Highlight

ซัลเฟตกาแลคแตนจากสาหร่ายแดง Gracilaria fisheri กระตุ้นการสร้างเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนโดยเพิ่มการแสดงออกของ Aggrecan, COL2A1 และยีน SOX9 ผ่านการกระตุ้นสัญญาณ integrin-β1/FAK/Akt ในเซลล์กระดูกอ่อนมนุษย์ นอกจากนี้ยังส่งเสริมการยึดเกาะและเพิ่มการแบ่งตัวของเซลล์ ชี้ให้เห็นศักยภาพของซัลเฟตกาแลคแตนในการพัฒนาเป็นสารธรรมชาติสำหรับฟื้นฟูกระดูกอ่อนในโรคข้อเข่าเสื่อม

ที่มาและความสำคัญ

โรคข้อเข่าเสื่อมเป็นภาวะเสื่อมเรื้อรังที่พบมากในผู้สูงอายุ เนื้อเยื่อกระดูกอ่อนในข้อต่อถูกทำลาย ส่งผลต่อการเคลื่อนไหวและคุณภาพชีวิต แนวทางการรักษาในปัจจุบันมุ่งบรรเทาอาการแต่ไม่สามารถฟื้นฟูเนื้อเยื่อที่สูญเสียได้อย่างแท้จริง จึงมีความจำเป็นต้องค้นหาสารชีวภาพที่สามารถกระตุ้นการสร้างกระดูกอ่อน งานวิจัยนี้มุ่งศึกษาซัลเฟตกาแลคแตนจากสาหร่ายแดง Gracilaria fisheri ซึ่งมีโครงสร้างคล้ายไกลโคซามิโนไกลแคนในเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนเพื่อประเมินศักยภาพในการส่งเสริมการสร้าง Aggrecan และ COL2A1 ในเซลล์กระดูกอ่อนมนุษย์ นำไปสู่การพัฒนาทางเลือกใหม่ในการฟื้นฟูเนื้อเยื่อกระดูกอ่อนสำหรับการรักษาโรคข้อเสื่อมในอนาคต

Abstract

Osteoarthritis (OA) is characterized by progressive cartilage degradation and limited tissue regeneration, commonly affecting older adults. Current treatment strategies mainly alleviate symptoms without effectively restoring cartilage integrity. Sulfated polysaccharides derived from marine algae have attracted attention for their potential biological effects in promoting cartilage repair. This study examined the chondrogenic activity of sulfated galactans (SG) isolated from the marine red alga Gracilaria fisheri in human C28/I2 chondrocytes, using transforming growth factor-beta 3 (TGF-β3) as a comparative control. SG treatment significantly increased the synthesis of essential cartilage extracellular matrix (ECM) components, such as type II collagen and aggrecan. These effects were mediated through the integrin β1/FAK/Akt signaling pathway, as demonstrated by reduced ECM synthesis following treatment with the Akt inhibitor, MK2206. Additionally, SG improved chondrocyte adhesion and proliferation. These results suggest that sulfated galactans from Gracilaria fisheri may support cartilage ECM synthesis and exhibit potential as biologically active components for osteoarthritis management.

KEYWORDS: Sulfated galactans, Chondrocytes, Type II collagen, ECM, Akt pathway, Integrin β1

Citation: Nambunruang B, Hemstapat R, Supokawej A, Kongchanagul A, Tawonsawatruk T, Wongprasert K. Bioactive sulfated galactans from Gracilaria fisheri promote chondrogenic activity via integrin-β1/FAK/Akt signaling in human chondrocytes. Int J Biol Macromol. 2025 Jun 17;319 (Pt 1):145322. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.145322

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

SDG Goal ที่เกี่ยวข้องอื่น ๆ

17. Partnerships for the goals

ผู้ให้ข้อมูล: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นายบุตรโต งามบุญเรือง
แหล่งทุนวิจัย: Fundamental Fund 67
Credit ภาพ: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
Webmaster: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิกุล

