DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-44503-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41927735
تاريخ النشر: 2026-04-02
المؤلف: Amira Mohamed Abu-Resha وآخرون
الموضوع الرئيسي: المركبات الحيوية المستخلصة من الطحالب
نظرة عامة
تدرس الدراسة استخراج وتصنيف البوليسكاريدات الحيوية السلفونية، وبشكل خاص الألوفان المستمد من الطحالب الخضراء *Ulva lactuca*. تم تحسين عملية الاستخراج عن طريق ضبط معايير مثل درجة الحرارة، ودرجة الحموضة، ومدة الاستخراج، وتركيز المذيب، مما أسفر عن أقصى عائد قدره 23.33 ± 0.28%. تم تصنيف الألوفان المستخرج (المشار إليه بـ ULU) باستخدام تقنيات تحليلية متنوعة، بما في ذلك مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والتحليل الحراري الوزني (TGA)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والكروماتوغرافيا السائلة عالية الأداء (HPLC)، ومطيافية الأشعة السينية المشتتة بالطاقة (EDX). ومن الجدير بالذكر أن الهرموز تم تحديده كعنصر السكر السائد، حيث ساهم بـ 14.10 ميكروغرام/غرام من الوزن الجاف، بينما تم قياس محتوى الكبريتات عند 35.35 ± 0.25%.
أظهرت اختبارات النشاط الحيوي أن ULU يظهر خصائص مضادة للسرطان بشكل ملحوظ، خاصة ضد خلايا سرطان البنكرياس (Panc-1) بتركيز 1000 ميكروغرام/مل. تشير هذه النتائج إلى أن ULU لا يتمتع فقط بإمكانية كخيار علاج فعال للسرطان، بل قد يعمل أيضًا كبديل طبيعي لمضادات الأكسدة الكيميائية. توصي الدراسة بمزيد من البحث لتعزيز فعالية ULU المضادة للفيروسات، ربما من خلال تحسين الجرعة واستكشاف التأثيرات التآزرية مع عوامل علاجية أخرى.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الإمكانات الكبيرة للطحالب البحرية، وخاصة الطحالب الكبيرة، كمصدر لمصافي البيو المستقبلية. تصنف الطحالب الكبيرة إلى أنواع خضراء وحمراء وبنية، مع التركيز على الطحالب الخضراء من شعبة الكلوروفايتا، وبشكل خاص *Ulva lactuca*. هذه الأنواع معروفة بكتلتها الحيوية العالية وتركيبتها البيولوجية الفريدة، وخاصة مستوياتها المرتفعة من البوليسكاريدات في جدار الخلية، مثل الألوفان، الذي يشكل 9-36% من وزنها الجاف. يختلف تركيب الألوفان بناءً على عدة عوامل، بما في ذلك موسم الحصاد وطرق الاستخراج، ويُعترف به لنشاطه البيولوجي الفعال.
تناقش المقدمة أيضًا القضية الصحية الملحة للسرطان، وخاصة سرطان البنكرياس (PDAC)، الذي من المتوقع أن يصبح سببًا رئيسيًا للوفيات المرتبطة بالسرطان في الولايات المتحدة بحلول عام 2030. تؤكد الحاجة إلى مركبات مضادة للأورام جديدة ذات سمية منخفضة، حيث يمكن أن تتفاقم العمليات المسرطنة التقليدية بسبب التعرض للعوامل الكيميائية. تختتم هذه الفقرة بالإشارة إلى الاهتمام بالبوليسكاريدات السلفونية، مثل الألوفان، المستمدة من الطحالب، والتي قد تقدم خصائص مضادة للسرطان واعدة وتساهم في التخفيف من الإجهاد التأكسدي، وهو عامل مرتبط بمختلف الأمراض وعملية الشيخوخة.
طرق
توضح القسم التجريبي من ورقة البحث المنهجيات المستخدمة للتحقيق في الأسئلة البحثية المطروحة. يتناول تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المواد، وإعداد الأجهزة، والبروتوكولات المتبعة لضمان قابلية التكرار وموثوقية النتائج. يتم إعطاء اهتمام خاص للمتغيرات الضابطة والأساليب الإحصائية المستخدمة في تحليل البيانات، والتي تعتبر حاسمة للتحقق من النتائج.
بالإضافة إلى ذلك، قد يصف القسم حجم العينة ومعايير اختيار المشاركين، إذا كان ذلك مناسبًا، بالإضافة إلى أي اعتبارات أخلاقية تم أخذها في الاعتبار خلال عملية التجربة. من المتوقع أن تسهم النتائج المستمدة من هذه التجارب بشكل كبير في فهم الظواهر قيد الدراسة، مما يوفر إطارًا قويًا للتحليل والنقاش اللاحقين.
