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微藻作为主要的光合自养生物，具有分布广泛、生长迅速的特点，近年来受到广泛关注。诸如螺旋藻和小球藻等多种微藻物种已展现出优异的生物相容性。从微藻中提取的多种活性物质被证明具有多样的生物活性。由于其多重生物功能和低成本优势，微藻研究在近年掀起热潮。本综述详细阐述了源自微藻的生物活性化合物的治疗作用，以及微藻生物质在生物医学研究中的应用。文章讨论了微藻在心血管、神经、眼科、胃肠、免疫、皮肤及肿瘤系统疾病治疗背景下的研究和应用进展。此外，还广泛总结了微藻与益生菌之间复杂的相互作用。凭借其固有的高生物安全性、多重生物功能及低成本等属性，天然微藻已成为疾病治疗和临床转化极具前景的生物材料。一、 引言 微藻是长度从几微米到几百微米不等的光合生物。微藻分布广泛，适应性强，几乎存在于所有生态系统中。微藻在食品、化妆品、制药、营养保健品和生物医学等多个行业具有广泛的应用。这主要归因于其含有的蛋白质、维生素、脂肪酸和多种次级代谢产物等生物活性化合物，以及某些微藻物种的有利生物学特性，如光合作用、活性表面和良好的生物相容性。 商业藻类生产展现出巨大的前景和盈利能力，因为它具有双重能力：既能为下游应用产生丰富的生物质，又能有效吸收大量二氧化碳，并在培养过程中同时处理废水。2020年，全球经济因COVID-19大流行的影响而遭受重创。相比之下，微藻产业在此期间却实现了可持续增长。预计到2027年，该产业估值将达到约46亿美元。因此，微藻巨大的应用潜力和经济价值已引起越来越多的关注。此外，人们也越来越关注微藻生物活性化合物和生物质的利用与开发。 微藻的生物活性化合物因其在医学上的广阔应用前景而引起了广泛兴趣。从微藻中提取的生物活性化合物涵盖类胡萝卜素、维生素、多不饱和脂肪酸、多糖和酚类等多种成分。这些化合物已显示出在抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗病毒和辐射防护等方面的潜在功能。由于这些特性，微藻有望成为多种疾病的潜在治疗方法。 研究人员也关注微藻生物质本身的属性。最近，一些微藻物种因其良好的生物相容性、低成本、可修饰的表面以及独特的生理特性（如运动性、光合作用、富含自发荧光色素和大比表面积），被广泛应用于组织工程、生物医学成像、缺氧相关肿瘤治疗、药物递送和伤口愈合等领域。 因此，凭借卓越的生物相容性、巨大的营养价值和一系列优异的生物学属性，天然微藻有望成为医学领域的“灵丹妙药”。微藻已被用于应对多种健康挑战，涵盖了几乎所有的生理系统。近年来，微藻在生物医学应用方面取得了实质性进展。这些进展超越了微藻衍生的生物活性化合物，并涵盖了微藻衍生的天然活性材料的利用。本综述的主要目的是全面概述微藻的医学应用，涵盖生物活性化合物和生物质属性两个方面。此外，本综述还强调了微藻在医学领域的发展前景。 二、 微藻在人体系统疾病中的应用2.1 心血管疾病 心血管疾病是导致死亡和全球疾病负担的主要原因。值得注意的是，截至2019年，全球心血管疾病患者人数已激增至约5.23亿。微藻中的生物活性化合物，如类胡萝卜素、酚类、维生素、多不饱和脂肪酸、多糖和甾醇，通常因其抗炎和抗氧化特性而对心血管疾病具有保护作用。 虾青素具有显著的抗氧化特性，有助于预防细胞内氧化应激。