Highlight

งานวิจัยนี้ศึกษาศักยภาพของซัลเฟต กาแลคแทน (Sulfated Galactans, SG) จากสาหร่ายแดง Gracilaria fisheri ในการฟื้นฟูเซลล์ไฟโบรบลาสต์ผิวหนังมนุษย์ที่เสื่อมสภาพ พบว่า SG ช่วยเพิ่มการสร้างโครงสร้างนอกเซลล์ (ECM) เช่น คอลลาเจน อีลาสติน และกรดไฮยาลูโรนิก ลดการทำลาย ECM โดยเอนไซม์ MMPs และกระตุ้นการยับยั้งด้วย TIMPs ผลลัพธ์ชี้ให้เห็นว่า SG มีศักยภาพในการพัฒนาสารต้านความชราและฟื้นฟูผิวหนังอย่างมีประสิทธิภาพ

ที่มาและความสำคัญ

กระบวนการเสื่อมสภาพของเซลล์ไฟโบรบลาสต์ในผิวหนัง (Replicative senescence) เป็นกลไกหลักที่ทำให้เกิดความชราของผิวหนังตามธรรมชาติ โดยลักษณะของเซลล์ที่เข้าสู่กระบวนการนี้คือการเปลี่ยนแปลงรูปร่าง ลดการแบ่งตัวของเซลล์ ลดการเคลื่อนที่ และลดการสร้างโครงสร้างนอกเซลล์ (Extracellular Matrix, ECM) ซึ่งองค์ประกอบสำคัญของ ECM เช่น คอลลาเจน อีลาสติน และกรดไฮยาลูโรนิก มีบทบาทสำคัญในการรักษาความยืดหยุ่น ความชุ่มชื้น และความแข็งแรงของผิวหนัง

ซัลเฟต กาแลคแทน (Sulfated Galactans, SG) เป็นสารชีวโมเลกุลที่สกัดได้จากสาหร่ายทะเลสีแดง Gracilaria fisheri ซึ่งในงานวิจัยที่ผ่านมาได้มีการศึกษาคุณสมบัติเชิงชีวภาพหลายประการของ SG ที่เกี่ยวข้องกับการต้านการอักเสบและการฟื้นฟูเซลล์ งานวิจัยนี้จึงมีความสำคัญในการตรวจสอบศักยภาพของ SG ในการชะลอความชราและฟื้นฟูเซลล์ไฟโบรบลาสต์ที่เสื่อมสภาพด้วยการใช้แบบจำลองเซลล์ไฟโบรบลาสต์ผิวหนังมนุษย์ที่เข้าสู่กระบวนการเสื่อมสภาพ งานวิจัยพบว่า SG สามารถปรับปรุงการทำงานของเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เช่น การกระตุ้นการสร้าง ECM เพิ่มการเคลื่อนที่ของเซลล์ และลดการแสดงออกของเอนไซม์ที่ทำลาย ECM (MMPs) พร้อมเพิ่มสารยับยั้ง MMPs (TIMPs) ผลการวิจัยนี้ชี้ให้เห็นว่า SG อาจเป็นสารสำคัญที่ช่วยชะลอความชราของผิวหนังและมีศักยภาพในการพัฒนาเป็นสารรักษาเพื่อฟื้นฟูผิวและชะลอวัยในอนาคต

