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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA Estudio de los componentes del Pittocaulon praecox (palo loco) y su actividad citotóxica TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE QUÍMICA DE ALIMENTOS PRESENTA CINTIA SAMANTHA GONZALEZ IZQUIERDO CIUDAD DE MÉXICO AÑO 2019 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Profesor: Manuel Jiménez Estrada VOCAL: Profesor: Irene Sara Audelo Méndez SECRETARIO: Profesor: Juan Diego Ortiz Palma Pérez 1er. SUPLENTE: Profesor: Rafael Omar Arcos 2° SUPLENTE: Profesor: Oscar González Antonio SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: LABORATORIO DE PRODUCTOS NATURALES 2-10 INSTITUTO DE QUÍMICA, UNAM ASESOR DEL TEMA: Dr. Manuel Jiménez Estrada SUPERVISOR TÉCNICO (Si lo hay): M. en C. Jesús Javier Alvarado Sansininea SUSTENTANTE (S): Cintia Samantha González Izquierdo Agradecimientos Este proyecto de investigación fue financiado por SEP-CONACYT Investigación Científica Básica No. CY-253979: “Productos Naturales como agentes antitumorales”. Al proyecto No. CY-253979: “Productos Naturales como agentes antitumorales”, por la beca otorgada para estudios de licenciatura. Al Sistema Nacional de Investigadores CONACYT por otorgar un estímulo económico como ayudante de investigador nacional nivel III (EXP: AYTE. 15751). Al personal técnico del Instituto de Química de la UNAM en los laboratorios de: Resonancia Magnética Nuclear: Dra. Beatriz Quiroz García, Dra. Isabel Chávez Uribe, Dr. Rubén Gaviño Ramírez Espectroscopia y Polarimetría: Q.F.B. Ma del Rocío Patiño Maya Cromatografía de gases y líquidos: M en C. Lucia del Carmen Márquez Pruebas Biológicas: M en C. Ma Teresa Ramírez Apan, M en C. Antonio Nieto Camacho Al Dr. Luis Sánchez Sánchez y a los integrantes del laboratorio 7, tercer piso de biología molecular del cáncer FES Zaragoza de la UNAM. Espectrometría de masas: Ing. Q. Luis Velasco Ibarra, Dr. Francisco Javier Pérez Flores, Dra. Ma del Carmen García González LANCIQ: M. en C. Heriberto Tapia Dedicatorias Este trabajo se lo dedico principalmente a mis padres Francisco y Maria. Los cuales siempre me han apoyado incondicionalmente, ellos que siempre vieron y se preocuparon por que llegara a culminar con lo que en un principio fue un sueño muy lejano. También se lo dedico a mis hermanos, Cristian, Carina y Hugo. Siempre las mejores personas en las que puedo confiar y que nunca me dejaran a mi suerte. No solamente son mis hermanos son los mejores amigos. Sin olvidar a mi amigo y pareja en toda esta aventura Carlos Abraham, que aunque hemos tenido problemas siempre me ha alentado a seguir adelante. Al Dr. Manuel Jiménez Estrada, por su gran apoyo, amistad y confianza durante la realización de esta tesis. Índice Lista de abreviaturas ........................................................................................................................ 1 Lista de esquemas ............................................................................................................................... 3 Lista de figuras .................................................................................................................................... 3 Lista de imágenes ................................................................................................................................ 4 Lista de tablas ...................................................................................................................................... 5 Resumen ........................................................................................................................................... 6 Introducción ..................................................................................................................................... 7 Productos Naturales ..................................................................................................................... 7 Flora en México ............................................................................................................................ 7 Pittocaulon praecox ...................................................................................................................... 8 Metabolitos secundarios .............................................................................................................. 9 Cáncer .......................................................................................................................................... 11 Acción mundial contra el cáncer .......................................................................................... 11 Datos y cifras sobre el cáncer .............................................................................................. 12 Cáncer, tercera causa de muerte en México. .................................................................... 14 Cáncer en México ................................................................................................................... 15 Lugar de colecta ......................................................................................................................... 17 Actividad biológica ...................................................................................................................... 18 Toxicología .................................................................................................................................. 18 Compuestos vegetales utilizados en el tratamiento del cáncer .......................................... 19 Terpenos ...................................................................................................................................... 26 Sesquiterpenos ........................................................................................................................... 26 Eremofilanos ............................................................................................................................... 27 Furanoeremofilanos ................................................................................................................... 28 Compuestos identificados en el Pittocaulon praecox ....................................................................... 29 Justificación .................................................................................................................................. 37 Hipótesis ......................................................................................................................................... 37 Objetivo general ........................................................................................................................... 37 Objetivos particulares ................................................................................................................. 37 Material............................................................................................................................................. 38Sustancias ....................................................................................................................................... 