一项研究表明，从雨生红球藻中提取的虾青素的抗氧化功效优于合成虾青素，因此前者已成为预防心血管疾病的有前途的候选者。从红球藻中提取的多糖能够改善炎症状况，并抑制肿瘤坏死因子-α刺激的人冠状动脉内皮细胞中NF-κB的活化，这证明了红藻多糖作为冠状动脉疾病治疗剂的潜力。此外，直接从微藻中提取的生物活性化合物，包括肽、类胡萝卜素、溶血二酰基甘油三甲基高丝氨酸和玉米黄质二十一烷酸酯，已在预防和治疗心血管疾病方面显示出功效。 鉴于高血压、高脂血症和高血糖是心血管疾病的常见风险因素，其表现包括动脉硬化、心肌梗死、血栓形成和中风，微藻生物活性化合物通过调节血压、血脂和血糖水平，在维持心血管健康方面具有潜力。例如，小球藻的热水提取物和蛋白质水解物对血管紧张素I转换酶表现出抑制作用，口服蛋白质水解物可降低自发性高血压大鼠的收缩压和舒张压。一些微藻生物活性化合物具有多种药用功能。例如，从极大螺旋藻中分离出的两种活性肽表现出多种生物效应，包括抗炎、抗氧化、抗过敏和抗动脉粥样硬化活性。尽管在体外和体内对微藻生物活性化合物的心血管保护潜力进行了大量研究，但这些活性微藻物质预防心血管疾病的详细分子机制仍有待进一步研究。 随着对微藻生物医学功能理解的深入，其在生物医学领域的应用不断扩展。组织工程是再生医学的一个关键方面；然而，向三维培养物输送氧气被认为是扩大组织工程应用范围的一个重要问题。微藻生物质固有的产氧特性为增强组织工程应用范围提供了新范式。研究人员引入了一种共培养系统，将绿球藻与大鼠心脏细胞或C2C12小鼠成肌细胞结合，以培养三维组织构建体。他们发现，与藻类共培养的层状细胞组织表现出良好的组织学完整性，肌酸激酶释放减少不到20%，最终形成了厚度为160微米的心脏组织。此外，微藻光合作用可用于治疗心肌缺血。最近的一项研究中，将小球藻心肌内递送到梗死心肌中，并与非侵入性可生物降解光子贴片协同作用，以原位供应氧气。小球藻产生的氧气显著减少了梗死面积并恢复了射血分数。然而，将微藻作为产氧器整合到组织工程中，特别是在心脏病学领域，仍处于发展的早期阶段，需要全面研究。 2.2 神经系统疾病 神经系统是人体内控制不同生理系统协同功能的主要系统。在大脑（中枢神经系统的主要部分）中，近60%的干重由脂质构成。二十二碳六烯酸和花生四烯酸约占脑脂肪酸的20%。研究结果表明，我们的祖先很可能从根源于微藻的水生生物中获取DHA和AA，这些脂肪酸随后沿着食物链积累。目前，在婴儿配方奶粉中添加DHA已成为普遍做法，其大多来源于微藻，如隐甲藻和裂殖壶菌。因此，微藻在人类进化和后代中都发挥了重要作用。 此外，微藻中的精神活性物质，如植物甾醇、多不饱和脂肪酸、苯乙胺、类胡萝卜素和多糖，可以预防和治疗某些精神障碍。实验研究表明，绿藻纲、红藻纲和褐藻纲中存在植物甾醇，对神经系统疾病如阿尔茨海默病、自身免疫性脑脊髓炎和肌萎缩侧索硬化症具有神经保护潜力。多不饱和脂肪酸是多种神经过程（包括认知发展、突触传递、神经元可塑性和记忆）中不可或缺的脂肪酸。然而，人类细胞不能合成多不饱和脂肪酸。微藻，特别是小球藻、微拟球藻、三角褐指藻、破囊壶菌和裂殖壶菌富含多不饱和脂肪酸。Omega-3是一类关键的多不饱和脂肪酸，已被证实对神经功能产生根本性影响。富含Omega-3的小球藻提取物已显示出提高Wistar大鼠短期记忆的能力，证明了微藻在减轻认知障碍方面的潜力。此外，叶黄素是一种叶黄素，在所有检查的脑区域中占类胡萝卜素总量的66-77%，可能有助于大脑发育和功能。