Evalutation of the antitumour potential of microlgae extracts across colorectal cancer cell lines with different genetic profiles

Abstract

Marine microalgae represent a promising and sustainable source of bioactive compounds with well-documented antioxidant, anti-inflammatory and anticancer properties. Aqueous and hydroethanolic extracts (100% water, 50:50 and 80:20 ethanol–water) of four microalgae species, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Tetraselmis chuii, and Arthrospira platensis, were obtained by ultrasound-assisted extraction and screened for their biochemical composition, antioxidant potential, and anticancer activity against colorectal cancer cell lines with different genetic backgrounds. These included HCT116 p53 wild-type (TP53 wild-type/KRAS-mutant), HCT116 p53-null (TP53 knockout/KRAS-mutant), HT-29 (BRAF-mutant/TP53 mutant), RKO (BRAF-mutant/TP53 wild-type), and the non-tumorigenic colon cell line CCD-841-CON. Aqueous and hydroethanolic solvents revealed marked differences in yield and biochemical composition. Aqueous extractions maximized yield and recovered hydrophilic macromolecules (proteins, polysaccharides, ashes, while hydroethanolic mixtures, especially 80:20, enriched lipophilic and amphiphilic metabolites (carotenoids, chlorophylls, lipids, and conjugated phenols). Arthrospira spp. showed the highest yield, protein, phenolic content, and antioxidant activity, whereas C. vulgaris and P. tricornutum were limited by rigid cell walls. Among the 12 extracts analyzed, P. tricornutum and C. vulgaris (80:20) exhibited the strongest inhibitory activity CRC cell lines, especially the ones with KRAS mutation. The IC₅₀ values for P. tricornutum were 157.7 μg/mL (HCT116p53 wild type) and 354.5 μg/mL (p53 null), while C. vulgaris showed IC₅₀ values of 131.2 μg/mL and 413.6 μg/mL under the same conditions, with low toxicity toward non-tumorigenic CCD-841-CON cells. Cell cycle analysis revealed a p53-dependent mechanism: P. tricornutum induced G1/S arrest, and C. vulgaris induced G2/M arrest in HCT116 p53 wild type cells. These effects were absent in p53-null cells, confirming the functional relevance of p53. When combined with 5-fluorouracil (5-FU), both extracts moderately enhanced antiproliferative responses, especially in p53-competent cells, suggesting complementary modulation through p53-dependent and redox-regulated pathways.

As microalgas marinhas representam uma fonte promissora e sustentável de compostos bioativos com propriedades antioxidantes, anti-inflamatórias e anticancerígenas bem documentadas. Extratos aquosos e hidroetanólicos (100% água, 50:50 e 80:20 etanol-água) de quatro espécies de microalgas, Phaeodactylum tricornutum, Chlorella vulgaris, Tetraselmis chuii e Arthrospira platensis, foram obtidos por extração assistida por ultrassom e selecionados quanto à sua composição bioquímica, potencial antioxidante e atividade anticancerígena contra linhas celulares de cancro colorretal com origens genéticas distintas. Estas incluíram HCT116 p53 selvagem (TP53 selvagem/KRAS mutante), HCT116 p53 nulo (TP53 knockout/KRAS mutante), HT-29 (BRAF mutante/TP53 mutante), RKO (BRAF mutante/TP53 selvagem) e a linha celular colónica não tumorigénica CCD-841-CON. Os solventes aquosos e hidroetanólicos revelaram diferenças marcantes no rendimento e na composição bioquímica. As extrações aquosas maximizaram o rendimento e recuperaram macromoléculas hidrofílicas (proteínas, polissacarídeos, sais), enquanto as misturas hidroetanólicas, especialmente 80:20, enriqueceram metabolitos lipofílicos e anfifílicos (carotenóides, clorofilas, lípidos e fenóis conjugados). Arthrospira spp. apresentou o maior rendimento, teor de proteínas, teor fenólico e atividade antioxidante, enquanto C. vulgaris e P. tricornutum foram limitadas por paredes celulares rígidas. Entre os 12 extratos analisados, P. tricornutum e C. vulgaris (80:20) exibiram a atividade inibitória mais forte nas linhas celulares CCR, especialmente aquelas com mutação KRAS. Os valores de IC₅₀ para P. tricornutum foram 157,7 μg/mL (HCT116 p53 selvagem) e 354,5 μg/mL (HCT116 p53 nulo), enquanto C. vulgaris apresentou valores de IC₅₀ de 131,2 μg/mL e 413,6 μg/mL nas mesmas condições, com baixa toxicidade para células CCD-841-CON não tumorigénicas. A análise do ciclo celular revelou um mecanismo dependente de p53: P. tricornutum induziu a paragem G1/S e C. vulgaris induziu a paragem G2/M em células HCT116 p53 selvagem. Estes efeitos estiveram ausentes em células p53 nulas, confirmando a relevância funcional de p53. Quando combinados com 5-fluorouracilo (5-FU), ambos os extratos aumentaram moderadamente as respostas antiproliferativas, especialmente nas HCT116 p53 selvagem, sugerindo modulação através de vias dependentes de p53 e reguladas por redox.