378
49. Sinha S., Patro N., Tiwari P., Patro I.K. Maternal Spirulina supplementation during pregnancy and lactation partially prevents oxidative stress, glial activation and neuronal damage in protein malnourished F1 progeny. Neurochem Int. 2020; 141: 104877. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuint.2020.104877
50. Hannan M.A., Dash R., Haque M.N., Mohibbullah M., Sohag A.A.M., Rahman M.A., et al. Neuroprotective potentials of marine algae and their bioactive metabolites: pharmacological insights and therapeutic advances. Mar Drugs. 2020; 18: 347. DOI: https://doi.org/10.3390/md18070347
51. Morais L.H., Schreiber H.L., Mazmanian S.K. The gut microbiota-brain axis in behaviour and brain disorders. Nat Rev Microbiol. 2021; 19 (4): 241–55. DOI: https://doi.org/10.1038/s41579-020-00460-0
52. Sorrenti V., Castagna D.A., Fortinguerra S., Buriani A., Scapagnini G., Willcox D.C. Spirulina microalgae and brain health: a scoping review of experimental and clinical evidence. Mar Drugs. 2021; 19: 293. DOI: https://doi.org/10.3390/md19060293
53. Lima F.A.V., Joventino I.P., Joventino F.P., de Almeida A.C., Neves K.R.T., do Carmo M.R. Neuroprotective activities of Spirulina platensis in the 6-OHDA model of Parkinson’s disease are related to its anti-inflammatory effects. Neurochem Res. 2017; 42: 3390–400. DOI: https://doi.org/10.1007/s11064-017-2379-5
54. Thaakur S., Sravanthi R. Neuroprotective effect of Spirulina in cerebral ischemia-reperfusion injury in rats. J Neural Transm (Vienna). 2010; 117 (9): 1083–91. DOI: https://doi.org/10.1007/s00702-010-0440-5
55. Pentón-Rol G., Marín-Prida J., McCarty M.F. C-Phycocyanin-derived phycocyanobilin as a potential nutraceutical approach for major neurodegenerative disorders and COVID-19-induced damage to the nervous system. Curr Neuropharmacol. 2021; 19 (12): 2250–75. DOI: https://doi.org/10.2174/1570159X19666210408123807
56. Memije-Lazaro I.N., Blas-Valdivia V., Franco-Colín M., Cano-Europa E. Arthrospira maxima (Spirulina) and C-phycocyanin prevent the progression of chronic kidney disease and its cardiovascular complications. J Funct Foods. 2018; 43: 37–43. DOI: https://doi.org/10.1016/j. jff.2018.01.013
57. Wang P., Chin E.K., Almeida D. Antioxidants for the treatment of retinal disease: summary of recent evidence. Clin Ophthalmol. 2021; 15: 1621–8. DOI: https://doi.org/10.2147/OPTH.S307009
58. Okamoto T., Kawashima H., Osada H., Toda E., Homma K., Nagai N., et al. Dietary Spirulina supplementation protects visual function from photostress by suppressing retinal neurodegeneration in mice. Transl Vis Sci Technol. 2019; 8 (6): 20. DOI: https://doi.org/10.1167/tvst.8.6.20
59. Moradi F., Hadavi M., Aghamaali M.R., Fallah S.F. Beneficial effects of bioactive peptides extracted from Spirulina platensis and Gracilaria gracilis algae on bone regeneration/osteogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Tissue Cell. 2024; 89: 102430. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tice.2024.102430
60. Saberian M., Delshad E.S. The role of Spirulina platensis on the proliferation of rat bone marrow-derived mesenchymal stem cells. Iran J Microbiol. 2023; 15 (1): 111–20. DOI: https://doi.org/10.18502/ijm.v15i1.11925

All articles in our journal are distributed under the CC BY-NC-ND 4.0 (Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International)

© GEOTAR-Media Publishing Group. The use of textual and illustrative content from this publication for the training of any artificial intelligence systems - including machine learning models and neural networks - is strictly prohibited without the prior written consent of the copyright holder.