研究结果表明，微藻中的叶黄素浓度超过万寿菊花瓣中的浓度，从而为叶黄素提取提供了一种有前景的方法，特别是从富含叶黄素的微藻（如小球藻）中提取，因为它们具有高叶黄素产量和快速生长速率。因此，微藻有望成为叶黄素提取的替代商业来源，超越传统对万寿菊花的依赖。然而，微藻来源的叶黄素与脑功能之间的直接联系需要进一步阐明。此外，微藻中丰富的多糖值得进一步关注。从各种微藻物种（包括 Tribonema sp.、Gyrodinium impudicum 和 Phaeodactylum tricornutum）中分离的硫酸化多糖表现出神经保护作用。因此，微藻中多种多样的精神活性化合物有可能对中枢神经系统产生有利影响，从而为神经系统疾病的预防和治疗提供可能性。2.3 眼科系统疾病 叶黄素和玉米黄质，通常被认为是黄斑色素，因其保护眼睛疾病的潜力而受到关注。临床研究已证明叶黄素和玉米黄质的膳食摄入与年龄相关性黄斑变性的发病率呈负相关。在微藻领域，许多类别都显示出合成叶黄素的能力，特别是绿藻门的成员。值得注意的是，万寿菊是叶黄素商业供应的主要来源。研究表明，微藻的叶黄素产量是万寿菊的几倍。因此，利用微藻作为叶黄素来源具有显著的成本节约效益，并为经济发展提供了广阔前景。相应地，玉米黄质普遍存在于多种微藻物种中，包括绿藻、红藻和蓝细菌。尽管通过微藻进行叶黄素和玉米黄质的工业规模生产仍处于起步阶段，但近年来它已成为国内外的研究热点。因此，微藻正在成为黄斑色素生产的关键资源，有助于预防AMD和保护眼睛。此外，微藻中的两种关键Omega-3脂肪酸，二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，已被证明对婴儿眼睛和大脑的发育过程有重要贡献。许多微藻物种，包括螺旋藻、裂殖壶菌和雨生红球藻，能够生物合成这些不可或缺的多不饱和脂肪酸。研究人员详细介绍了从微藻中提取和纯化EPA和DHA的程序。值得注意的是，这些关键的PUFAs也有助于预防和管理各种其他疾病，包括预防心血管疾病、维持血压和保护神经系统功能。2.4 胃肠疾病 尽管有零星通过血液注射给予微藻的实例，但主要途径仍然是口服。因此，与其他疾病相比，微藻在治疗胃肠道疾病时具有近距离递送的潜力。研究结果证实了微藻及其提取物在一系列胃肠道疾病中的预防和治疗功效。这延伸到畜牧业和水产养殖，微藻作为膳食补充剂用于预防和改善动物的胃肠道疾病。用钝顶螺旋藻和普通小球藻作为断奶仔猪的膳食补充剂替代抗生素，对肠道发育、黏膜结构增强和营养物质消化率提高显示出积极影响。此外，小球藻提取物已被证明可以保护梗阻性黄疸中的肠黏膜屏障完整性。近年来，研究人员探索了微藻生物活性化合物，包括类胡萝卜素、多糖和虾青素，它们具有抗炎和抗肿瘤特性，并对胃肠道屏障具有保护作用。此外，藻类多糖不仅能增强免疫功能，还包括一系列生物活性，如抗肿瘤、抗辐射、抗病毒、降血脂和抗凝血作用。蛋白核小球藻、栅藻和绿球藻的胞外多糖可抑制人结肠癌细胞生长，从聚球藻中提取的硫酸化多糖可促进人结肠癌细胞凋亡，表明它们在抗肿瘤干预方面的潜力。微藻类胡萝卜素在胃肠道疾病的预防和治疗中起着至关重要的作用。椭圆小球藻和普通小球藻来源的类胡萝卜素已被记录可抑制人结肠癌细胞的增殖。从三角褐指藻中提取的岩藻黄质对β-葡萄糖醛酸酶活性表现出抑制作用，从而成为预防结肠癌的候选参考化合物。