Abstract The recent use of photosynthetic organisms such as Chlamydomonas reinhardtii in biomedical applications has demonstrated their potential for the treatment of acute and chronic tissue hypoxia. Moreover, transgenic microalgae have been suggested as an alternative in situ drug delivery system. In this study, we set out to identify the best available combination of strains and expression vectors to establish a robust platform for the expression of human pro-angiogenic growth factors, i.e. hVEGF-165, hPDGF-B, and hSDF-1, in biomedical settings. As a case study, combinations of two expression vectors (pOpt and pBC1) and two C. reinhardtii strains (UVM4 and UVM11) were compared with respect to hVEGF-165 transgene expression by determination of steady-state levels of transgenic transcripts as well as immunological detection of recombinant proteins produced and secreted by the generated strains. The results revealed the combination of the UVM11-strain with the pBC1-vector to be the most efficient one for high level hVEGF-165 production. To assess the robustness of this finding, the selected combination was used to create hPDGF-B and hSDF-1 transgenic strains for optimized recombinant protein expression. Furthermore, biological activity and functionality of algal-produced recombinant pro-angiogenic growth factors were assessed by receptor phosphorylation and in-vitro angiogenesis assays. The results obtained revealed a potentiating effect in the combinatorial application of transgenic strains expressing either of the three growth factors on endothelial cell tube formation ability, and thus support the idea of using transgenic algae expressing pro-angiogenic growth factors in wound healing approaches.

In the field of biotechnology, recombinant proteins have revolutionized many industries, including pharmaceuticals, agriculture, and bioenergy. By producing high-value proteins in heterologous hosts, cell factories may offer a more efficient, cost-effective, scalable, and environmentally friendly solution to traditional protein production and extraction methods, which can be highly laborious and resource intensive. Microalgae have emerged as attractive hosts due to their Generally Recognized as Safe (GRAS) status, versatile metabolism, genetic diversity between species, ease of cultivation and scale-up, and general cost-effectiveness. For genetic engineering, their capability for complex protein synthesis and post-translational modifications and ease of transformation in comparison with chasses outside of their category make microalgae an advantageous solution on many fronts. Microalgae can be transformed to enable efficient protein expression, most commonly in the nucleus and the chloroplast, each with their specific advantages and limitations. The present literature review compiles some of the techniques, features, and latest advances related to recombinant protein production in microalgae, exploring different genetic transformation techniques and their limitations. Recombinant protein production is only one of the many processes that can become more sustainable and efficient by using microalgae as a platform.