Abstract

Replicative senescence of dermal fibroblast is the primary mechanism of intrinsic skin aging. Recent research has focused on the different properties of sulfated galactans (SG) derived from the red seaweed Gracilaria fisheri. Therefore, we aimed to investigate the potential impact of SG on anti-aging skin. This study used a validated replicative senescent human dermal fibroblast (HDF) model. We observed that replicative senescent HDF cells exhibited remarkable changes in cell morphology, decreased cell proliferation, retarded migrating activity, and reduced extracellular matrix (ECM) production. Additionally, the replicative senescent HDF cells exhibited increased expression of cell cycle inhibitors p16 and p21. Our results demonstrated that SG is safe and effective in reversing these morphological and molecular alterations in senescent HDF cells. SG mediated enhanced ECM synthesis, including collagen, elastin, and hyaluronic acid (HA), and promoted cell migration by upregulating TGF-β1 and TLP gene expression. SG also reduced the expression of ECM breakdown enzymes MMP-1, MMP-2, MMP-3, and MMP-9 while increasing MMP inhibitors TIMP-1 and TIMP-2. These results indicate that SG effectively restores fibroblast function, contributing to decelerating the aging processes, supporting its potential as a therapeutic agent for skin rejuvenation and anti-aging treatments.

KEYWORDS: Fibroblast, Extracellular matrix, Skin aging, Replicative senescence, Sulfated galactans

Citation: Pratoomthai, B., Promthale, P., Gangnonngiw, W., Phumyoo, T., & Wongprasert, K. (2024). Sulfated galactans ameliorate the cellular senescence in dermal fibroblast cells. Journal of Agriculture and Food Research, 18, Article 101552. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101552

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
Credit ภาพ: ศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
เว็บมาสเตอร์: ว่าที่ ร.อ. นเรศ จันทรังสิกุล

การปรับขนาดสารสกัดซัลเฟต กาแลคแตนจากสาหร่ายผมนางให้มีขนาดเล็กลง เพิ่มหมู่ออคทาโนอิล (Octanoyl) และหมู่ซัลเฟต มีผลเพิ่มฤทธิ์การปิดบาดแผลในโมเดลบาดแผลเซลล์ไฟโบรบลาสและในหนูทดลอง

Mw: weight-average molecular weight; Mn: number-average molecular weight; Mz: z-average molecular weight; nd: not determined.

ที่มาและความสำคัญ

ในผู้สูงวัยกระบวนการซ่อมแซมบาดแผลจะเกิดขึ้นช้าลง กระบวนการหายของแผลที่ล่าช้ามีผลต่อการติดเชื้อและโรคแทรกซ้อนอื่นๆที่ตามมา อาจทำให้ถึงแก่ชีวิตได้ การใช้สารสกัดจากธรรมชาติที่ไม่เป็นพิษและมีฤทธิ์ทางเภสัชวิทยาเป็นทางเลือกหนึ่งในการนำมาใช้รักษาและเร่งกระบวนการสมานแผลได้ งานวิจัยนี้เพิ่มศักยภาพการปิดบาดแผลของสารซัลเฟต กาแลคแตน จากสาหร่ายผมนางโดยการเติมหมู่ออคทาโนอิล (Octanoyl) และหมู่ซัลเฟต และศึกษากลไกระดับเซลล์ในการเร่งการปิดปากแผลในโมเดลบาดแผลเซลล์ไฟโบรบลาสและในหนูทดลอง เพื่อประโยชน์นำมาประยุกต์ใช้เป็นสารสำคัญในการเร่งการสมานแผล

Abstract

Sulfated galactans (SG) isolated from Gracilaria fisheri is partially degraded (DSG), and subsequentially supplemented with octanoyl (DSGO) and sulfate (DSGS) groups. The molecular weights of DSG, DSGO, and DSGS are 7.87, 152.79, and 97.07 kDa, respectively. The modification is confirmed using FTIR and NMR, while in vitro wound healing activity is assessed using scratched wound fibroblasts. The results reveal that DSGO exhibits highest percentage of wound closure in scratched fibroblast L929 cells. Furthermore, DSGO is able to promote proliferation and accelerate migration of scratched fibroblasts, which correspond to the regulation of proteins and mRNA (Ki67, p-FAK, vimentin, and E-cadherin) determined by Western blotting and qPCR analysis. The superior wound healing activity of DSGO is also confirmed in excision wound of rats. The results demonstrate that DSGO significantly enhances the percentage of wound closure, re-epithelialization, and collagen arrangement, increases α-smoth muscle actin (α-SMA) and vimentin expression, and decreases that of tumor necrosis factor-α (TNF-α) at the wound site. The results suggest that degraded SG supplemented with medium-chain fatty acids of octanoyl group may pass through the membrane, subsequently activating the mediators associated with proliferation and migration of fibroblasts, which can potentially lead to the promotion of wound healing activity.

