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L’astaxantina (A.) è un pigmento rosso presente in natura in numerosi organismi viventi. Tuttavia la principale fonte estrattiva è vegetale, in quanto viene esclusivamente sintetizzata dalla microalga unicellulare Haematococcus pluvialis come sostanza fotoprotettiva per le proprie cellule e spore.(8)
Questo carotenoide appartenente alla classe delle xantofille, è altresì responsabile della colorazione di alcuni pesci, fra cui il salmone ed i crostacei. Questi animali non essendo in grado di produrre A. la introducono attraverso la dieta ovvero lo zooplacton che a sua volta lo accumula a partire dalla microalga.
Un’altra fonte di produzione naturale utilizza la fermentazione del lievito xathophyllomyces dendrorhous o l’estrazione del pigmento da sottoprodotti di crostacei come: l’antartico Krill Euphausia superba. Inoltre la A. può essere chimicamente sintetizzata. 
La molecola di A. è simile a quella del carotenoide Betacarotene ma piccole differenze strutturali, conferiscono grandi diversità nelle proprietà chimiche e biologiche.(4)
I Carotenoidi (C.) sono una classe di pigmenti naturali liposolubili, se ne conoscono circa 600 e si trovano principalmente nelle piante, nelle alghe e nei batteri fotosintetici dove giocano un ruolo cruciale nel processo fotosintetico. Si trovano anche in alcuni batteri non fotosintetici (lieviti e muffe) dove svolgono una funzione protettiva contro il danno da luce e ossigeno. I C. vengono incorporati dagli animali solo attraverso la dieta e forniscono loro colorazioni brillanti, agiscono come antiossidanti, e hanno un importante ruolo nutrizionale essendo una fonte di vitamina A.

Strutturalmente possiedono uno scheletro di quaranta carboni che può terminare con gruppi funzionali contenenti ossigeno.
I derivati ossigenati sono noti come Xantofille mentre gli altri come caroteni. Entrambe le classi di pigmenti condividono un tipico schema strutturale, in cui l’alternarsi di singoli e doppi legami permette di assorbire l’eccesso di energia contenuto in altre molecole, con conseguente proprietà antiossidante.
Questi pigmenti proteggono le cellule e i tessuti da danni indotti dai radicali liberi e in primis dall’ossigeno singoletto. (1) L’attività antiossidante della A. si è dimostrata di gran lunga superiore grazie alle caratteristiche uniche della propria struttura. 

Caratteristiche strutturali
La molecola di A. presenta una struttura chimica peculiare rispetto alle altre xantofille.
L’A. nel suo stato naturale è solitamente associata con altre molecole, è spesso complessata con proteine, o chimicamente legata ad acidi grassi a formare esteri, meno spesso si trova in forma libera.
Ha un peso molecolare inferiore a 600Da ed è costituta da una lunga catena idrocarburica  insatura ovvero possiede ben 13 doppi legami e anelli terminali che presentano due gruppi; uno ossidrilico e uno chetonico. La sua simmetria e presenza di gruppi polari le conferisce allo stesso tempo idrosolubilità e liposolubilità.
Questa duplice natura e le ridotte dimensioni spiegano la facilità con la quale l’A. è in grado di permeare le membrane cellulari, al cui interno assume un singolare orientamento.    

Una volta penetrata all’interno del doppio strato lipidico infatti, tende a posizionarsi trasversalmente; in questo modo l’effetto che produce è intensamente stabilizzante e protettivo per l’intera membrana.
L’A. possiede dunque un alto coefficiente di lipo-idrosolubilità che determina una farmacocinetica veloce.
Dopo assunzione orale la molecola viene rapidamente assorbita a livello della mucosa duodenale sia passivamente che per diffusione e la rende immediatamente disponibile nel circolo ematico (concentrazione massima rilevata dopo 6 ore) e linfatico.
Attraverso quest’ultimo viene trasportata al fegato dove legandosi alle lipoproteine viene distribuita ai vari distretti organici.
Un aspetto assai rilevante da attribuirsi al ridotto peso molecolare e all’alta lipofilia è che l’A. riesce ad attraversare la barriera emato-encefalica, esercitando i suoi effetti a livello di sistemi difficilmente raggiungibili.