نتائج
في هذه الدراسة، تم استخراج الألوفان بنجاح باستخدام طريقة الماء الساخن تليها ترسيب الإيثانول، مما أسفر عن 23.33 ± 0.28% من 30 غرامًا من مسحوق الطحالب. تم تحديد ظروف الاستخراج المثلى عند 120 درجة مئوية لمدة 50 دقيقة عند درجة حموضة 4.5، مع نسبة 1:30 من مسحوق الطحالب إلى الماء. هذا العائد أعلى بكثير من التقارير السابقة، وبشكل خاص ضعف ما ذكره بينسوييدان وآخرون. كشفت التركيبة الكيميائية للألوفان المستخرج عن تركيز حمض يورونيك قدره 5.19 ميكروغرام/مل ومحتوى كبريتات قدره 35.35 ± 0.25%، وكلاهما أكبر بكثير من تلك المبلغ عنها في الدراسات السابقة، مما يشير إلى تعزيز إمكانات النشاط الحيوي.
بينما يمكن أن تؤدي تقنيات الاستخراج المتقدمة مثل الاستخراج بمساعدة الميكروويف (MAE) والاستخراج بمساعدة الموجات فوق الصوتية (UAE) إلى كميات أكبر من الألوفان، فإنها تتطلب معدات متخصصة وقد تعرض المركبات الحساسة للتدهور. بالمقابل، تبرز طريقة الاستخراج بالماء الساخن المستخدمة في هذا البحث كنهج أبسط وفعال من حيث التكلفة وقابل للتكرار، مما يجعلها مناسبة للإنتاج على نطاق واسع. بالإضافة إلى ذلك، تم قياس محتوى السكر الكلي (TSC) عند 42.74 ± 0.32%، مما يبرز جودة الألوفان المستخرج مقارنة بالنتائج السابقة.
نقاش
تسلط قسم النقاش في ورقة البحث الضوء على الحاجة الملحة لوكلاء مضادين للفيروسات مبتكرين بسبب التوافر المحدود للأدوية المضادة للفيروسات المحددة لمختلف العدوى الفيروسية. تركز الدراسة على استخراج وتحسين وتصنيف الألوفان، وهو بوليسكاريد سلفوني من *Ulva lactuca*، والذي يظهر أنشطة بيولوجية واعدة، بما في ذلك تأثيرات مضادة للسرطان ضد خلايا سرطان البنكرياس Panc-1 وخصائص مضادة للأكسدة. تشير النتائج إلى أن الألوفان يمكن أن يعمل كعامل علاجي طبيعي في علاج السرطان، والعلاج بمضادات الأكسدة، وربما التطبيقات المضادة للفيروسات، مما يساهم في التقدمات المستقبلية في الطب الحيوي والصيدلاني.
شملت عملية استخراج الألوفان عدة خطوات، بما في ذلك إزالة الصبغة، والاستخراج بالماء الساخن تحت ظروف متغيرة، وتقنيات التنقية اللاحقة. كشفت التحليلات الكيميائية عن محتوى كبريتات كبير، وتركيب السكر الكلي، ومستويات الرطوبة، مما يشير إلى الطبيعة المحبة للماء للبوليسكاريد. أكدت تقنيات التصنيف مثل HPLC وFTIR وXRD وTGA على سلامة الهيكل والاستقرار الحراري للألوفان، بينما أظهرت اختبارات السمية الخلوية تأثيرًا مثبطًا يعتمد على الجرعة على خلايا Panc-1، مع قيمة IC₅₀ قدرها 123.51 ± 10.95 ميكروغرام/مل. بالإضافة إلى ذلك، أظهر الألوفان نشاطًا كبيرًا مضادًا للأكسدة، مع IC₅₀ قدره 263.73 ± 9.41 ميكروغرام/مل، ونشاطًا مضادًا للفيروسات معتدلًا ضد فيروس التهاب الكبد A، مما يشير إلى إمكاناته كتركيبة حيوية متعددة الوظائف.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-026-44503-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41927735
Publication Date: 2026-04-02
Author(s): Amira Mohamed Abu-Resha et al.
Primary Topic: Seaweed-derived Bioactive Compounds
Overview
The study investigates the extraction and characterization of bioactive sulfated polysaccharides, specifically ulvan derived from the green algae *Ulva lactuca*. The extraction process was optimized by adjusting parameters such as temperature, pH, extraction time, and solvent concentration, resulting in a maximum yield of 23.33 ± 0.28%. The extracted ulvan (referred to as ULU) was characterized using various analytical techniques, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), High-Performance Liquid Chromatography (HPLC), and Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX). Notably, rhamnose was identified as the predominant sugar component, contributing 14.10 µg/g of dried weight, while the sulfate content was measured at 35.35 ± 0.25%.