KEYWORDS: sulfated galactans, wound healing, octanoyl, sulfation, fibroblast, rat model

Citation: Rudtanatip T, Somintara S, Sakaew W, et al. Sulfated Galactans from Gracilaria fisheri with Supplementation of Octanoyl Promote Wound Healing Activity In Vitro and In Vivo. Macromol Biosci. 2022;22(12):e2200172. https://doi.org/10.1002/mabi.202200172

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
แหล่งทุนวิจัย: The Office of the Permanent Secretary, Ministry of Higher Education, Science, Research and Innovation (OPS MHESI), Thailand Science Research and Innovation (TSRI)(Grant No. RGNS 64-044), the National Research Council of Thailand (NRCT)(Grant No. N42A650206), and the Université de Picardie Jules Verne.
Credit ภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ

Fig. 1. A schematic diagram showing the proposed protection of S-SG from sodium oxalate induced HK-2 cell damage. S-SG, which is due to high sulfate groups, possibly interacts with oxalate crystal surface, reduces cell–oxalate crystal interaction, and subsequently decreases HK-2 cell damage. Furthermore, S-SG also decreases expression of caspase-3 and increases expression of BCL-2, resulting in reduced cell damage induced by sodium oxalate crystals (created with BioReder.com).

Fig. 2. The effects of G. fisheri N-SG and its derivatives on (a) nucleation inhibition and (b) aggregation inhibition of calcium oxalate crystal formation. * indicates values significantly different from control.

Fig. 3. The morphology of HK-2 cells treated with a mixture of S-SG and NaOX. Bar = 400 um; * indicates values significantly different from control (p < 0.05).

Highlight

การปรับขนาดสารสกัดซัลเฟต กาแลคแตนจากสาหร่ายผมนางให้เล็กลงและเพิ่มหมู่ซัลเฟตมีผลเพิ่มฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ป้องกันการอิ่มตัวและตกผลึกนิ่วแคลเซียมออกซาเลต และป้องกันการตายแบบอพอพโทซิสของเซลล์ท่อไตจากกระตุ้นด้วยสารออกซาเลต

ที่มาและความสำคัญ

ภาวะการมีอนุมูลอิสระสูงเหนี่ยวนำให้เกิดผลึกนิ่วออกซาเลตที่ท่อไตและการตายของเซลล์บุท่อไต สารยับยั้งการสร้างอนุมูลอิสระจะช่วยลดการตกตะกอนนิ่วและการบาดเจ็บเซลล์บุท่อไตได้ สารซัลเฟตโพลิแซคคาไรด์มีฤทธิ์ยับยั้งกระบวนการออกซิเดชัน ลดการเกิดอนุมูลอิสระ ซึ่งฤทธิ์ทางชีวภาพมีความสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลและโครงสร้างทางเคมี การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับลดขนาดของโครงสร้างสารซัลเฟตกาแลคแตนสกัดธรรมชาติจากสาหร่ายผมนาง และทดสอบศักยภาพฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ การลดการตกตะกอนนิ่ว และการยับยั้งการตายของเซลล์บุท่อไตจากสารออกซาเลต เพื่อใช้ประโยชน์สาหร่ายผมนางเป็นอาหารฟังก์ชันหรืออาหารทางการแพทย์