尽管微藻活性物质在胃肠道疾病中表现出预防和治疗属性，但它们对生物体的调节影响和疾病治疗的潜在机制值得进一步研究。 幽门螺杆菌是一种在人体胃内生存的致病菌，与胃黏膜损伤、溃疡和胃癌的发展有关。全球约50%的人口受到幽门螺杆菌感染。微藻含有多种具有抗菌特性的生物活性化合物，为有效抑制幽门螺杆菌对胃的有害影响提供了途径。例如，从小球藻和螺旋藻中提取的多糖可抑制幽门螺杆菌在胃粘蛋白上的定植，富含虾青素的雨生红球藻可抑制幽门螺杆菌生长，而杜氏盐藻的类胡萝卜素具有抗氧化和抗菌特性。因此，经济地利用微藻治疗由幽门螺杆菌感染引起的胃病具有潜在的应用前景。 最近，人们对探索微藻作为材料或药物载体在生物医学中的应用兴趣日益浓厚，在胃肠道疾病领域已有显著应用的报道。钝顶螺旋藻被用作治疗肠道疾病的药物载体。研究人员成功利用钝顶螺旋藻作为姜黄素的载体，构建了用于治疗结肠癌和结肠炎的药物递送系统，该系统显示出显著的抗肿瘤和抗炎效果。这种微藻递送系统作为口服疗法治疗胃肠道疾病的几个重要优势得到强调，包括保护负载药物免遭降解、延长肠道滞留时间、非侵入性体内成像和优异的生物降解性。此外，一种有前景的正常组织选择性放射保护剂阿米福汀被纳入另一个基于钝顶螺旋藻的药物递送系统中，以在癌症放疗期间保护肠道。与游离药物制剂和肠溶胶囊的比较评估显示，SP@AMF具有更优的药物分布和生物利用度。这种基于微藻的口服微载体有效减轻了辐射诱导的肠道损伤并维持了肠道微生物群稳态。在另一项研究中，虾青素通过封装在带正电荷的壳聚糖/PLGA纳米颗粒内负载到钝顶螺旋藻上。工程化的药物递送系统显著提高了虾青素的溶解度、胃稳定性、细胞摄取和肠道吸收。因此，它增强了对由辐射暴露引起的肠道和全身损伤的保护作用。总的来说，这些研究突出了微藻在口服药物递送治疗胃肠道疾病方面的巨大研究潜力和前景。 越来越多的证据强调了人类健康与肠道微生物群的比例、结构和组成之间复杂的相互作用。肠道微生物群组成失衡与肠道内和肠道外疾病的发展有关。益生元是有机化合物，不能被宿主消化和吸收，但能够选择性刺激有益细菌的生长和活性，有望改善宿主健康。据报道，微藻含有一系列具有益生元特性的化合物，包括菊粉、β-葡聚糖、低聚半乳糖、低聚木糖、阿拉伯木聚糖和半乳聚糖。这些细胞壁多糖几乎不能被人类或动物的肠道微生物群降解，但可以刺激特定有益细菌（如乳酸杆菌和双歧杆菌）的生长和活性，从而有益于宿主健康。大量研究证明了微藻（例如钝顶螺旋藻、小球藻、杜氏盐藻）对各种益生菌（如干酪乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和长双歧杆菌）存活率的积极影响。在食品工业中，添加微藻可以影响乳制品中乳酸菌和其他益生菌的生长、活力和次级代谢产物。此外，微藻会影响乳制品在生产和储存过程中的风味和变质。因此，微藻常被用作乳制品中的益生元，例如酸奶、牛奶和奶酪。 科学家们在利用微藻作为益生元来源以促进人类健康和提高其他生物体存活率方面取得了进展。研究发现，某些微藻，包括钝顶螺旋藻和极大链带藻，对人类肠道微生物群产生积极的调节作用，微藻生物质的益生元指数超过低聚果糖。此外，杜氏盐藻促进各种益生菌的生长和粘附。此外，许多微藻被用作水产养殖中的动物饲料，它们作为益生元，影响动物肠道中的益生菌，并赋予宿主益处，例如提高存活率、减少有害细菌感染和改善免疫系统功能。现有证据表明，微藻可以积极调节肠道微生物群的组成，从而改善某些与肠道微生物群相关的疾病。