38 Metodología ................................................................................................................................... 39 Identificación taxonómica y colección del material vegetal ................................................. 40 1er- Método de obtención del extracto enriquecido (E-2), de los compuestos de interés a partir del extracto E-1 ............................................................................................................. 41 2º- Método de obtención del extracto enriquecido E-3, a partir del extracto con acetato de etilo almacenado (E-1) ......................................................................................................... 42 Fraccionamiento de los Extractos E-1, E-2 y E-3 .................................................................. 42 Metodología General.............................................................................................................. 42 Análisis instrumentales y espectroscópicos ........................................................................... 43 Identificación de compuestos con efecto citotóxico .............................................................. 44 Medidas y pruebas de actividad biológica .............................................................................. 45 Cultivo de células tumorales provenientes de cérvix ............................................................ 45 Determinación de la concentración que abate el 50% del número celular de cultivos de células tumorales ........................................................................................................................ 45 Determinación de muerte celular por necrosis a través de la liberación de la enzima LDH ............................................................................................................................................... 46 Resultados ..................................................................................................................................... 48 Fraccionamiento por columna abierta del extracto enriquecido de Pittocaulon praecox ....................................................................................................................................................... 48 Prueba para determinar la presencia de alcaloides .............................................................. 51 Pruebas de citotoxicidad preliminares .................................................................................... 53 Citotoxicidad en Células HeLa ................................................................................................. 53 Determinación de la Necrosis mediante la liberación de la LDH ........................................ 55 Discusión de Resultados ........................................................................................................... 57 Discusión de resultados del fraccionamiento en columna ............................................... 57 Discusión de resultados de la identificación de los compuestos pertenecientes a la mezcla en estudio ................................................................................................................... 59 Discusión de resultados de pruebas biologías .................................................................. 69 Conclusiones ................................................................................................................................. 71 Perspectivas .................................................................................................................................. 72 Bibliografía ..................................................................................................................................... 73 Bibliografía de artículos ............................................................................................................. 73 Bibliografía de tesis .................................................................................................................... 76 Bibliografía de libros ................................................................................................................... 76 Bibliografía de páginas web ...................................................................................................... 76 Anexos ............................................................................................................................................... 78 1 Lista de abreviaturas %: porcentaje °C: grados Celsius 1 H: protón 13 C: carbono 13 Ac: acético AcOEt: acetato de etilo ADN: ácido desoxirribonucleico Ang: angelato AP: alcaloides de pirrolizidina ARN: ácido ribonucleico Ca: calcio CC: cromatografía en columna CCF: cromatografía en capa fina Ce (SO4)2: sulfato cerico CH2Cl2: Diclorometano Cm: centímetros CO2: Dióxido de carbono Conc: concentración COS-7: línea celular de riñón de mono Cte: constante D: doblete DMSO: dimetilsulfóxido Dr: doctor E-A: extracto de septiembre 2016 E-B: extracto de septiembre 2017 E-C: extracto de octubre 2017 E-D: extracto de enero 2018 E-1: extracto obtenido a partir de AcOEt E-2: extracto enriquecido por método de soxhlet E-3: extracto enriquecido a partir de E- 1 almacenado EM: espectrometría de masas g: gramos h: hora H2SO4: ácido sulfúrico HCT-15: línea celular cancerígena de colon HeLa: células de cáncer cérvico- uterino HPLC: cromatografía liquida de alta eficacia IBu: isobutirato IC50: concentración única especificada en un 50% INCan: instituto Nacional de Cancerología IR: infrarrojo J: constante de acoplamiento K 562: líneas celulares de leucemia KBr: bromuro de potasio Kg: kilogramo L: litro LDH: lactato deshidrogenasa 2 µL: micro litro µM: micro molar M: múltiple Mbar: milibar MCF-7: línea celular de mama M en C: maestro en ciencias Mg: magnesio MHz: mega Hertz Min: minuto mL: mililitros Mpl: como se denominó al solido blanco N: normal NaSO4: sulfato de sodio anhídrido NK: célula natural Killer Nm: nanómetro OMS: organización mundial de la salud P: presión p/v: peso / volumen pf: punto de fusión PC-3: línea celular de próstata Ppm: partes por millón Q: cuádruple REPSA: reserva ecológica del pedregal de san ángel RMN: resonancia magnética nuclear Rpm: revoluciones por minuto RPMI-1640: medio Roswell Park Memorial Institute 1640 S: singulete Sen: seneciato SKLU-1: línea celular de pulmón SNT: suero neonato de ternera T: temperatura T: triplete Tc: linfocitos t TLC: cromatografía en capa fina TMS: tetrametilsilano U 251: línea celular de glía de sistema nervioso central UNAM: Universidad Nacional Autónoma de México USA: Estados Unidos de América Uv: ultravioleta VIH: virus de inmunodeficiencia humana 3 Lista de esquemas Esquema 1. Principales moléculas aisladas (Ortega et al 1975)........................... 31 Esquema 2. Compuestos tipo furanoermofilanos, aislados y caracterizados por Bohlmann y Zdera ................................................................................................. 