Estudio del potencial antiproliferativo de extractos obtenidos de residuos frutícolas desde las perspectivas de la química verde y la alimentómica

Abstract

En este trabajo se presenta una estrategia multianalítica para la valorización de subproductos de frutas, entre los que se incluyen la almendra de la semilla de mango (Mangifera indica L.), el cáliz de uchuva (Physalis peruviana L.) y las semillas de curuba (Passiflora mollissima (Kunth) L. H. Bailey). La plataforma propuesta está basada en la combinación de (i) herramientas de modelamiento (parámetros de solubilidad de Hansen) para guiar los procesos de extracción; (ii) extracción verde con fluidos comprimidos, como la extracción con líquidos presurizados (PLE) y el fraccionamiento supercrítico antisolvente (SAF); (iii) la determinación de contenidos totales de fenoles y de flavonoides, así como la determinación in vitro de la actividad antioxidante; (iv) la obtención del perfil fitoquímico de los extractos empleando cromatografía líquida/gaseosa acoplada a espectrometría de masas de alta resolución; y (v) y la evaluación de la actividad antiproliferativa contra células humanas de cancer de colon (células HT-29). Adicionalmente, estudios alimentómicos exhaustivos fueron llevados a cabo para investigar los cambios inducidos a niveles de la expresión génica y metabólica en células HT-29 luego del tratamiento con los extractos de mayor potencial antiproliferativo. La extracción con PLE en dos etapas permitió obtener fracciones no polares (lípidos y ácidos grasos) y polares (polifenoles) a partir de la almendra de M. indica y de las semillas de P. mollissima. n-Heptano (20 min a 100 °C) y ciclohexano (20 min a 100 °C) fueron los solventes más apropiados para el proceso de desengrasado de la almendra de M. indica y de las semillas de P. mollissima, respectivamente. Los extractos polares obtenidos en condiciones óptimas a partir de la almendra de M. indica (100% EtOH a 150 °C), de las semillas de P. mollissima (100% EtOH a 150 °C), y del cáliz de P. peruviana (75:25 EtOH:EtOAc v/v a 125 ºC) mostraron rendimientos de extracción satisfactorios y adecuada actividad antioxidante con concentraciones notables de compuestos bioactivos. Los compuestos bioactivos más abundantes en el extracto de M. indica fueron xantonas, ácidos fenólicos, flavonoides, derivados de ácido gálico y galotaninos; en el extracto de P. mollissima fueron flavanoles, dímeros y trímeros de proantocianidinas; mientras que en el extracto de P. peruviana fueron witanólidos, ésteres de sacarosa y flavonoides. Los extractos PLE óptimos exhibieron actividad antiproliferativa contra células HT-29: almendra de M. indica (IC50 = 28.67 g/mL a 72 h), semillas de P. mollissima (IC50 = 39.29 g/mL a 48 h), y cálix de P. peruviana (IC50 = 6.17 g/mL a 48 h). La actividad antiproliferativa del extracto PLE de mango fue mejorada mediante un proceso SAF logrando un incremento del efecto inhibitorio sobre la proliferación celular (70.51%) al mismo valor de IC50. Los estudios alimentómios mostraron cambios a nivel de la expresión transcriptómica y metabólica de las células HT-29 tratadas con los extractos PLE. El extracto de P. mollissima alteró genes, como MAD2L1, involucrados en el metabolismo del glutatión y de las poliaminas, o la inactivación del factor de transcripción NUPR1 que podría estar relacionado con la alteración de los niveles intracelulares de ceramidas en respuesta al estrés del retículo endoplasmático. Por otra parte, el extracto de P. peruviana alteró procesos metabólicos importantes, sugiriendo la inactivación de la ruta del aminoacil-tRNA cargado, disfunción en el sistema de carnitina y de la beta-oxidación de ácidos grasos y deterioro de la interconversión de ribonucleótidos de pirimidina.

A multi-analytical strategy for the valorisation of fruit by-products including mango seed kernel (Mangifera indica L.), goldenberry calyx (Physalis peruviana L.), and banana passion fruit seeds (Passiflora mollissima (Kunth) L. H. Bailey) is presented in this work. The proposed platform is based on the combination of (i) modelling tools (Hansen Solubility Parameters) for guiding extraction process; (ii) green compressed fluids extraction, such as Pressurized liquid extraction (PLE) and Supercritical antisolvent fractionation (SAF); (iii) determination of total phenolic content and total flavonoids, as well as the in vitro evalution of antioxidant activity; (iv) liquid chromatography/gas chromatography coupled to high resolution mass spectrometry for phytochemical profiling of the extracts; and (v) antiproliferative activity against human colon cancer cells (HT-29 cells). In addition, comprehensive Foodomics studies were carried out to investigate the changes induced at gene and metabolite expression levels on HT-29 cells upon treatment with the extracts with greater antiproliferative potential. Two steps PLE process allowed to recover the non-polar fraction (fatty acids and lipids) and the polar fraction (polyphenols) from M. indica kernel and P. mollissima seeds. n-Heptane (20 min at 100 °C) and cyclohexane (20 min at 100 °C) were the most suitable solvents for the defatting processes of M. indica kernel and P. mollissima seeds, respectively. The polar extracts obtained under optimal PLE conditions from M. indica kernel (100% EtOH at 150 °C), P. mollissima seeds (100% EtOH at 150 °C) and P. peruviana calyx (75:25 EtOH:EtOA v/v at 125 ºC) showed satisfactory extraction yields and good antioxidant activity with notably concentrations of bioactive compounds. The most abundant compounds in M. indica extract were xanthones, phenolic acids, flavonoids, gallate derivatives and gallotannins; while in P. mollissima extract they were flavanols, proanthocyanidins dimers and trimers; and in P. peruviana extract they were withanolides, sucrose esters and flavonoids. The optimum-PLE extracts exhibited antiproliferative activity against HT-29 cells, as follows: M. indica kernel (IC50 = 28.67 g/mL at 72 h), P. mollissima seeds (IC50 = 39.29 g/mL at 48 h), and P. peruviana calyx (IC50 = 6.17 g/mL at 48 h). The antiproliferative activity of mango PLE-extract was enhanced by a SAF process increasing the inhibitory cell proliferation effect (70.51%) at the same IC50 value. The foodomics studies showed the molecular changes induced at transcript and metabolite expression levels on HT-29 human cells treated with PLE-extracts. P. mollissima extract altered genes, such as MAD2L1, involved in the polyamine and glutathione metabolism, or the inactivation of the NUPR1 transcription factor, that might be related with the alteration of the intracellular ceramide levels in response to endoplasmic reticulum stress. On the other hand, P. peruviana extract exerted alteration on relevant metabolic processes, suggesting inactivation of aminoacyl tRNA charging pathway, dysfunction on carnitine shuttle and beta-oxidation of fatty acids, and pyrimidine ribonucleotide interconversion impairment.