然而，关于微藻作为人类和其他生物体中益生元作用的研究仍处于起步阶段。 2.5 免疫系统疾病 免疫系统作为一种强大的防御机制，保护宿主免受病原体和毒素的入侵和损害。许多微藻已被发现对人类和其他生物体具有免疫调节特性。一些微藻的免疫调节能力已在动物模型和人体试验中得到证实。例如，硅藻中的叶黄素硅藻黄质可以抑制SARS-CoV-2刺突糖蛋白诱导的细胞因子风暴。杜氏盐藻，一种嗜盐微藻，通过促进T细胞和B细胞增殖、增强自然杀伤细胞和巨噬细胞的活性、提高Th1细胞因子水平同时降低Th2细胞因子水平，提高了白血病小鼠的存活率。此外，在一项双盲、安慰剂对照的随机临床试验中，普通小球藻通过增强NK细胞活性和提高血清中干扰素-γ、白细胞介素-1β和白细胞介素-12的水平，在人体中表现出有益的免疫刺激作用。研究人员评估了各种海洋微藻提取物的免疫调节潜力，通过测量人外周血单核细胞释放的白细胞介素-6。他们的研究揭示了几种粗提物和组分的免疫调节活性。研究人员通过分析志愿者口服其热水提取物前后的血细胞，阐明了钝顶螺旋藻免疫增强特性的分子机制。尽管许多微藻生物质和提取物具有免疫调节活性已被记录，但微藻中负责这些效应的具体化合物仍不清楚。硫酸化多糖是构成藻类细胞壁主要成分的重要大分子，已显示出显著的免疫调节活性。来自 Tribonema sp. 的硫酸化多糖可上调与IL-6、白细胞介素10和肿瘤坏死因子-α相关的基因表达，从而凸显了其显著的免疫调节活性。此外，来自纤细裸藻的β-葡聚糖被发现可激活NK细胞并提高TNF-α和IL-6的水平，进一步证实了其免疫调节活性。因此，微藻可以调节免疫系统；然而，微藻的活性化合物与其免疫调节作用之间的精确关系需要进一步研究。2.6 皮肤疾病 皮肤是人体最大的器官，是划分生物体与外部环境边界的关键保护屏障。然而，长期暴露于外部环境因素和内部代谢过程可能引起短期和长期的不良影响，导致一系列皮肤疾病。皮肤伤口愈合过程涉及不同的阶段，包括止血、炎症、迁移、增殖和重塑，微藻在各个阶段表现出多方面的作用。类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸和多糖先前已显示出在治疗炎症性皮肤病方面的抗氧化和抗炎特性，而微藻是这些生物活性化合物的重要来源。值得注意的是，体外细胞研究和动物模型表明，微藻如裂殖壶菌、小球藻、螺旋藻、念珠藻和节螺旋藻能够增强皮肤细胞的增殖和迁移，并加速伤口愈合过程。此外，作为光合生物，活体微藻通过释放氧气有助于改善伤口的缺氧环境，从而促进伤口愈合。例如，3D生物打印的蛋白核小球藻已证明可通过产生氧气、合成细胞外基质和增强血管生成来加速小鼠糖尿病伤口的愈合。一份报告详细设计了一种微藻-细菌凝胶贴片，可持续供应氢气以加速糖尿病伤口愈合。这种共生藻-细菌水凝胶由活的小球藻微藻和活细菌芽孢杆菌封装在细胞不可渗透的外壳内构成。该系统可持续产氢长达60小时。产生的氢气选择性还原了高毒性的·OH和ONOO-物种，有效减轻了糖尿病伤口的炎症。简而言之，这项研究介绍了一种在生物医学中利用微藻-细菌共生系统的新方法。 微生物皮肤感染已成为人类医疗系统面临的一个紧迫挑战。从微藻中提取的抗微生物物质，包括多不饱和脂肪酸、多糖和其他微藻提取物，已被评估其对微生物皮肤感染的功效。