32 Esquema 3. Furanoermofilanops y alcaloides del tipo pirrolizidicos, descritos por Marín ..................................................................................................................... 33 Esquema 4. Reacción fotoquímica del éster angélico del furanoermofilano ......... 34 Esquema 5. Compuestos identificados en el P. praecox por M en C. Arciniega ... 35 Esquema 6. Forma estructural de los compuestos aislados y caracterizados del P. praecox .................................................................................................................60 Esquema 7. compuestos encontrados y descritos por Bohlmann y Arciniegas .... 61 Esquema 8. Estructuras de los furanoermofilanos encontrados principalmente en el tallo del P. praecox ................................................................................................ 63 Esquema 9. Compuestos encontrados en el palo loco, descritos por Bolhmann, entre ellos la adenostilidona .................................................................................. 66 Esquema 10. Isomería geométrica del 6β-metilacrilato-9-oxo-10αH- furanoermofilano ................................................................................................... 66 Esquema 11. Mezcla de furanoermofilanos encontrados en las fracciones de estudio de esta tesis .......................................................................................................... 68 Lista de figuras Figura 1. Alcaloides anticancerigenos en uso clínico aislados de fuentes vegetales (vinblastina, vincristina, homoharringtonina, camptotecina y analogos sintéticos (vindesina, vinolerbina, vinflunina, topotecan, irinotecan). .................................... 20 Figura 2. Compuestos fenólicos bioactivos contra diferentes tipos de cáncer. De tipo lignano (ácido nordihidroguayarético, podofilotioxina, etopósido, tenipósido); estilbeno (combrestatina A4, combrestatina A4P), y flavonoide (quercetina, genisteína, rohitukina, flavopiridol, fenoxodiol, P 276-00). .................................... 22 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611725 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611729 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611729 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611771 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611771 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611771 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611771 4 Figura 3. Agentes quimioterapéuticos aislados de especies vegetales de los géneros Taxus (paclitexel), Anonaceae (bullatacina) y analogos sintéticos (docetaxel, ortataxel .............................................................................................. 23 Figura 4. Compuestos anticancerigenos en diferentes fases de estudio clínico aislados de plantas medicinales. De tipo quinona (β-lapachona, timoquinona, embelina, iriasferina A, SAN5201); amida (piperina, piperlongumina); Oxigenados (alcohol perlílico, dilapiol, curcumina), y analogos sintéticos (NSC29156, NSC698249). ......................................................................................................... 25 Figura 5. Estructura del isopreno .......................................................................... 26 Figura 6.Principal esqueleto sesquiterpénico (Drimano) ....................................... 27 Figura 7. Estructura básica de los eremofilanos .................................................... 27 Figura 8.Furanoeremofilanos identificados en generos Senecio, Adenostyles y Euryops ................................................................................................................. 29 Figura 9.Constituyentes químicos del Pittocaulon praecox (palo loco) ................. 30 Lista de imágenes Imagen 1. Palo loco en época de floración ............................................................. 8 Imagen 2. Distribución de los casos de cáncer presentados en el 2002 a nivel mundial .................................................................................................................. 12 Imagen 3. Estimación mundial del número de casos probables de cáncer en el 2020 .............................................................................................................................. 13 Imagen 4. Estimación del número de casos de cáncer a nivel mundial del 2002 al 2020 ...................................................................................................................... 14 Imagen 5. Incidencia de cáncer en México ........................................................... 15 Imagen 6. Mapa de Ciudad Universitaria donde se muestra la REPSA ............... 17 Imagen 7. CCF de las fracciones obtenidas con el sistema de elución de la columna. Los recuadros en color rojo señalan a las fracciones seleccionadas para elucidar sus componentes mediante técnicas espectrometrícas y espectroscópicas. Los cuadros en lápiz son los componentes observados con la lámpara de la luz UV, a file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611777 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611777 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611828 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611829 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611829 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611830 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611830 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611831 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611831 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611832 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611833 5 una longitud de onda de 254 nm y los círculos en lápiz representan los compuestos observados con la lámpara de luz UV a una longitud de onda de 365 nm. ........... 48 Imagen 8. Cromatoplaca revelada con sulfato cerico Ce (SO4 )2 y calentamiento, donde se muestran los extractos obtenidos de la planta durante diferentes épocas del año. Los recuadros en lápiz son compuestos observados con la lámpara UV a una longitud de onda de 254 nm y los círculos son observados a una longitud de onda de 365 nm. ................................................................................................... 50 Imagen 9. Tubos con la adición del revelador de Dragendorff, donde 1 es el perteneciente al tabaco, el 2 al extracto enriquecido y 3 es el que contiene el extracto completo ................................................................................................................ 52 Imagen 10. Papel filtro donde se observa si hay presencia de sedimentos, que demuestren la presencia de alcaloides, estos siguen la misma secuencia de los tubos, presentados en la imagen 9. ...................................................................... 52 Lista de tablas Tabla 1. Resumen del fraccionamiento del extracto enriquecido por cromatografía en columna abierta, para la separación de los compuestos de interés ................. 43 Tabla 2. Rendimiento de las fracciones donde se observó por medio de TLC, la mezcla de interés .................................................................................................. 