Attività e Meccanismo di Azione
Le proprietà principali della A. sono di contrastare e inattivare i dannosi  radicali liberi e quindi di possedere un elevato potere antiossidante.
L’ossidazione è un processo chimico al quale noi siamo costantemente esposti.
Buona parte degli stress ossidativi provengono dall’ambiente esterno. Tra questi l’inquinamento, il fumo di tabacco, l’esposizione ad agenti chimici, UV e altre fonti di radiazioni ionizzanti, ma la restante quota deriva dal nostro metabolismo aerobio. Il metabolismo produce infatti come sottoprodotti molecole profondamente instabili e ossidanti; che includono radicali liberi e specie reattive dell’ossigeno. Alcune di queste molecole (super ossido, perossido d’idrogeno, ossido nitrico) sono fisiologicamente utili e necessarie per la vita ma possono essere nocive se presenti in eccesso o in condizioni inappropriate.(5)

I radicali sono molecole con elettroni spaiati e dunque altamente reattive che innescano reazioni a catena e insieme agli ossidanti possono reagire con varie componenti di una cellula vivente  (proteine, Dna, lipidi) alterandone la struttura chimica e determinando danni notevoli.
Sebbene il nostro organismo abbia evoluto meccanismi di difesa e di controllo contro le specie reattive dell’ossigeno e i radicali liberi,   (antiossidanti endogeni come gli enzimi; superossido dismutasi, catalasi, perossidasi o molecole ad attività antiossidante come  glutatione, l’ormone melatonina, e l’acido urico), non è comunque in grado di contrastare totalmente il danno ossidativo che nel tempo contribuisce all’invecchiamento ed all’insorgenza di diverse malattie.
Molti stati patologici e processi degenerativi sono stati infatti correlati all’azione dei radicali liberi, che inoltre sono responsabili della depressione e inibizione delle difese e dei processi riparativi dell’organismo. I radicali contribuiscono all’insorgenza o progressione delle seguenti malattie: cancro, invecchiamento, stati infiammatori, reazioni a farmaci e tossine, e altre condizioni morbose che colpiscono il cervello,i globuli rossi, il sistema cardiovascolare, la pelle, il tratto gastrointestinale e  l’apparato visivo.(3)

Il meccanismo fisico attraverso il quale i C. agiscono “spegnendo” l’ossigeno singoletto deriva dalla particolare disposizione alternata dei legami, in cui la carica degli elettroni viene a trovarsi delocalizzata sull’intera catena. Nelle cellule dei mammiferi sono dunque in grado di provocare l’estinzione dello ossigeno singoletto e dissipare l’energia come calore ed eliminare i radicali per prevenire o terminare eventuali reazioni a catena.
Questo avviene trasferendo l’eccesso energetico di tali molecole alla struttura elettron ricca dei C., che raggiungono uno stato eccitato intermedio e tornano poi allo stato basale dissipando  il surplus di energia sotto forma di calore.(7)
Di contro l’A. possiede più di un meccanismo d’azione antiossidante, ed è in grado sia di inattivare i radicali liberi, sia di neutralizzare l’ossigeno singoletto e tripletto ed inibire tutti i ROM. 
L’A. rispetto alle altre Xantofille già utilizzate come antiossidanti, producono un effetto di gran lunga superiore, attribuitole dalla particolare struttura molecolare precedentemente descritta.