例如，通过乳化从微藻鱼腥藻中获得的MaresomeTM，在MaresomeTM预处理后，已证明能够抑制各种耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌株在皮肤真皮层的定植。此外，微藻可以作为设计用于治疗微生物皮肤疾病的药物的载体。例如，研究人员设计了一种基于莱茵衣藻的药物递送系统，能够通过UVA1辐射释放万古霉素以对抗细菌性皮肤感染。此外，研究人员将小檗碱（一种群体感应抑制剂）负载到钝顶螺旋藻上，并与羧甲基壳聚糖/海藻酸钠结合形成生物活性水凝胶。在激光照射下，该系统能够持续释放BBR（破坏细菌QS和生物膜形成）和活性氧（缓解缺氧），有效抑制MRSA并促进感染伤口的愈合。 此外，微藻已显示出减轻UVB诱导的细胞毒性、防止细胞衰老和保护DNA损伤的能力，从而对UVB照射的皮肤发挥抗肿瘤作用。微藻提取物也被证明可以抑制黑色素合成，从而有助于机体健康。除了化妆品应用，微藻由于其抗炎、抗氧化和抗微生物特性，在皮肤疾病的预防和治疗中扮演着关键角色。因此，微藻在皮肤病治疗和美容行业具有巨大的发展潜力。 2.7 肿瘤学 癌症是全球死亡的主要原因，开发癌症治疗新方法至关重要。研究表明，微藻中发现的生物活性化合物具有抗癌活性。一项研究证明了粗溶剂提取物（己烷、二氯甲烷、乙酸乙酯和甲醇）在各种癌细胞系中的细胞毒性。研究人员调查了源自微藻的特定分子的抗癌活性。研究人员从小球藻中提取类胡萝卜素（紫黄质、花药黄质和玉米黄质来自椭圆小球藻，叶黄素来自普通小球藻），并证明了它们对人结肠癌细胞系的抗增殖作用。类胡萝卜素硅藻黄质通过氧化应激诱导癌细胞死亡。此外，其他生物活性物质，如肽、Apratoxin A、C-藻蓝蛋白、Calothrixin A、豆甾醇、源自微藻的岩藻黄质已显示出抗肿瘤和抗癌活性。 研究表明，肿瘤细胞通过多种机制诱导缺氧，进而促进实体瘤快速生长和异常血管生成。最近，微藻已成为缓解肿瘤治疗中肿瘤缺氧的新型生物材料，从而提高放疗和光动力疗法的疗效。例如，研究人员通过将聚球藻与二维铋烯结合，开发了一种仿生放射增敏剂平台。该平台有效解决了放疗抵抗的缺氧肿瘤微环境的挑战。此外，研究人员利用工程化的普通小球藻设计了一种天然光合系统，通过原位产氧来抵消肿瘤缺氧，从而提高了RT的有效性。源自微藻的叶绿素作为卓越的光敏剂用于连续PDT，通过协同X射线照射和光动力疗法增强了抗肿瘤反应。研究人员制造了一种系统，利用蓝细菌作为生物模板产生氧气并增强II型PDT的功效。他们使用二氢卟酚e6作为光敏剂，在660纳米激光照射下将氧气转化为单线态氧。研究人员设计了一种基于蛋白核小球藻的自养光触发绿色供氧引擎，可以在肿瘤周围持续产生氧气，从而实现重复有效的PDT治疗。与无机产氧材料相比，ALGAE实现了几乎三倍的氧气产量，一次植入即可完成三次PDT治疗。研究人员通过在普通小球藻表面工程化钙磷壳，开发了一种仿生系统，实现了原位光催化产氧和高效的肿瘤递送。聚球藻被用于构建一种仿生系统，用于将光敏剂靶向递送至肿瘤并用于原位光催化产氧。该系统对转移和预防表现出优异的抑制作用。与无机材料相比，该系统表现出良好的生物相容性和可降解性。 三、 结论与未来展望 本综述全面概述了微藻生物活性化合物及其生物质在疾病预防和治疗背景下的研究进展。 近年来，微藻因其高营养价值、成本效益、优异的生物相容性、趋光性和其他卓越的生物学特性而成为极具前景的生物材料。然而，它们在商业和生物医学领域的广泛应用仍然有限。我们认为有许多因素限制了微藻的应用。