Aprovechamiento de especies vegetales de la región norpatagónica para la obtención de antioxidantes naturales mediante procesos ambientalmente favorables

Abstract

En la última década, la química sostenible (también llamada química verde) ha atraído un gran interés en muchas áreas, en las que se incluyen los antioxidantes naturales. Principalmente, porque numerosos estudios indican que los antioxidantes pueden retrasar o prevenir las patologías más prevalentes de la humanidad. Los objetivos de esta tesis fueron analizar el poder antioxidante de extractos vegetales derivados de plantas nativas y obtenidos mediante procesos “verdes”, seleccionar aquellos extractos con actividad antioxidante alta, estudiar su efecto citoprotector frente a diversas sustancias oxidantes, realizar ensayos para anticipar posibles aplicaciones y subfraccionar los extractos activos para obtener fracciones enriquecidas en esta actividad. Se analizaron extractos de especies vegetales nativas de Argentina y de la región norpatagónica que son utilizadas tradicionalmente con fines medicinales, principalmente como antiinflamatorios, tales como Larrea cuneifolia, Larrea nitida, Grindelia chiloensis, Pteromonnina dictyocarpa, Mandevilla laxa y Monttea aphylla. Por otra parte, se examinaron distintos tejidos de las semillas comestibles (piñones) de Araucaria araucana, una especie de conífera icónica de la Patagonia Argentina y Chilena, comúnmente conocida como “Pehuén”. Se profundizaron los estudios en estas semillas por presentar actividad antioxidante en todos sus tejidos, incluidas las cáscaras que son normalmente descartadas como residuos de su industrialización gastronómica. Se determinó la composición química mediante espectrofotometría, cromatografía líquida de alta resolución y espectrometría de fluorescencia de rayos X. La actividad biológica de extractos elaborados a partir de cáscaras de piñones y/o de fracciones purificadas se evaluó en modelos in vitro e in vivo de estrés oxidativo. Se determinaron marcadores redox en células mamíferas expuestas a arsénico y en glándulas salivales de ratas tratadas con ciclofosfamida (fármaco oncológico). La toxicidad aguda se descartó mediante pruebas in vitro y tinción fluorescente doble. También se analizó la capacidad de inhibir la corrosión de metales. Además, se obtuvieron cultivos celulares a partir de piñones por biotecnología, como método biosustentable de obtención de metabolitos de interés industrial. Los resultados mostraron que las especies vegetales analizadas son ricas en polifenoles, con alto poder antioxidante y baja toxicidad, excepto G. chiloensis. Las cáscaras de los piñones, residuos de su industrialización, resultaron ser una fuente importante de antioxidantes, con los mayores niveles de fenoles y flavonoides y el mayor poder antioxidante de la semilla (hasta 404 μg equivalente de ácido ascórbico por mg de cáscara vs. 1,14 en la porción comestible). Además, ningún tejido del piñón, tanto de la parte comestible como de los residuos gastronómicos, mostró toxicidad in vitro en las líneas celulares mamíferas evaluadas. Se encontró que los oligoelementos de importancia nutricional como Na, Mg, P, S, Cl, K y Ca son constituyentes mayoritarios en la cáscara y en la porción comestible (embrión y endosperma) del piñón. El extracto de la cáscara presentó alto contenido de ácido gálico, catequina, quercetina y taninos. En consistencia con estos resultados, el extracto de la cáscara del piñón mostró una significativa protección in vivo e in vitro contra el daño oxidativo y también fue capaz de inhibir la corrosión del acero en medio ácido. Por último, fue posible obtener metabolitos secundarios in vitro a partir de células desdiferenciadas de piñón, con mayor actividad antioxidante y concentración de compuestos fenólicos, en comparación con los obtenidos del tejido originario de la semilla. Se concluye que especies vegetales usadas en medicina popular de la Norpatagonia, contienen elevado poder antioxidante y que los residuos biológicos de piñón son una fuente atractiva de antioxidantes naturales de bajo costo, con posibles aplicaciones nutracéuticas, farmacológicas y para la protección contra la corrosión de metales. Por otro lado, se demuestra que los metabolitos del piñón pueden ser obtenidos in vitro, como método biosustentado y ecológicamente favorable.

In the last decade, sustainable chemistry (also called green chemistry) has attracted great interest in many areas, including natural antioxidants. Mainly, because numerous studies indicate that antioxidants can delay or prevent the main pathologies of humanity. The objectives of this thesis were to analyze the antioxidant power of extracts derived from native species and obtained using green processes, to select those extracts with high activity, to analyze their cytoprotective effect against various oxidizing substances, to carry out tests to anticipate possible applications and to sub-fractionate the active extracts to obtain fractions enriched in this activity. Extracts of plant species from the North Patagonian region that are traditionally used for medicinal purposes mainly as anti-inflammatories, were analyzed, such as Larrea cuneifolia, Larrea nitida, Grindelia chiloensis, Pteromonnina dictyocarpa, Mandevilla laxa and Monttea aphylla. On the other hand, different seed (piñones) tissues of Araucaria araucana, an iconic conifer from Argentine and Chilean Patagonia, commonly known as “Pehuén” and the residues of its industrialization in gastronomy were examined. Its chemical composition was determined by spectrophotometry, high performance liquid chromatography and X-ray fluorescence spectrometry. Biological activity of extracts obtained from piñon coat and/or its purified fractions was evaluated in in vitro and in vivo models of oxidative stress. Redox markers were determined in mammalian cells exposed to arsenic and in salivary glands of rats treated with cyclophosphamide (an oncological drug). Acute toxicity was discarded using in vitro tests and double fluorescent staining. The inhibitory properties of metal corrosion of extracts were also analyzed. Furthermore, cell cultures were obtained by biotechnology from piñones, as a bio-sustainable method for obtaining metabolites of industrial interest. The results showed that the analyzed plant species are rich in polyphenols, with high antioxidant power and low toxicity, except for G. chiloensis. Piñones coats, residues of its industrialization, turned out to be an important source of antioxidants, showing the highest levels of phenols and flavonoids and the highest antioxidant power of the seed (up to 404 μg of ascorbic acid equivalent per mg of coat vs. 1,14 in the edible part). Furthermore, no tissue, both in the edible part and in the gastronomic residues, showed in vitro toxicity in the mammalian cell lines evaluated. It was found that oligoelements with nutritional importance like Na, Mg, P, S, Cl, K and Ca were the major elements encountered in piñones coats and in the edible parts (embryo and endosperm). Piñon coat extract had a high content of gallic acid, ferulic acid, catechin, quercetin and tannins. According with these results, piñón coat extract showed significant in vivo and in vitro protection against oxidative damage and was able to inhibit steel corrosion in acid medium. Finally, it was possible to obtain secondary metabolites in vitro from dedifferentiated piñones cells with highest antioxidant activity and phenolic content compared with the tissue extracted from the seed. It can be concluded that the analyzed plant species used in traditional medicine in Norpatagonia contain high antioxidant activity and that piñon biowaste is an attractive source of low-cost natural antioxidants with potential nutraceutical, medical, and metal corrosion protection applications. On the other hand, it is shown that piñon antioxidants can be obtained in vitro, as a biosustained and ecologically favorable method.