La capacità della A. di neutralizzare i radicali liberi risiede nell’intrappolamento di quest’ultimi a livello della propria catena lipofila e il conseguente trasferimento dell’elettrone spaiato alla porzione polare che trasforma l’A. in una forma reattiva intermedia, in grado di interagire con altre molecole antiossidanti idrosolubili.
Ulteriori attività della molecola di A. sono un potente effetto antinfiammatorio e l’inibizione della lipoperossidazione al fine di proteggere le membrane mitocondriali e il DNA dal danno fotoindotto.
Uno studio comparativo ha largamente dimostrato che l’A. è un potente “spazzino” di ossigeno singoletto e la sua efficacia è il doppio del beta carotene e della zeaxantina e  da 100 a 500 volte superiore all’attività promossa dalla Vitamina E, nel prevenire la perossidazione degli acidi grassi.(4)

Applicazioni  e Aspetti Tossicologici
Una delle maggiori applicazioni in campo medico della A. riguarda la sua somministrazione per contrastare la comparsa dei tipici segni di senescenza cutanei, dovuta all’azione dannosa dei radicali liberi.
Confermato il grande potere antiossidante della A. si sono indagate e ampiamente dimostrate le sue qualità benefiche che contribuiscono al mantenimento dello stato di salute. Molti studi preclinici hanno valutato la tollerabilità e il profilo tossicologico della A. sottoponendola a test mutageni e teratogeni.
I risultati hanno evidenziato alcuno effetto tossico, genotossico o collaterale, definendo una molecola di grande sicurezza.
Sono stati successivamente condotte sperimentazioni  per chiarire il ruolo  della A. nelle neoplasie e i dati in modelli animali mostrano  esiti convincenti e stabiliscono che l’A. non solo è in grado di modulare la progressione della malattia ma ne è essa stessa un fattore preventivo e di protezione contro l’insorgenza. (2)
Infine sembra probabile un influenza dell’A anche sul sistema immunitario, in quanto si suppone in grado di stimolare i linfociti T e di ripristinare risposte umorali in soggetti immunocompromessi.(6)

Conclusioni
Fra tutti i C., la  crescente diffusione della A., viene spiegata attraverso considerazioni di farmacocinetica e sicurezza.
Si differenzia infatti per le sue esclusive caratteristiche chimiche e fisiche che la rendono più efficace di sostanze come il beta carotene e la vitamina E universalmente ritenute molecole antiossidanti. L’A. rappresenta la nuova frontiera dell’attività terapeutica anti radicali liberi, sperimentalmente riconosciuta. Per questo detta sostanza si pone, nel panorama mondiale della lotta all’invecchiamento, come la molecola del benessere dall’ indubbio futuro farmacologico. 

Bibliografia
1. Britton, G. (1995). Structure and properties of carotenoids in relation to function. FASEB J., 9:1551-1558.
2. Nishino, H. (1998) Cancer prevention by carotenoids. Mutat. Res., 402:159-163.
3. Ames, B. N., Shigenaga, M. K., and Hagen, T. M. (1993) Oxidants, antioxidants, and the degenerative diseases of aging. Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 90(17):7915-7922.
4. Terao, J. (1989) Antioxidant activity of beta-carotene-related carotenoids in solution. Lipids, 24: 659-661.
5. Coyle, J. T. and Puttfarcken, P. (1993) Oxidative stress, glutamate, and neurodegenerative disorders. Science, 262:689-695.
6. Jyonouchi H., Sun S., Mizokami M., and Gross M. D. (1996) Effects of various carotenoids on cloned, effector-stage T-helper cell activity. Nutr. Cancer, 26(3):313-324.
7. Conn , P. F., Schalch, W., and Truscott, T. G. (1991) The singlet oxygen and carotenoid interaction. J. Photochem. Photobiol. B, 11:41-47.
8. Kobayashi, M., Kakizono, T., Hishio, N., Nagai, S., Kurimura, Y., and Tsuji, Y. (1997) Antioxidant role of astaxanthin in the green alga Haematococcus pluvialis. Appl. Microbiol. Biotechnol., 48:351-356.

 
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