Nuevos enfoques analíticos en la evaluación del potencial de compuestos bioactivos procedentes de fuentes vegetales para el desarrollo de productos de alto valor añadido
- Autores: Carmen Villegas Aguilar
- Directores de la Tesis: David Arráez Román (codir. tes.), María de la Luz Cádiz Gurrea (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Granada ( España ) en 2024
- Idioma: español
- ISBN: 9788411957021
- Número de páginas: 483
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ana María García Campaña (presid.), Alberto Zafra Gómez (secret.), Francisco Abraham Tomás Barberán (voc.), Ana Rodríguez Mateos (voc.), Cristina Andrés Lacueva (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química por la Universidad de Granada
- Calificación: Sobresaliente Cum Laude
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: DIGIBUG
- Resumen
Resumen La presente memoria recoge los resultados obtenidos durante la elaboración de la tesis doctoral titulada ''Nuevos enfoques analíticos en la evaluación del potencial de compuestos bioactivos procedentes de fuentes vegetales para el desarrollo de productos de alto valor añadido''. En ella, se ha llevado a cabo tanto un enfoque tradicional como uno innovador para estudiar el perfil fenólico de distintos extractos vegetales y su potencial efecto beneficioso en enfermedades crónicas. Esta memoria se ha dividido en dos grandes secciones: introducción y parte experimental.
En la sección de INTRODUCCIÓN, primero se describe el papel de los compuestos fenólicos en la prevención y/o tratamiento de diversas enfermedades crónicas, destacando su potencial antioxidante, antiinflamatorio, neuroprotector y anticancerígeno, así como su efecto pleiotrópico. También se introduce el concepto de biodisponibilidad y las principales reacciones metabólicas que pueden experimentar estos compuestos. Además, se destaca la nanoencapsulación como estrategia para optimizar su biodisponibilidad. A continuación, se detalla el enfoque metodológico tradicional para el estudio de los compuestos fenólicos, incluyendo la selección de matrices vegetales, la extracción de los compuestos fenólicos de estas matrices, la determinación analítica, la evaluación de sus propiedades bioactivas tanto in vitro como in vivo y finalmente el desarrollo de productos de alto valor añadido. Por último, se expone un nuevo enfoque metodológico para el análisis de los compuestos fenólicos, subrayando la aplicación de la metabolómica para el estudio del metabolismo y la biodisponibilidad de estos compuestos fenólicos en ensayos de intervención nutricional. La metodología adoptada en la presente tesis doctoral se basa en estrategias metabolómicas no dirigidas, por lo que se detalla el flujo de trabajo asociado a este tipo de aproximación.
En la PARTE EXPERIMENTAL se presentan los trabajos, organizados en capítulos, realizados durante la tesis doctoral, y que está a su vez dividida en dos bloques. El BLOQUE A se centra en el empleo de un enfoque metodológico tradicional para el estudio de la bioactividad de los compuestos fenólicos presentes en los extractos vegetales Hibiscus sabdariffa, Theobroma cacao, Silybum marianum, Lippia citriodora and Olea europaea, mientras que en el BLOQUE B se lleva a cabo un nuevo enfoque metodológico para el análisis de los compuestos fenólicos, llevando a cabo la búsqueda, identificación y evaluación de la capacidad anticancerígena de los metabolitos derivados de los compuestos fenólicos presentes en el plasma tras un ensayo de intervención nutricional agudo.
El BLOQUE A se compone de tres capítulos. El Capítulo 1 recopila información sobre el efecto ejercido por los compuestos fenólicos de las cinco matrices objeto de estudio de la tesis doctoral y sus metabolitos sobre las principales rutas metabólicas implicadas en el metabolismo energético, la respuesta inflamatoria, el envejecimiento y su relación con las propiedades biológicas reportadas en enfermedades crónicas de alta prevalencia. Se destaca el efecto pleiotrópico que presentan los compuestos fenólicos en numerosos estudios in vitro e in vivo.