首先，尽管使用简单的设备和营养物培养微藻很容易，但微藻产品的生产和加工成本仍然相对较高。其次，许多关于微藻疾病治疗潜力的研究依赖于生物质和粗提物，缺乏纯化和结构阐明，这阻碍了得出明确结论的能力。纯化的微藻生物活性化合物可以作为药物，用于精确治疗各种疾病。因此，需要更广泛地研究源自微藻的纯生物活性化合物在各种疾病中的治疗效果和作用机制。第三，虽然活体微藻已在药物递送、组织工程和其他研究领域找到应用，但研究主要集中在疾病治疗的疗效上，对活体微藻对生物体其他潜在影响的探索有限。例如，当微藻被递送到组织时，细胞外囊泡等细胞内生物活性物质可能会同时释放。因此，在疾病治疗背景下，微藻与生物体之间的相互作用需要进一步研究。第四，尽管大量体外和体内研究证明了常用于医学和健康的微藻的生物安全性，但需要使用临床相关的动物模型进行更全面的评估，以进一步评估用于临床应用的微藻的生物安全性。我们坚信，微藻在医学和健康领域的研究将继续扩大。应该发现并深入探索更多的微藻生物活性化合物及其疾病预防和治疗机制。同时，基于微藻生物质的生物医学材料的临床应用将获得更多关注。四、 微藻在药物递送与组织工程中的前沿应用 微藻不仅作为生物活性化合物的来源，其完整的细胞或细胞衍生成分，凭借独特的物理化学特性（如微米级尺寸、可修饰表面、自发荧光、光合产氧等），正成为新型生物材料和药物递送载体的理想选择。4.1 作为口服药物递送载体 胃肠道疾病的口服治疗常面临药物在胃酸环境中失活、肠道滞留时间短、生物利用度低等挑战。微藻，特别是螺旋藻（Spirulina platensis），因其天然的生物相容性、耐胃酸特性以及能够保护包载药物的多孔结构，被开发为高效的口服药物微载体。 靶向结肠癌与结肠炎治疗：研究成功将抗癌抗炎药物姜黄素（Curcumin）负载到螺旋藻上，构建了药物递送系统（SP@Curcumin）。该系统能有效保护姜黄素免遭上消化道降解，并利用微藻本身的尺寸使其在肠道内有更长的滞留时间，从而显著增强了对结肠癌和结肠炎的化学预防与治疗作用，展现出优异的抗肿瘤和抗炎症效果。 辐射防护：将放射防护剂阿米福汀（AMF）负载于螺旋藻（SP@AMF）上，用于保护肠道在癌症放疗中免受损伤。相较于游离药物和肠溶胶囊，该微藻载体显示出更优的药物分布和生物利用度，能有效减轻辐射诱导的肠道损伤，并维持肠道微生物群的稳态。 增强难溶性药物递送：将虾青素（ASX）通过带正电的壳聚糖/PLGA纳米颗粒封装后，再负载到螺旋藻上，形成SP@ASXnano系统。这一精巧的设计显著提高了虾青素的溶解性、胃稳定性、细胞摄取和肠道吸收率，从而在对辐射引起的肠道及全身损伤的保护方面表现出更强的效果。 这些研究突显了微藻作为口服药物载体在治疗胃肠道疾病方面的巨大潜力，其优势包括保护药物、延长作用时间、实现非侵入性成像以及良好的生物可降解性。4.2 在组织工程中的应用：解决缺氧难题 组织工程，特别是构建厚实的三维组织时，核心挑战在于如何向内部细胞有效输送氧气。微藻的光合作用能力为这一难题提供了创新的解决方案。 构建“共生循环系统”：一项开创性研究将绿球藻（Chlorococcum littorale）与大鼠心脏细胞或小鼠成肌细胞共培养，成功制备了三维心肌组织。藻类通过光合作用持续为组织核心供氧，使得培养出的心脏细胞片层厚度达到160微米，且细胞活性保持良好，创造了当时无需血管化条件下最厚的活体组织之一。 