Abstract

Halymenia durvillei (HD), a marine red alga, is believed to have potentials for pharmacological, nutritional and cosmetic applications. However, such potentials are acceptable only when their extracts are devoid of any adverse effects on human health. No previous research has been conducted the toxicity and anti-oxidation capacity of HD. Thus, the aim of this work was to investigate toxicity and anti-oxidation activities of HD extracts. In this study, the toxicity and anti-oxidation capacity of 5 fractions of HD solvent extracts, i.e., ethanol (HDET), hexane (HDHE), ethyl acetate (HDEA), butanol (HDBU), and aqueous (HDAQ) were evaluated. The cytotoxicity was evaluated by MTT and LDH assays on 4 cell types, i.e., fibroblast, macrophage, hepatocyte and keratinocyte. The genotoxicity was evaluated by comet assay and micronucleus test using TK6 lymphoblastoid cell line. The anti-oxidation capacity was investigated by DPPH and ABTS assays. The toxicity studies showed that HDET, HDBU, HDAQ had very low to no toxicity as indicated by cytotoxicity and genotoxicity tests while HDEA, HDHE have some toxicity at high concentrations. HDAQ showed low antioxidant activity while HDET, HDEA, HDHE and HDBU possess relatively high antioxidant activity. Overall, our results indicated that HDET and HDAQ could be consumed as they are not toxic and HDHE, HDEA, and HDBU could be safely consumed at doses lower than 100 μg/mL. Further investigation using in vivo assays are needed to ensure the safety of HD extracts for animal and human consumptions.

KEYWORDS: sulfated galactans, sulfation, antioxidant, antiurolithiasis, sodium oxalate

Citation: Sakaew,W.; Phanphak, J.; Somintara, S.; Hipkaeo,W.; Wongprasert, K.; Kovensky, J.; Pariwatthanakun, C.; Rudtanatip, T. Increased Sulfation in Gracilaria fisheri Sulfated Galactans Enhances Antioxidant and Antiurolithiatic Activities and Protects HK-2 Cell Death Induced by Sodium Oxalate. Mar. Drugs 2022, 20, 382. https://doi.org/10.3390/md20060382

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
แหล่งทุนวิจัย: This research was supported by the Fundamental Fund of Khon Kaen University and the National Science, Research and Innovation Fund
Credit ภาพ: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ

Highlight:

การปรับโครงสร้างสารสกัดธรรมชาติซัลเฟตกาแลคแตน (NSG) จากสาหร่ายผมนางที่มีขนาดใหญ่ด้วยกรด trifluoroacetic acid ได้สารซัลเฟตกาแลคแตนที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก (LMSG) ที่มีหมู่เคมีออกฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงขึ้นและป้องกันการตายของเซลล์ไฟโบรบลาสต์จากการกระตุ้นด้วยสารกระตุ้น oxidative stress (H₂O₂ )

ที่มาและความสำคัญ

สาหร่ายสายพันธุ์ Gracilaria มีฤทธิ์สำคัญทางเภสัชวิทยาและใช้ปิดปากแผลเพื่อช่วยสมานแผลในการแพทย์แผนโบราณ ในการศึกษาครั้งนี้ศึกษาประสิทธิภาพในการปิดบาดแผลและกลไกการทำงานของสารซัลเฟตกาแลคแตนจากสาหร่ายผมนาง Gracilaria fisheri โดยศึกษาในเซลล์เพาะเลี้ยงไฟโบรบลาสต์

Abstract

Red alga Gracilaria species have been reported various to exhibit significant pharmacological activities. In this study, sulfated galactans (SG) from G. fisheri was investigated for its potential activity in wound healing using in vitro approach. L929 fibroblast cells were treated with different concentrations of SG and wound healing activity and collagen content determined. Expression of the specific mRNA transcripts and translated proteins was assessed. In a scratch wound healing culture, SG enhanced the rate of migration of the fibroblast cells, accompanied by increased expression of integrin β1, p-FAK, p-NF- κB, Ecadherin proteins, and the active form of MMP-2. In addition, SG increased expression of COL1A1 mRNA and protein and stimulated collagen production. In conclusion, this study demonstrates that SG from G. fisheri promotes would healing of fibroblasts, in part, through integrin-FAK and NF-κB-MMP signaling pathways. This suggests that SG could be a promising compound for further investigation of its potential on wound treatment.