En el Capítulo 2 se analizó el potencial bioactivo antioxidante, antiinflamatorio y neuroprotector de los cinco extractos vegetales previamente mencionados, los cuales presentan diferentes perfiles fenólicos (determinados mediante HPLC-ESI-QTOF-MS). Además, se estudiaron los mecanismos de relación entre la estructura y la bioactividad de los compuestos fenólicos presentes en estas fuentes vegetales.
En el Capítulo 3 se llevó a cabo el desarrollo de nanovesículas utilizando extracto de hoja de O. europaea, con el fin de explorar sus potenciales propiedades anticancerígenas, concretamente en cáncer de mama, empleando tanto líneas celulares tumorales como no tumorales para comprobar la eficacia antitumoral selectiva. Este trabajo se realizó en colaboración con el Departamento de Bioquímica y Biología Molecular I de la Universidad de Granada gracias a un ''Proyectos de Investigación Precompetitivos para Jóvenes Investigadores'' concedido por la Universidad de Granada.
El BLOQUE B consta de tres capítulos y se centra en el estudio de los metabolitos identificados presentes en plasma después de la administración de extractos vegetales de H. sabdariffa, S. marianum, T. cacao, L. citriodora y O. europaea, dentro de un ensayo de intervención nutricional agudo en humanos enmarcado en el Proyecto De Investigación del Plan Nacional (RTI2018-096724-B-C22) financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades.
En el Capítulo 4 se utilizó una estrategia metabolómica no dirigida basada en HPLC-ESI-QTOF-MS para estudiar la biodisponibilidad y el metabolismo de los compuestos bioactivos de las plantas H. sabdariffa, S. marianum y T. cacao en muestras de plasma recogidas de un estudio de intervención nutricional agudo en humanos. Este enfoque permitió identificar y seleccionar las variables significativas asociadas a los metabolitos exógenos derivados del consumo de estos compuestos bioactivos para su posterior identificación.
En el Capítulo 5 también se empleó una estrategia metabolómica no dirigida basada en HPLC-ESI-QTOF-MS para detectar metabolitos comunes biodisponibles de los extractos de L. citriodora y O. europaea en muestras de plasma recogidas a diferentes tiempos en un ensayo de intervención nutricional agudo en humanos.
Por último, en el Capítulo 6 se realizó una evaluación in vitro de la actividad anticancerígena en líneas celulares de cáncer de páncreas de los metabolitos biodisponibles en base a los resultados obtenidos en el Capítulo 5. Así, se llevó a cabo una selección de los metabolitos identificados en el Capítulo 5 presentes en plasma derivados de un ensayo de intervención nutricional agudo en humanos con extractos de L. citriodora y O. europaea. Además, se incluye un anexo a este capítulo en el que se presentan los resultados obtenidos de la actividad anticancerígena en líneas celulares de cáncer de páncreas de otros metabolitos identificados en los Capítulos 4 y 5. Este capítulo se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Davis (California, EEUU) gracias a una estancia predoctoral de tres meses realizada en el año 2023 y financiada por el Ministerio de Universidades (''Estancias Breves FPU'').
Summary The present report presents the results obtained during the preparation of the doctoral thesis entitled ''New analytical approaches in the evaluation of the potential of bioactive compounds from plant sources for the development of high value-added products''. Both traditional and innovative approaches have been used to study the phenolic profile of different plant extracts and their potential beneficial effect on chronic diseases. This report has been divided into two main sections: introduction and experimental part.
