Enhancement of Immune Activity of Spirulina maxima by Low Temperature Ultrasonification Extraction

The marine microalga Spirulina maxima was extracted using water or ethanol at 100 or $80^{\circ}C$ and by ultrasonification in water at $60^{\circ}C$. The ultrasonification technique generated the highest yield (19.8%). To be therapeutically useful, the extraction should yield a product with low cytotoxicity and high immunity against skin infections. The cytotoxicity of all extracts (1.0 mg/mL) was below 25%. Moreover, the cytotoxicity of the extract generated by ultrasonification was 5%. Extracts prepared in the described manners could inhibit hyaluronidase activity by up to 40% compared to the control. Increased growth of human B, T and NK cells and an increase in cytokine secretion were observed, confirming the interrelationship between both human immune and skin immune activity. The extract prepared by ultrasonification increased the growth of human B, T and NK cells up to $10.3{\times}10^4$ cells/mL, $11.3{\times}10^4$ cells/mL and $19.1{\times}10^4$ cells/mL, respectively. The extract prepared by ultrasonification also greatly increased the secretion of both IL-6 and $TNF-{\alpha}$. Moreover, it was estimated that protein, Na and leucine occupy a high ratio. Accordingly, this study has confirmed that extracts prepared as described have the potential to effectively increase skin immunity.

저온 초음파 추출에 의한 Spirulina maxima 면역활성 증진

본 실험은 해수에서 배양된 Spirulina maxima를 $100^{\circ}C$와 초음파 병행 $60^{\circ}C$ 물 추출물, $80^{\circ}C$ EtOH 추출물을 이용하여 실험을 수행하였다. AOAC법에 의한 일반 조성 및 무기질, 아미노산 조성 분석결과 조 단백질과 무기질 중 나트륨이 각각 56, 60%의 비교적 높은 비율을 차지했으며, 다양한 균주의 필수 아미노산을 포함하고 있었다. 그중 피부와 관련된 leucine의 함량이 9.83%로 상대적으로 풍부하여 S. maxima 피부면역 활성 증진에 효율적인 소재의 가능성을 확인했다. 본 연구에서는 피부 면역과 인체 면역과의 밀접한 상관성이 있으므로 본 연구에서는 T 세포와 B 세포의 생육증진 및 cytokine의 분비량 측정과 NK 세포의 활성 및 항염증 효과인 hyaluronidase 저해 활성 효과를 측정하였다. 먼저 정상세포(HEK293)에 대한 세포독성 결과 인체에 큰 독성을 나타내지 않는 것으로 나타난 S. maxima를 추출조건에 따른 면역 증진 효과를 비교한 결과 $60^{\circ}C$ 초음파 병행 물 추출물이 면역 B세포와 T세포에서 각각 $11.3{\times}10^4$ cells/mL, $12.8{\times}10^4$ cells/mL으로 6일째 가장 높은 생육도를 보였다, 이러한 면역 세포들이 분비하는 cytokine(IL-6, TNF-${\alpha}$)의 분비량은 가장 높은 생육도를 보인 $60^{\circ}C$ 초음파 병행 물 추출물을 첨가한 B세포, T세포의 경우 IL-6와 TNF-${\alpha}$는 유의적으로 증가된 분비량을 보이며, 면역 및 기능성 소재로서의 활성이 뛰어난 것으로 나타났다. B세포에 각 시료를 첨가하여 배양 후 그 배양액을 NK 세포에 첨가하였을 때, 6일 동안 생육도를 관찰하였는데 시료에 대한 생육도가 증가하며, 6일째 $12.40{\times}10^4$ cells/mL를 나타내어 $11.49{\times}10^4$ cells/mL를 나타낸 대조군에 비해 높은 활성을 나타내었으며, 이로써 활성물질을 포함하고 있음을 알 수 있다. 또한 항염증 효과의 hyaluronidase 저해 활성 효과에서 $60^{\circ}C$ 초음파 병행 물 추출물이 1.0 mg/mL 농도일 때 62.4%의 저해 활성을 보여 $100^{\circ}C$ 이상의 고온 추출에서 야기되는 단백질이나 미립자 활성 물질의 파괴가 최소화되고 저온 초음파 추출 시 유용성분들의 용출량 증가와 새로운 물질들의 생산 혹은 활성변형에 의한 추출을 통해 인체면역과 피부면역 활성 증진에 활용이 가능한 효율적인 소재화가 가능한 것을 확인했다. 이로써, 본 연구 논문은 S. maxima의 물질 분리보다 피부면역관련 활성을 통한 소재로서의 탐색이 주목적이므로 향후 이 추출물의 분리, 동정을 통해 피부 면역 활성도에 따라 물질의 구조 분석에 관한 연구를 보이고자 한다.