The bioactivity assays demonstrated that ULU exhibits significant anticancer properties, particularly against pancreatic cancer cells (Panc-1) at a concentration of 1000 µg/ml. These findings suggest that ULU not only has potential as a viable treatment option for cancer but may also serve as a natural alternative to chemical antioxidants. The study recommends further research to enhance ULU’s antiviral efficacy, potentially through dosage optimization and the exploration of synergistic effects with other therapeutic agents.
Introduction
The introduction highlights the significant potential of saltwater algae, particularly macroalgae, as a resource for next-generation biorefineries. It categorizes macroalgae into green, red, and brown types, with a focus on the green algae from the Chlorophyta phylum, specifically Ulva lactuca. This species is notable for its high biomass and unique biological composition, particularly its elevated levels of cell wall polysaccharides, such as ulvan, which constitutes 9-36% of its dry weight. Ulvan’s composition varies based on several factors, including harvest season and extraction methods, and it is recognized for its effective biological activity.
The introduction also addresses the pressing health issue of cancer, particularly pancreatic cancer (PDAC), which is projected to become a leading cause of cancer-related deaths in the U.S. by 2030. It emphasizes the need for novel antitumor compounds with minimal toxicity, as traditional carcinogenic processes can be exacerbated by exposure to chemical agents. The section concludes by noting the interest in sulfated polysaccharides, such as ulvan, derived from algae, which may offer promising anticarcinogenic properties and contribute to mitigating oxidative stress, a factor implicated in various diseases and the aging process.
Methods
The experimental section of the research paper outlines the methodologies employed to investigate the research questions posed. It details the design of the experiments, including the selection of materials, the setup of apparatus, and the protocols followed to ensure reproducibility and reliability of results. Specific attention is given to the control variables and the statistical methods used for data analysis, which are crucial for validating the findings.
Additionally, the section may describe the sample size and the criteria for participant selection, if applicable, as well as any ethical considerations taken into account during the experimentation process. The results derived from these experiments are expected to contribute significantly to the understanding of the phenomena under study, providing a robust framework for subsequent analysis and discussion.
Results
In this study, ulvans were successfully extracted using a hot-water method followed by ethanol precipitation, yielding 23.33 ± 0.28% from 30 g of algal powder. The optimal extraction conditions were determined to be 120 °C for 50 minutes at a pH of 4.5, with a 1:30 ratio of algal powder to water. This yield is notably higher than previous reports, specifically double that of Binsuwaidan et al. The extracted ulvan’s chemical composition revealed a uronic acid concentration of 5.19 µg/mL and a sulfate content of 35.35 ± 0.25%, both of which are significantly greater than those reported in earlier studies, indicating enhanced bioactivity potential.
While advanced extraction techniques like microwave-assisted extraction (MAE) and ultrasound-assisted extraction (UAE) can yield higher amounts of ulvan, they necessitate specialized equipment and may risk degrading sensitive compounds. In contrast, the hot-water extraction method employed in this research is highlighted as a simpler, cost-effective, and reproducible approach, making it suitable for large-scale production. Additionally, the total sugar content (TSC) was measured at 42.74 ± 0.32%, further emphasizing the superior quality of the extracted ulvan compared to previous findings.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the urgent need for innovative antiviral agents due to the limited availability of specific antiviral drugs for various viral infections. The study focuses on the extraction, optimization, and characterization of ulvan, a sulfated polysaccharide from *Ulva lactuca*, which exhibits promising biological activities, including anticancer effects against Panc-1 pancreatic cancer cells and antioxidant properties. The findings suggest that ulvan could serve as a natural therapeutic agent in cancer treatment, antioxidant therapy, and potentially antiviral applications, thus contributing to future biomedical and pharmaceutical advancements.
The extraction process of ulvan involved multiple steps, including de-pigmentation, hot water extraction under varying conditions, and subsequent purification techniques. Chemical analyses revealed significant sulfate content, total sugar composition, and moisture levels, indicating the polysaccharide’s hydrophilic nature. Characterization techniques such as HPLC, FTIR, XRD, and TGA confirmed the structural integrity and thermal stability of ulvan, while cytotoxicity assays demonstrated a dose-dependent inhibitory effect on Panc-1 cells, with an IC₅₀ value of 123.51 ± 10.95 µg/mL. Additionally, ulvan exhibited considerable antioxidant activity, with an IC₅₀ of 263.73 ± 9.41 µg/mL, and moderate antiviral activity against Hepatitis A virus, suggesting its potential as a multifunctional bioactive compound.