The INTRODUCTION section first describes the role of phenolic compounds in the prevention and/or treatment of various chronic diseases, highlighting their antioxidant, anti-inflammatory, neuroprotective and anticarcinogenic potential, as well as their pleiotropic effect. The concept of bioavailability and the main metabolic reactions that these compounds can undergo are also introduced. Furthermore, nanoencapsulation is highlighted as a strategy to optimise their bioavailability. Next, the traditional methodological approach to the study of phenolic compounds is detailed, including the selection of plant matrices, the extraction of phenolic compounds from these matrices, the analytical determination, the evaluation of their bioactive properties both in vitro and in vivo and finally the development of high added value products. Finally, a new methodological approach for the analysis of phenolic compounds is presented, highlighting the application of metabolomics for the study of the metabolism and bioavailability of these phenolic compounds in nutritional intervention studies. The methodology adopted in this doctoral thesis is based on untargeted metabolomics strategies, and the workflow of this approach is detailed.
The EXPERIMENTAL PART presents the studies, organised into chapters, carried out during the doctoral thesis, which is in turn divided into two blocks. SECTION A focuses on the use of a traditional methodological approach to study the bioactivity of phenolic compounds present in the plant extracts Hibiscus sabdariffa, Theobroma cacao, Silybum marianum, Lippia citriodora and Olea europaea, while in SECTION B a new methodological approach for the analysis of phenolic compounds is carried out, searching for, identifying and evaluating the anticancer capacity of metabolites derived from phenolic compounds present in plasma after an acute nutritional intervention study.
SECTION A is composed of three chapters. Chapter 1 compiles information on the effect exerted by the phenolic compounds of the five matrices studied in this PhD thesis and their metabolites on the main metabolic pathways involved in energy metabolism, inflammatory response, ageing and their relationship with the biological properties reported in highly prevalent chronic diseases. The pleiotropic effects of phenolic compounds, as demonstrated in numerous in vitro and in vivo studies, are highlighted.
Chapter 2 analysed the antioxidant, anti-inflammatory and neuroprotective bioactive potential of the five plant extracts mentioned above, which have different phenolic profiles (determined by HPLC-ESI-QTOF-MS). Additionally, the structure-activity relationship mechanisms of the phenolic compounds present in these plant sources were studied.
In Chapter 3, the development of nanovesicles using O. europaea leaf extract was carried out in order to explore their potential anticancer properties, specifically in breast cancer, using both tumour and non-tumour cell lines to test their selective antitumour efficacy. This work was conducted in collaboration with the Department of Biochemistry and Molecular Biology I at the University of Granada, thanks to a "Proyectos de Investigación Precompetitivos para Jóvenes Investigadores" granted by the University of Granada.
SECTION B comprises three chapters and focuses on the study of metabolites identified in plasma after the administration of plant extracts from H. sabdariffa, S. marianum, T. cacao, L. citriodora, and O. europaea in an acute nutritional intervention study in humans within the framework of the National Plan Research Project (RTI2018-096724-B-C22) funded by the Ministry of Science, Innovation and Universities. In Chapter 4, an untargeted metabolomics strategy based on HPLC-ESI-QTOF-MS was employed to investigate the bioavailability and metabolism of the bioactive compounds from H. sabdariffa, S. marianum, and T. cacao in plasma samples collected from an acute nutritional intervention study in humans. This approach enabled the identification and selection of significant variables associated with the exogenous metabolites derived from the consumption of these bioactive compounds for further identification.
In Chapter 5, an untargeted metabolomics strategy based on HPLC-ESI-QTOF-MS was also employed to detect common bioavailable metabolites from the extracts of L. citriodora and O. europaea in plasma samples collected at different time points in an acute nutritional intervention study in humans.
Finally, in Chapter 6, an in vitro evaluation of the anticancer activity of bioavailable metabolites in pancreatic cancer cell lines was performed based on the results obtained in Chapter 5. A selection of the metabolites identified in Chapter 5 present in plasma derived from an acute nutritional intervention study in humans with L. citriodora and O. europaea extracts was carried out. In addition, an appendix to this chapter presents the results obtained on the anticancer activity in pancreatic cancer cell lines of other metabolites identified in Chapters 4 and 5. This chapter was carried out in collaboration with the University of Davis (California, USA) thanks to a three-month pre-doctoral stay in 2023 funded by the Spanish Ministry of Universities (''Estancias Breves FPU'').