49 Tabla 3. Prueba preliminar de las fracciones elegidas, donde se muestra el porcentaje de inhibición del crecimiento por la línea celular, en diferentes células cancerígenas. Nc: no citotóxica. DMSO, como vehículo. ...................................... 53 Tabla 4. Datos de RMN 1H, 13C y experimentos en dos dimensiones, comparando con los datos obtenidos de la bibliografía ............................................................. 64 Tabla 5. Datos de RMN, donde se muestran las señales de los diferentes compuestos denominados como 13c, 13d, 13e .................................................... 65 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611883 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611883 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611884 file:///F:/tesis%202019.docx%23_Toc536611884 6 Resumen Actualmente el cáncer es una enfermedad que representa un problema de salud pública a nivel mundial, y es una de las tres principales causas de muerte en nuestro país. Por ello en este trabajo se investigó una de las muchas plantas endémicas de México, que genera numerosos metabolitos secundarios, se les hicieron pruebas de efectos citotóxicos sobre células cancerígenas y no toxicidad para el organismo. Se eligió una planta que crece principalmente en la zona central de México, que pertenece al género Pittocaulon, antes clasificada en el amplio genero Senecio y comúnmente conocida como palo loco o palo bobo (Pittocaulonpraecox), que se le han realizado algunos estudios y no tiene ninguna explotación comercial. Se realizó la extracción de solo los tallos de esta planta, en diferentes épocas del año con acetato de etilo, estos extractos se fraccionaron por CC, debido a que su composición química es muy compleja, como lo demuestran los estudios fitoquímicos previos descritos. El extracto mostró actividad citotóxica, lo que motivó fraccionar la mezcla para establecer la estructura química de los compuestos causantes de dicha actividad. 7 Introducción Productos Naturales Un producto natural es cualquier sustancia aislada de organismos vivos, ya sea bacterias, hongos, líquenes, plantas o animales. El término es usado por los químicos desde finales del siglo XVIII hasta nuestros días, ya que desde entonces se emplean los procedimientos experimentales de las ciencias químicas para la extracción, aislamientos y caracterización estructural de las sustancias. También se les denomina sustancias secundarias, debido, al menos en parte, a su acumulación en las especies a partir de las cuales se obtienen. Con el fin de enfatizar su origen biosintético, se ha empleado el término de metabolito secundario, considerando que estas sustancias derivan del metabolismo secundario de seres vivos. Los productos naturales son sustancias que permiten el intercambio de información entre los seres vivos, y manifiestan una o varias actividades biológicas. Es decir, pueden penetrar en los ambientes celulares de otros organismos vivos, e interactuar con un receptor blanco o blanco molecular, el cual generalmente puede ser una proteína (oligopeptido), ácido nucleico (ADN O ARN), membrana lipídica, o algún intermediario del metabolismo (coenzima o cofactor), lo cual genera una respuesta (favorable o desfavorable) en el metabolismo del receptor.1 Flora en México En México existen 35 000 especies de plantas superiores. Esta diversidad vegetal interacciona directamente con el entorno. Algunas de ellas se han utilizado de manera ancestral contra el combate de algunas enfermedades, por ello se tiene un vasto conocimiento de la herbolaria mexicana. 1 Delgado, G., y romo, A. (2015). Temas selectos de química de productos naturales. México, DF. Ed.pp: 1-4 8 Pittocaulon praecox El matorral xerófilo de palo loco es el ecosistema que protege la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA). Se clasifica como matorral a esta comunidad vegetal porque las plantas que crecen en ella son en su mayoría de baja altura, siendo arbustos y hierbas mayormente. Es xerófilo porque las plantas que en él habitan están adaptadas a la vida en un medio seco (xeros del griego seco); en el Pedregal tenemos una temporada seca de por lo menos seis meses. Es de palo loco (Pittocaulon praecox, antes Senecio praecox) porque era la especie dominante y típica de esta parte del Pedregal cuando el botánico Jerzy Rzedowski, en 1954, estudió y clasificó las diferentes comunidades vegetales del Pedregal. El particular paisaje de la REPSA surge debido a dos características fundamentales, una es la diversidad espacial, dada por las formas caprichosas en las que la lava se solidificó; esto promueve una gran diversidad de espacios y condiciones para la vida. La otra es la diversidad temporal dada por la disponibilidad de agua (en la Cuenca de México la temporada lluviosa sólo dura seis meses, de mayo a octubre) y por el proceso de sucesión natural al cual están sujetos los ecosistemas.2 2 Reserva Ecologica del Pedregal de San Ángel REPSA, (2018). El Matorral xerófilo de palo loco [disponible en sitio web] http://www.repsa.unam.mx/index.php/ubicacion/mapa-del-sitio/44-2013-08-07-13-15-59/25 Imagen 1. Palo loco en época de floración http://www.repsa.unam.mx/index.php/ubicacion/mapa-del-sitio/44-2013-08-07-13-15-59/25 9 El ecosistema actual es producto de un proceso histórico, las especies que lo comenzaron a poblar eran las que habitaban la Cuenca de México. La diversidad topográfica hace que el Pedregal sea el lugar florístico más diverso de la Cuenca. Esta alta diversidad también se debe a su ubicación ya que en esta zona del país convergen dos zonas biogeográficas: el neártico y el neotropical; es decir, en este punto conviven especies originadas y adaptadas a climas fríos y tropicales. Por ejemplo, de las familias de plantas presentes en la Reserva más de la mitad tienen afinidades tropicales, mientras que alrededor del 20% son de origen templado y el resto son cosmopolitas.3 Metabolitos secundarios Los metabolitos secundarios tienen una distribución restringida en la naturaleza, aunque llama especial atención los de las plantas, a veces solo se limita la presencia de una sustancia específica a una especie o un grupo de ellas, por lo que muchos de estos componentes, resultan útiles en la clasificación sistemática de la especie o familia. Por mucho tiempo se pensó que los metabolitos secundarios eran productos finales de procesos metabólicos, sin función específica, o directamente como productos de desecho. El interés sobre estas sustancias radica en su uso como drogas medicinales, venenos, saborizantes, pegamentos, barnices, perfumes y otros materiales utilizados en la industria. De hecho, la investigación en metabolitos secundarios dio impulso al desarrollo de técnicas para su estudio, como las espectroscópicas útiles para elucidar sus estructuras, las técnicas 3 Díaz, A. (2018). Herpetofauna de la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel México [ disponible en sitio web] https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega- Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_AN GEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL- PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf 10 cromatográficas para su aislamiento y metodologías de síntesis que hoy son el soporte de la química orgánica como ciencia.4 Los estudios más recientes han determinado que la mayoría de los metabolitos secundarios cumplen funciones de defensa contra predadores patógenos, actúan como agentes alelopáticos (sustancias liberadas por las plantas para provocar efectos sobre otras que crecen alrededor de ellas) o para atraer a los polinizadores o a los dispersores de semillas. El reconocimiento de estas importantes propiedades biológicas de muchos metabolitos secundarios ha permitido el desarrollo de este campo en la búsqueda de nuevas drogas, antibióticos, insecticidas y herbicidas. La clasificación de los metabolitos secundarios puede hacerse deacuerdo con sus estructuras, a su bioformación, a la fuente de producción o a su acción biológica. Aparentemente la forma más acertada de clasificación corresponde a las vías químicas, por las cuales un organismo los elabora dentro de lo que se denomina ruta biogenética o biosíntesis. En relación con el criterio biosintético, los metabolitos secundarios pueden ser clasificados de forma general en terpenos y terpenoides, compuestos fenólicos como los fenilpropanoides y sus derivados, y los compuestos nitrogenados o alcaloides, todos ellos fabricados a partir de CO2, como fuente de carbono. La química orgánica ha enfocado especial interés en la obtención de algunos metabolitos comunes y la exploración para la obtención de nuevos y más cuando muestran actividad como medicina anti-cáncer o anti- VIH. Para lograr este objetivo, se disponen de métodos de laboratorio. Otro aspecto relevante y amplio interés, se refiere a la síntesis orgánica, que consiste en la elaboración en laboratorio de metabolitos secundarios, pues en la 4 Anderson, F., y Martínez, P. (2009). Experimentos de Química Orgánica, Quindío, Colombia: Editorial: ELIZCOMS. A.S., p.p 4-7 11 mayoría de los casos, la planta no produce suficiente cantidad de este compuesto siendo esta una desventaja si se va a pretender masificar su uso.5 Cáncer El termino cáncer se utiliza para designar grupo de enfermedades que se caracterizan por el crecimiento incontrolado de células, las cuales pueden afectar cualquier parte del cuerpo. De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), la transformación de una célula normal en tumoral resulta de un proceso multifásico y suele consistir en la progresión de una lesión precancerosa a un tumor maligno. El cáncer se desarrolla a partir de la acumulación y selección sucesiva de alteraciones genéticas (mutaciones) y epigenéticas (cambios en la metilación del ADN, modificación de histonas relacionadas con el ADN y ARN no codificante). Además de los factores de riesgo genéticos del paciente, existen tres categorías de agentes carcinogénicos externos. Físicos: radiación ionizante y UV Químicos: asbesto, tabaco, aflatoxinas, etc Biológicos: virus, bacterias y párasitos Otro factor importante en la aparición de cáncer es el envejecimiento, probablemente por la acumulación de factores de riesgo en determinados tipos de cáncer, aunado a la pérdida de eficacia de los mecanismos de reparación celular. Acción mundial contra el cáncer A pesar de que cada vez sabemos más sobre la manera de prevenir y tratar el cáncer, cada año aumenta el número de personas que lo padecen. Si la tendencia continúa como hasta ahora, en 2020 deberá comunicárseles que tienen cáncer a 16 5 Avendaño, C., y Menéndez, J. (2008) Medicinal Chemistry of Anticancer Drugs. Ed. Elsevier B. V. Cap. 8, pág. 229-249. 12 millones de personas. De ellas dos tercios vivirán en países de desarrollo o en países de industrialización reciente. Datos y cifras sobre el cáncer El cáncer es una de las primeras causas de muerte a nivel mundial; en 2012 se le atribuyeron 8,2 millones de muertes. Los cánceres que causan un mayor número anual de muertes son los de pulmón, hígado, estómago, colon y mama. Los tipos más frecuentes de cáncer son diferentes en el hombre y en la mujer. Imagen 2. Distribución de los casos de cáncer presentados en el 2002 a nivel mundial 13 Aproximadamente un 30% de las muertes por cáncer se deben a cinco factores de riesgo comportamentales y alimentarios (índice de masa corporal elevado, consumo insuficiente de frutas y verduras, falta de actividad física y consumo de tabaco y alcohol) y, por lo tanto, pueden prevenirse. Las infecciones que pueden provocar cáncer, como las causadas por los virus de las hepatitis B y C y el del papiloma humano, son responsables del 20% de las muertes por cáncer en los países de ingresos bajos y medianos y del 7% en los países de ingresos altos. El tabaquismo es el factor de riesgo que por sí solo provoca un mayor número de casos y a nivel mundial causa aproximadamente un 22% de las muertes por cáncer y un 71% de las muertes por cáncer de pulmón. Imagen 3. Estimación mundial del número de casos probables de cáncer en el 2020 14 El cáncer comienza con la transformación de una sola célula, que puede tener su origen en agentes externos y en factores genéticos heredados. El 70% de todas las muertes por cáncer registradas en 2012 se produjeron en África, Asia, América Central y Sudamérica. Se prevé que los casos anuales de cáncer aumentarán de 14 millones en 2012 a 22 en las próximas dos décadas.6 Cáncer, tercera causa de muerte en México. El 30 por ciento de los diferentes tipos de cáncer que presentan los mexicanos, se debe al estilo de vida como tabaquismo, alcohol, sedentarismo, consumo de 6 Organización mundial de la salud, OMS. (2018). Cáncer [ disponible en sitio web] http://www.who.int/cancer/about/facts/es/ Imagen 4. Estimación del número de casos de cáncer a nivel mundial del 2002 al 2020 http://www.who.int/cancer/about/facts/es/ 15 alimentos calóricos, bebidas azucaradas y falta de ejercicio, informó el Director General del Instituto Nacional de Cancerología (INCan), Abelardo Meneses García. En México el cáncer es la tercera causa de muerte, fallecen por esta enfermedad 14 de cada 100 mexicanos y la expectativa de vida de quienes la padecen es de alrededor de 63 años. Durante el foro Cáncer, Desafíos en México y América Latina que se llevó a cabo en el Centro Médico Nacional Siglo XXI, Meneses García indicó que los tumores malignos más frecuentes son: el cáncer de mama, con 20 mil casos, 14 mil de próstata y cervicouterino, y más de 8 mil casos de colon y pulmón. Cáncer en México El cáncer es la tercera causa de muerte en México, con 12% de todas las defunciones. Las principales neoplasias causantes de muerte en nuestro país son: cáncer de pulmón, mama, colorrectal, próstata y estómago. Cada año se estiman 148 mil nuevos casos de cáncer (65.5 mil en hombres y 82.4 mil en mujeres). Las problemáticas en salud pública contra la incidencia del cáncer son: Imagen 5. Incidencia de cáncer en México 16 ▪ Desarticulación del primer nivel de atención (diagnóstico tardío). ▪ Pocos medicamentos de última generación. ▪ Segmentación del sistema de salud. Lo anterior se traduce en un 60% de fallecimientos de pacientes con