KEYWORDS: Sulfated galactans, Red alga, Fibroblast, Wound healing, Collagen production

Citation: Choowadee Pariwatthanakun, Tawut Rudtanatip, Boonyakorn Boonsri, Benjamart Pratoomthai, and Kanokpan Wongprasert. In vitro evaluation of wound healing potential of sulfated galactans from red alga Gracilaria fisheri in fibroblast cells. Songklanakarin J. Sci. Technol. 2021, 43 (5):1374-81
DOI: 10.14456/sjst-psu.2021.179

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: Choowadee Pariwatthanakun
แหล่งทุนวิจัย:The National Research Council of Thailand (NRCT), The Central Instrument Facility (CIF) Grant, Faculty of Science, Mahidol University
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ

Highlight:

การปรับโครงสร้างสารสกัดธรรมชาติซัลเฟตกาแลคแตน (NSG) จากสาหร่ายผมนางที่มีขนาดใหญ่ด้วยกรด trifluoroacetic acid ได้สารซัลเฟตกาแลคแตนที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก (LMSG) ที่มีหมู่เคมีออกฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระสูงขึ้นและป้องกันการตายของเซลล์ไฟโบรบลาสต์จากการกระตุ้นด้วยสารกระตุ้น oxidative stress (H₂O₂ )

ที่มาและความสำคัญ

สารซัลเฟตโพลิแซคคาไรด์มีฤทธิ์ทางชีวภาพที่หลากหลาย เช่น การยับยั้งกระบวนการออกซิเดชัน ซึ่งฤทธิ์ทางชีวภาพมีความสัมพันธ์กับน้ำหนักโมเลกุลและโครงสร้างทางเคมี การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อปรับโครงสร้างสารซัลเฟตกาแลคแตนที่สกัดธรรมชาติจากสาหร่ายผมนาง (NSG) น้ำหนักโมเลกุล 217.45 kDa โดยการย่อยด้วยกรด trifluoroacetic acid (TFA) ที่มีความเข้มข้นต่าง ๆ กัน เพื่อเพิ่มศักยภาพฤทธิ์ต้านอนุมูลอิสระ ผลการย่อยด้วย TFA ได้สารซัลเฟตกาแลคแตนที่มีน้ำหนักโมเลกุลขนาดเล็ก (LMSG) แตกต่างกัน ได้แก่ 97.23, 62.26, 30.74, 2.63 และ 2.59 kDa การลดลงของน้ำหนักโมเลกุลสัมพันธ์เชิงบวกกับความเข้มข้นของกรด TFA ผลการวิเคราะห์โครงสร้างทางเคมีด้วยวิธี FTIR และ NMR บ่งชี้ว่าวิธีย่อยด้วยกรด TFA ไม่ได้เปลี่ยนแปลงสายโซ่หลักโพลิแซคคาไรด์ แต่ทำให้ได้ LMSG ที่มีหมู่เคมีที่มีศักยภาพจับกับอนุมูลอิสระได้ดีขึ้น  LMSG ขนาดเล็กออกฤทธิ์กระตุ้นกลุ่มเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระได้แก่ GSH, CAT และ SOD ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ได้ดีกว่า NSG จากการศึกษาระดับโมเลกุลพบว่า LMSG กระตุ้นเส้นทาง Nrf-2/ARE ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์และและมีผลเพิ่มการแสดงออกของยีนต้านอนุมูลอิสระ CAT และ SOD ซึ่งสอดคล้องกับผลการลดการสร้างอนุมูลอิสระ (ROS) จากการกระตุ้นด้วย H₂O₂