治疗心肌缺血：在心肌梗死模型中，将小球藻（Chlorella）直接注射到梗死心肌区域，并配合一个可生物降解的、可经皮肤照射的光子贴片。光照激活藻类光合作用，在梗死区域原位产生氧气，显著减少了梗死面积，改善了心脏功能，为治疗缺血性心脏病提供了新思路。 这些应用表明，将活体微藻作为内源性的、可控的氧气工厂整合进生物材料中，为再生医学和组织工程领域开辟了崭新的范式。4.3 在肿瘤缺氧调控与协同治疗中的应用 实体瘤内部的缺氧微环境是导致放疗、光动力疗法等氧气依赖性治疗方法失效的主要原因。微藻的光合产氧特性被巧妙地用于改善肿瘤缺氧，从而增强治疗效果。 工程化藻类增强放疗与光动力疗法：研究人员对普通小球藻（Chlorella vulgaris）进行工程化改造，并将其与二维铋烯等放射增敏剂结合，构建了仿生系统。藻类在肿瘤内部通过光合作用产生氧气，有效逆转了肿瘤的缺氧状态，同时其自身含有的叶绿素可作为光敏剂。在X射线和激光的协同作用下，该系统实现了放疗和光动力疗法的协同增效，显著抑制了肿瘤生长。 自供氧的光动力治疗平台：以蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）为核心，构建了“自养光触发绿色供氧引擎”（ALGAE）。该系统植入肿瘤后，可在光照下持续产氧，使原本缺氧的肿瘤区域变得富氧，从而允许进行多次高效的光动力治疗。与无机的氧气生成材料相比，这种活体引擎的产氧效率更高，生物相容性更好。 这些策略充分利用了微藻的生命活动，将其转化为对抗肿瘤的有力武器，展示了生物杂交系统在精准医疗中的巨大潜力。五、 总结与展望 本综述系统性地阐述了微藻在医学领域的巨大应用价值，涵盖了从传统生物活性成分的提取利用，到作为新型生物材料和活体治疗平台的前沿探索。 资源宝库：微藻是多种高价值生物活性化合物（如类胡萝卜素、多不饱和脂肪酸、多糖、肽等）的可持续来源，在预防和治疗心血管、神经、免疫、代谢性疾病等方面展现出明确潜力。 天然良药：大量体内外研究证实了特定微藻或其提取物在抗氧化、抗炎、抗肿瘤、抗菌、免疫调节等方面的功效，为开发天然药物和功能性食品提供了科学依据。 创新材料：超越其化学成分，微藻本身作为一种天然微米级材料，在口服药物靶向递送、组织工程供氧、肿瘤缺氧调控等生物医学工程领域表现出独特优势，解决了传统技术面临的瓶颈问题。 安全与挑战：尽管微藻普遍显示出较高的生物安全性，但其大规模的商业化应用仍面临成本控制、活性成分纯化与机制深入研究、活体微藻在人体内长期行为的评估等挑战。 展望未来，随着合成生物学、材料科学与医学的深度融合，对微藻的研究有望在以下方向取得突破： 精准设计：利用合成生物学技术对微藻进行基因改造，使其能定向生产特定药物（如疫苗抗原、抗体）或调控分子。 智能递送：开发更智能的微藻基递送系统，能够响应病灶部位的特定信号（如pH、酶、缺氧）而释放药物。 临床转化：推动更多经过充分安全性和有效性验证的微藻候选药物和治疗方案进入临床试验阶段。 毋庸置疑，微藻这颗蕴藏在江河湖海中的“绿色细胞工厂”，必将为人类健康事业和生物医药产业的可持续发展注入源源不断的创新活力。 参考文献:A comprehensive review on medical applications of microalgae. Algal Research, 2024. 本文由山东省藻类产业信息服务平台整理而成，含AI生成内容，仅供参考。