cáncer. Entre instituciones del Sector Salud existen diferencias importantes entre las tasas de mortalidad por cáncer de mama, cervicouterino y próstata. En el IMSS, entre 2006 y 2011 la mortalidad por cáncer de mama se redujo en 5% y la de cáncer cervicouterino en más de 28.7%. En el ISSSTE, entre 2000 y 2008 la tasa de mortalidad por cáncer de mama se incrementó́ casi 2% y la cervicouterino se redujo poco más de 3% El cáncer de mama es el más frecuente, se estima que ocurren 15 decesos al día por este tipo de cáncer. Desde 2006, el cáncer del cuello uterino es la segunda causa de muerte por cáncer en la mujer. Se estima que hay 10.3 decesos al día por esta neoplasia En 2013, a nivel nacional, las causas de muerte por cáncer más frecuentes en hombres fueron: próstata, pulmón, leucemia, colorrectal y estómago. Se estima que para el 2025 en México aumenten los casos en un 50%, pasando de 147 mil a más de 220 mil nuevos casos. Un factor que limita la detección y tratamiento del cáncer es la dificultad en el acceso a los servicios de salud y la tecnología disponible para la detección y tratamiento oportuno. Aun si el padecimiento es detectado a tiempo, las pacientes se enfrentan a otrosobstáculos que impiden o retrasan la atención del cáncer, tales como la falta de infraestructura hospitalaria cercana a sus comunidades, limitado acceso a tratamientos o bien, falta especialistas que operen el equipo técnico, entre otros.7 7 Organización mundial de la salud, OMS. (2018). Cáncer [ disponible en sitio web] http://www.who.int/cancer/about/facts/es/ http://www.who.int/cancer/about/facts/es/ 17 Lugar de colecta La Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA), se encuentra desde hace 25 años bajo protección por la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y, representa el último relicto del ecosistema del pedregal de la cuenca de México, conocido como Senecionetum praecosis por ser el matorral xerófilo de Senecio praecox la comunidad vegetal más característica y extendida (Rzedowski, 1954); es una reserva natural de carácter urbano particular por su biodiversidad, geomorfología, de gran valor paisajístico y protegida por una universidad, lo cual garantiza un conocimiento ejemplar a través de las numerosas instituciones dedicadas a la investigación y divulgación científica. México es considerado como uno de los cinco países con mayor biodiversidad del planeta y cuenta con 161 áreas naturales protegidas con una superficie de 22.7 millones de hectáreas bajo algún tipo de protección. Imagen 6. Mapa de Ciudad Universitaria donde se muestra la REPSA 18 El ecosistema del Pedregal de San Ángel al sur de la ciudad de México, es considerado como una de las áreas protegidas de mayor riqueza florística de toda la cuenca de México. 8 Actividad biológica La actividad biológica es también llamada actividad farmacológica, esta es una expresión que se emplea para describir los efectos benéficos o adversos que produce una droga sobre la materia viva. La principal clase de actividad biológica es la toxicidad de la sustancia; esta depende por lo general del tamaño de la dosis, común mente a mayor dosis, más adversa será. Toxicología La Toxicología es una ciencia que identifica, estudia y describe la dosis, la naturaleza, la incidencia, la severidad, la reversibilidad y, generalmente, los mecanismos de los efectos tóxicos que producen los xenobióticos que dañan el organismo. La toxicología también estudia los efectos nocivos de los agentes químicos, biológicos y de los agentes físicos en los sistemas biológicos y que establece, además, la magnitud del daño en función de la exposición de los organismos vivos a previos agentes, buscando a su vez identificar, prevenir y tratar las enfermedades derivadas de dichos efectos.1 Actualmente la toxicología también estudia, el mecanismo de los componentes endógenos, como los radicales libres de oxígeno y otros intermediarios reactivos, generados por xenobióticos y endobióticos. En el último siglo la toxicología se ha expandido, asimilando conocimientos de varias ramas como la biología, la medicina, la química, la física y las matemáticas. 8 Díaz, A. (2018). Herpetofauna de la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel México [ disponible en sitio web] https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega- Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_AN GEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL- PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://es.wikipedia.org/wiki/Ciencia https://es.wikipedia.org/wiki/Xenobi%C3%B3tico https://es.wikipedia.org/wiki/Toxicolog%C3%ADa#cite_note-Katzung-1 https://es.wikipedia.org/wiki/Xenobi%C3%B3tico https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Endobi%C3%B3tico&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Medicina https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Anibal_Diaz_De_La_Vega-Perez/publication/267569801_HERPETOFAUNA_DE_LA_RESERVA_ECOLOGICA_DEL_PEDREGAL_DE_SAN_ANGEL_MEXICO/links/57f818fe08ae91deaa606b06/HERPETOFAUNA-DE-LA-RESERVA-ECOLOGICA-DEL-PEDREGAL-DE-SAN-ANGEL-MEXICO.pdf 19 Para algunos, Mateo Orfila es considerado a veces como «padre» de esta disciplina, aunque para otros lo fue mucho antes, Paracelso (1492 - 1541) con su célebre frase "dosis sola facit venenum", la dosis hace al veneno, máxima de la Toxicología.9 Compuestos vegetales utilizados en el tratamiento del cáncer La importancia de los productos naturales en el desarrollo de nuevos fármacos radica en que el 75% de los medicamentos utilizados para tratar el cáncer y algunas enfermedades infecciosas durante los años de 1981 a 2002, fueron derivados de productos naturales; y más adelante entre el 2002 y el 2005, gracias a las fuentes naturales fueron introducidos al mercado 23 nuevas medicinas para el tratamiento de diferentes enfermedades. En los años 2007 y 2008 salieron al mercado 55 nuevos medicamentos derivados de productos naturales, de los cuales, 16 fueron aislados de fuentes naturales y 39 derivados de estructuras químicas obtenidas de ellas. De hecho, si de los 206 medicamentos aprobados para tratar el cáncer entre los años de 1940 y 2010 se excluyen los que tienen principios activos de alto peso molecular, quedarían 175 medicamentos, de los cuales 131 (aproximadamente el 75%) tienen que ver con productos naturales, bien sea porque se obtienen directamente de una fuente natural, o se obtienen por síntesis química de una estructura natural, o se hacen pequeñas modificaciones químicas a compuestos obtenidos de una fuente natural. Dentro de los compuestos naturales vegetales más utilizados para el tratamiento del cáncer de mama, testículo, pulmón y leucemia, se encuentran diferentes alcaloides. Como la vinblastina y vincristina, aislados de la especie vegetal Catharanthus roseus (Apocynaceae) endémica de Madagascar; la camptotecina, aislada de la especie Camptotheca acuminata (Cornaceae); y la homoharringtonina, aislada del árbol de hoja perenne Cephalotaxus harringtonia K. Koch var. Harringtonia (Cephalotaxaceae) originario de Japón. A partir de estos 9 Organización panamericana de la salud (2018). Sobre toxicología [disponible en sitio web] https://www.paho.org/hq/index.php?option=com_content&view=article&id=13056:sobre- toxicologia&Itemid=42283&lang=pt https://es.wikipedia.org/wiki/Mateo_Orfila https://es.wikipedia.org/wiki/Paracelso https://es.wikipedia.org/wiki/1492 https://es.wikipedia.org/wiki/1541 https://www.paho.org/hq/index.php?option=com_content&view=article&id=13056:sobre-toxicologia&Itemid=42283&lang=pt https://www.paho.org/hq/index.php?option=com_content&view=article&id=13056:sobre-toxicologia&Itemid=42283&lang=pt 20 compuestos se han desarrollado derivados semisintéticos que mejoran su actividad o solubilidad como lo son la vindesina, vinorelbina, vinflunina, topotecan e irinotecan, siendo estos dos últimos comercializados como Hycamtin y Campostar por GlaxoSmithKline y Pfizer®, para los tratamientos de cáncer de colon y ovario. Figura 1. Alcaloides anticancerigenosen uso clínico aislados de fuentes vegetales (vinblastina, vincristina, homoharringtonina, camptotecina y analogos sintéticos (vindesina, vinolerbina, vinflunina, topotecan, irinotecan). Dentro de los compuestos de tipo lignano, se encuentran el ácido nordihidroguayaretico aislado de la especie Larrea tridentata (Zygophyllaceae) y la podofilotoxina aislada de especies vegetales del género Podophyllum (Berberidaceae), principalmente Podophyllum peltatum y Podophyllum notatum, a partir de la cual se obtuvieron los derivados etopósido y tenipósido, utilizados para el tratamiento de diferentes tipos de linfomas y leucemias. También se han 21 reportado estilbenos como las combrestatinas, aisladas de la especie vegetal Combretum caffrum (Combretaceae) donde a partir de la combrestatina A4 se obtuvo el análogo combrestatina A4-fosfato que es soluble en agua y que mostró tener actividad promisoria contra el cáncer de tiroides en los ensayos clínicos preliminares. Los compuestos de tipo flavonoide que se encuentran presentes en la mayoría de los granos, verduras y frutas, están jugando un papel importante en el descubrimiento de nuevos fármacos menos tóxicos, debido a sus efectos protectores frente a algunos tipos de cáncer; hecho que los ha convertido en agentes potenciales para el tratamiento de esta enfermedad. Aunque algunos flavonoides han comenzado a ser evaluados en estudios clínicos como agentes preventivos, tal vez los más estudiados para el tratamiento de algunos tipos de cáncer de mama, próstata y vejiga son la quercetina, genisteina y rohitukina. Las estructuras químicas de algunos flavonoides han servido de punto de partida para el desarrollo de los agentes terapéuticos flavopiridol, fenoxodiol y el análogo P276- 00, que se encuentran en estudios clínicos contra una amplia gama de tumores, incluidos linfomas y leucemia. 22 Tal vez los agentes quimioterapéuticos derivados de productos naturales vegetales más conocidos y utilizados en el tratamiento de diferentes tipos de cáncer son los taxanos, representados principalmente por el paclitaxel, aislado de la especie vegetal Taxus brevifolia (Taxaceae) y conocido inicialmente como taxol. A partir de esta estructura química se partió para la síntesis del docetaxel y ortataxel, que mostraron ser más activos contra cáncer de seno, ovario y pulmón. Aunque se encuentran 23 taxanos diferentes en estudios preclínicos y su actividad en el tratamiento del cáncer ha sido de gran ayuda, en la familia Anonáceae se han reportado compuestos de tipo acetogenina como la bullatacina, que mostró ser 300 veces más activa que el taxol cuando se administró a ratones, a los que se les había inducido un tumor con células L-1210 (cáncer de leucemia). Los ratones tratados con taxol perdieron un 10% de su peso, mientras que los tratados con bullatacina Figura 2. Compuestos fenólicos bioactivos contra diferentes tipos de cáncer. De tipo lignano (ácido nordihidroguayarético, podofilotioxina, etopósido, tenipósido); estilbeno (combrestatina A4, combrestatina A4P), y flavonoide (quercetina, genisteína, rohitukina, flavopiridol, fenoxodiol, P 276-00). 23 aumentaron su peso en un 5%, lo que sugiere potencialmente que es menos tóxica que el taxol. Actualmente se están estudiando más de 150 tipos de acetogeninas en diferentes líneas celulares de cáncer. Figura 3. Agentes quimioterapéuticos aislados de especies vegetales de los géneros Taxus (paclitexel), Anonaceae (bullatacina) y analogos sintéticos (docetaxel, ortataxel También se han reportado algunos compuestos de núcleo quinona como la - lapachona aislada del árbol de lapacho Tabebuia avellanedae (Bignoniaceae), la embelina de la especie Embelia ribes (Myrsinaceae) utilizada ampliamente en la medicina tradicional China, y la timoquinona de la especie Nigella sativa (Ranunculaceae), los cuales se encuentran en diferentes fases de estudio clínico29 para el tratamiento de algunos tipos de cáncer de colon, ovario, pulmón, próstata y mama. Otros compuestos que son interesantes debido a su simplicidad estructural, 24 gran actividad frente a distintos tipos de cáncer y baja toxicidad, son los análogos sintéticos NSC 29515630, NSC 69824931 y compuestos naturales como la curcumina 32, el alcohol perilílico24, el dilapiol33, la piperina34 y la piperlongumina , siendo estos tres últimos compuestos aislados de diferentes especies del género Piper (Piperaceae). Se ha demostrado que en líneas celulares de cáncer de mama MDA-MB-231, el dilapiol induce la producción de especies reactivas de oxígeno a nivel intracelular, generando la liberación de Citocromo C desde la mitocondria para que este, a su vez, active la vía de muerte celular a través de la producción de caspasas, especialmente la caspasa 3. La piperina, que es obtenida de los frutos de la especie Piper nigrum (Piperaceae) y que es el compuesto responsable del sabor picante de la pimienta, es capaz de potencializar el efecto citotóxico de fármacos como la mitoxantrona y doxorrubicina sobre las líneas celulares MCF7 (cáncer de mama) y A549 (cáncer de pulmón) que se han vuelto resistentes a este tipo de tratamientos. 25 Figura 4. Compuestos anticancerigenos en diferentes fases de estudio clínico aislados de plantas medicinales. De tipo quinona (β-lapachona, timoquinona, embelina, iriasferina A, SAN5201); amida (piperina, piperlongumina); Oxigenados (alcohol perlílico, dilapiol, curcumina), y analogos sintéticos (NSC29156, NSC698249). La piperlongumina aislada de la especie vegetal Piper longum (Piperaceae) y la cual es utilizada ampliamente en la medicina Ayurvédica India, ha demostrado su gran potencial como agente antitumoral, induciendo apoptosis en 13 líneas celulares diferentes que incluyen cáncer de colon, mama, páncreas, óseo, piel y pulmón, sin causar toxicidad en las células sanas. Adicionalmente, en ensayos realizados in vivo, la piperlongumina logró disminuir de forma considerable el tamaño de los tumores inducidos en ratones con líneas celulares de cáncer MDA-MB-436 (mama), 26 A549 (pulmón) y EJ (vejiga), inclusive en algunos casos de forma más efectiva que en los tumores tratados con paclitaxel o cisplatino.10 Terpenos Los terpenos son sustancias muy diversas, tanto en estructura como en funciones, pero químicamente derivan de la polimerización del isopreno (2- metil, 1-3 butadieno), dando lugar a estructuras que pueden ser lineales o cíclicas. Un terpeno está constituido por la unión de varios isoprenos. Figura 5. Estructura del isopreno Sesquiterpenos La estructura de los sequiterpenos, C15 (H), se basa en tres unidades de isopreno. Estas moléculas se pueden unir formando cadenas hidrocarbonadas alifáticas abierta y sistemas cíclicos.11 La clasificación de los compuestos de este grupo se verifica independientemente del concepto de terpeno, siguiendo criterios estrictamente constitucionales, en: I. Derivados acíclicos del isopreno. II. Los derivados monos, bi y tricíclicos del isopreno a los que con pocas excepciones pertenecen los terpenos, sesquiterpenos, diterpenos. III. Los esteroides tetraciclicos.12 10 Muñoz, D., y Cuca, L. (2016). Cytotoxic compounds from plant sources and their relationship with inhibitor of apoptosis proteins. Colombiana de cancerología. 