Abstract

Sulfated polysaccharides (SPs) possess an extensive range of biological activities, such as the inhibition of oxidation, correlated with their molecular weight (MW) and chemical structure. In this study, we used the trifluoroacetic acid (TFA) controlled degradation method to degrade sulfated galactans (SG) isolated from Gracilaria fisheri and evaluated the antioxidant and protective effects of the low molecular weight SG (LMSG) against H₂O₂ on fibroblast cells for the first time. Degradation of native SG (NSG) with an initial MW of 217.45 kDa using different concentrations of TFA resulted in five degraded NSG with MW of 97.23, 62.26, 30.74, 2.63, and 2.59 kDa. The reduction in MW was positively correlated with TFA concentrations. Chemical structure analyses using FTIR and NMR indicated that the TFA degradation process did not significantly change the LMSG polysaccharide main chain but did change the functional groups. LMSG exhibited higher scavenging activities and enhanced the cellular activities of GSH, CAT, and SOD enzymes. Moreover, LMSG activated Nrf-2/ARE signaling and increased expression of antioxidant genes CAT and SOD, which corresponded to increased protective effects against H₂O₂-induced ROS generation in fibroblast cells. The study reveals modification of NSG by acid TFA degradation resulted in the creation of LMSG, which showed greater antioxidant activity.

KEYWORDS: Sulfated galactans, TFA digestion, Antioxidant enzymes, ROS, Fibroblasts

Citation: Tawut Rudtanatip, Choowadee Pariwatthanakun, Somsuda Somintara, Waraporn Sakaew, Kanokpan Wongprasert. Structural characterization, antioxidant activity, and protective effect against hydrogen peroxide-induced oxidative stress of chemically degraded Gracilaria fisheri sulfated galactans. International Journal of Biological Macromolecules. 2022, 206: 51-63.
DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.02.125

RELATED SDGs:

SDG Goal หลัก ที่เกี่ยวข้อง

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund, the Royal Golden Jubilee Advanced Programme, No. RAP61K0006
ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ

Highlight:
สารซัลเฟตกาแลคแตนยับยั้งการเกิดการรวมตัวเป็นคู่ของตัวรับเอพิเดอร์มอลโกรทแฟคเตอร์รีเซ็บเตอร์และยับยั้งสัญญานโมเลกุลที่ควบคุมการเติบโตของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี การเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลระดับเซลล์คล้ายคลึงกับผลของยาต้านมะเร็ง Cetuximab การประยุกต์ใช้สารซัลเฟตกาแลคแตนเป็นยาเสริมยาต้านมะเร็งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาผู้ป่วยมะเร็งท่อน้ำดีและลดการใช้ยา cetuximab ซึ่งมีราคาสูง

ที่มาและความสำคัญ 
การศึกษาก่อนหน้าพบสารซัลเฟตกาแลคแตนออกฤทธิ์ยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดี (cholangiocarcinoma cells, CCA) โดยยับยั้งการกระตุ้นตัวรับ epidermal growth factor receptor (EGFR) คล้ายกับยา cetuximab ซึ่งเป็นยาเป้าหมายต่อตัวรับ EGFR การวิจัยครั้งนี้ศึกษาตำแหน่งการเกิดปฏิสัมพันธ์ของสารซัลเฟตกาแลคแตนกับโมเลกุลเป้าหมาย EGFR เทียบเคียงกับยา cetuximab ตรวจสอบฤทธิ์ต้านมะเร็งของสารทั้งสองโดยศึกษาผลต่อการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลในระดับเซลล์เดี่ยว (single cancer cell) และสัญญานโมเลกุลการต้านมะเร็ง ผลการวิจัยพบว่าสารซัลเฟตกาแลคแตนและ cetuximab ยับยั้งการเจริญและการเคลื่อนที่ของเซลล์มะเร็งท่อน้ำดีคือผ่านสัญญาณการควบคุม EGFR/ ERK pathway และการให้สารซัลเฟตกาแลคแตนควบคู่กับ cetuximab สามารถยับยั้งมะเร็งได้ดีขึ้น การศึกษาโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ molecular docking พบสารซัลเฟตกาแลคแตนจับที่ dimerization domain ของ EGFR ซึ่งเป็นตำแหน่งต่างกับ cetuximab การศึกษาการเปลี่ยนแปลงโมเลกุลระดับเซลล์ด้วยวิธี Synchrotron FTIR microspectroscopy พบสารซัลเฟตกาแลคแตนและ cetuximab ให้ค่า FTIR spectrum ที่คล้ายคลึงกัน จากผลการศึกษาแสดงให้เห็นกลไกในการต้านมะเร็งท่อน้ำดีของสารซัลเฟตกาแลคแตนโดยผ่านโมเลกุลเป้าหมายคือ EGFR และสารซัลเฟตกาแลคแตนสามารถนำไปพัฒนาเสริมฤทธิ์ยาต้านมะเร็ง cetuximab ได้ นอกจากนี้ FTIR spectrum ที่มีความจำเพาะต่อยาที่ออกฤทธิ์คล้ายคลึงกันจะสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในเป็นเครื่องมือในการตรวจสอบผลของยาต้านมะเร็งในเบื้องต้นได้

Abstract
Sulfated galactans (SG) isolated from red alga Gracilaria fisheri have been reported to inhibit the growth of cholangiocarcinoma (CCA) cells, which was similar to the epidermal growth factor receptor (EGFR)-targeted drug, cetuximab. Herein, we studied the anti-cancer potency of SG compared to cetuximab. Biological studies demonstrated SG and cetuximab had similar inhibition mechanisms in CCA cells by down-regulating EGFR/ERK pathway, and the combined treatment induced a greater inhibition effect. The molecular docking study revealed that SG binds to the dimerization domain of EGFR, and this was confirmed by dimerization assay, which showed that SG inhibited ligand-induced EGFR dimer formation. Synchrotron FTIR microspectroscopy was employed to examine alterations in cellular macromolecules after drug treatment. The SR-FTIR-MS elicited similar spectral signatures of SG and cetuximab, pointing towards the bands of RNA/DNA, lipids, and amide I vibrations, which were inconsistent with the changes of signaling proteins in CCA cells after drug treatment. Thus, this study demonstrates the underlined anti-cancer mechanism of SG by interfering with EGFR dimerization. In addition, we reveal that FTIR signature spectra offer a useful tool for screening anti-cancer drugs’ effect.

KEYWORDS: red alga Gracilaria fisheri, sulfated galactans, synchrotron-FTIR-MS, molecular docking, epidermal growth factor receptor, anti-cancer

Citation: Boonsri, B.; Choowongkomon, K.; Kuaprasert, B.; Thitiphatphuvanon, T.; Supradit, K.; Sayinta, A.; Duangdara, J.; Rudtanatip, T.; Wongprasert, K. Probing the Anti-Cancer Potency of Sulfated Galactans on Cholangiocarcinoma Cells Using Synchrotron FTIR Microspectroscopy, Molecular Docking, and In Vitro Studies. Mar. Drugs2021, 19, 258. https://doi.org/10.3390/md19050258

RELATED SDGs:

3. GOOD HEALTH AND WELL-BEING

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.กนกพรรณ วงศ์ประเสริฐ
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาวบุญญกร บุญศรี นางสาวกิตติญา สุประดิษฐ นางสาวอภิญญา สายอินต๊ะ นางสาวจินต์จุฑา ดวงดารา
แหล่งทุนวิจัย:
1. Thailand Research Fund, Project No. DBG 5980006
2. “Young Researcher Development Program 2018” from the National Research Council of Thailand (NRCT)
3. The Research Assistantship (RA), Faculty of Graduate Studies
4. The CIF and CNI Grant, Faculty of Science, Mahidol University