20(3), 101-146 11 Beyer, H., y Wolfgong, W., (1987). Manual de química orgánica. Barcelona, España. Ed. Reverté. pp. 724. 12 Klages, F. (1968). Tratado de química orgánica. Zaragoza, España. Ed. Reverté. Pp. 381. 27 Figura 6.Principal esqueleto sesquiterpénico (Drimano) Eremofilanos Los eremofilanos se derivan de los sesquiterpenos por la migración del grupo metilo desde C-10 a C-5. Existe una confusión en la literaturasobre la numeración de los carbonos 14 y 15; la numeración biogenética dada es la más utilizada. La estereoquímica normal se muestra, aunque hay varias excepciones. Los eremofilanos se separan en eremofilanos simples, eremofilanolidos y furanoeremofilanos, así como seco eremofilanos, abeoremofilanos y noreremofilanos.13 Figura 7. Estructura básica de los eremofilanos 13 Arciniegas, A., Pérez,A., Reyes, S., Contreras,J. y Romo, A. (2003). New oplopane and eremophilane derivatives from Robinsenecio gerberifolius. J. Nat. Prod. 66, 225-229. 28 Furanoeremofilanos Los furanoeremofilanos constituyen el grupo más numeroso de los sesquiterpenos que contienen un anillo furanico, encontrándose ampliamente distribuidos en plantas de varios géneros (Euryops, Ligularia, Psacalium, Senecio, entre otros), pertenecientes a la familia Asteraceae. Las características estructurales comunes a todos los miembros de esta clase de productos naturales son: un sistema tricíclico de decalin [2,3-b] furano, dos metilos syn en los átomos de carbono C-4 y C 5 y un metilo unido a C-3. Adicionalmente pueden presentar diversos grados de oxidación en varias posiciones del sistema decalínico, el cual generalmente prefiere la fusión cis. Desde el punto de vista de la estereoquímica, la dificultad más importante para la síntesis de la estructura básica de los furanoeremofilanos radica en el control de la configuración relativa syn de los metilos unidos a C-4 y C-5 del sistema tricíclico14. El género Senecio es una fuente importante de alcaloides pirrolizidinicos o alcaloides hepatóxicos como la fucsina y rutina (S. nemorensis)15, una gran cantidad de estos alcaloides manifiestan propiedades parecidas a la atropina siendo empleadoas en medicina con el mismo fin; otros autores clasifican los alcaloides pirrolizidinicos como delirantes y neurotóxicos. También se han aislado furano eremofilanos y sesquiterpenos con esqueleto de eremofilanos16. Bohlman y Zdero aislaron y caracterizaron 19 furanoeremofilanos de Senecio, tambien encontraron eremofilanos no furanicos17 18. De 102 senecios reportados, existen por orden de frecuencia los siguientes metabolitos secundarios: ▪ Alcaloides pirrozidinicos: 57 (56%) 14 Guzmán, J., García, E., Mendoza, V., y Maldonado, L. (2004). Estudio sintético de furanoeremofilanos. Síntesis de la 13-nor-9-oxoeuryopsina. Soc. Quim. Mex, 48, 250-255. 15 Drewes, S. (1995). The long of Senecio, alkaloids. Siud-Afrinkaansetyds knif vir wetenskap. 81, 455-456. 16 Bohlmann, F. (1981) Seco-eremophilanes of Senecio macarotis. Phytochemistry. 20 (5), 1155-1157 17 Bohlmann, F. (1990). Derivados del cacol del Senecio dominicanus. Phytochemestry, 29 (10). 3163-3165. 18 Bohlmann, F. (1981). Derivados del cacalol del Senecio lyndenburgensis. Phytochemestry, 21 (3). 681-684. 29 ▪ Compuestos terpenoides (sesquiterpenos, monoterpenos, etc): 35 (34%) ▪ Ácidos grasos 5 (5%) ▪ Flavonoides 2 (2%)19 Compuestos identificados en el Pittocaulon praecox La tribu senecioneae que contiene alrededor de 3000 especies es la más grande de las 13 tribus en las que se dividió la familia Asteraceae. En la parte mexicana hay alrededor de 102 especies que constituyen el 62% de las de la región mexicano- centroamericana. La planta Senecio praecox o Pittocaulon praecox (Palo loco), Asteraceae, Senecioneae, Tussilagininae, es usada en la medicina tradicional para curar el reumatismo, lastimaduras (lesiones) y también tiene actividad antifúngica. Son pequeños árboles, vegetación arbustiva que crecen abundantemente en zonas relativamente secas, viven en altitudes de 300 a 3000 m de altura en el México Central y Oeste. Del tallo de Pittocaulon praecox anteriormente conocido como Senecio praecox (familia Compositae, Tribu Senecioneae) se obtiene principalmente el 6β- 19 Huacuja, E. (1995). Contribución al estudio fitoquímico y determinación de la acción antimicrobiana de Senecio candidissimus. (Tesis maestría). Universidad Autónoma de Nuevo León, Nuevo León, México. Figura 8.Furanoeremofilanos identificados en generos Senecio, Adenostyles y Euryops 30 angeloiloxifuranoeremofil-10βH-9-ona. Se encontró que la doble ligadura del angelato en algunos casos se isomeriza de trans a cis.20 Aunque los furanoeremofilanos del 1 a 9 se han identificado previamente en especies de los géneros Senecio, Adenostyles y Euryops, raras veces se han aislado en forma pura; se han identificado como mezclas de isómeros. En la actualidad los compuestos del 1 al 9 se han obtenido en forma pura, lo que permite completar la colección de sus datos físicos y espectroscópicos. Los puntos de fusión para 4-6 y 9, que previamente fueron reportados como aceites.21 Los estudios químicos de especies de Senecio y Packera (subtribu senecioninae) muestran que los alcaloides de pirrolizidina (AP) y los derivados de eremofiilano son sus principales metabolitos. Se han obtenido resultados similares de especies de Barkleyantus, Pittocaulon, Psacalium y Telanthopheara (subtibus Tussilagininae), por lo que para estudios cinco esquiterpenos como eremofiilanes, derivados de eremofilanos y oplopanes son los metabolitos con más frecuencia encontrados en este género. Una composición química especial presenta Pseudoynoxys Chenopodioides en los que no se encontraron alcaloides de pirrolizidina (AP) ni eremofilanos. Figura 9.Constituyentes químicos del Pittocaulon praecox (palo loco) 20 Jiménez, M., Reyes, R., Cerqueda, E., y Saad, I. (1999). Fotoadiciones de etanol a 6ß- angeloiloxifuranoeremofil-10ß H, 9- ona y sus derivados. Sociedad Química de México. 46 (3,4), 106-109. 21 De Bernardi, M., Vidari, G., Vita, P., Abdo, S., Marinoni, G., Mellerio, G., (1988). Metabolites of medicinal plants. Furanoeremophilanes from Lasiocephalus ovatus. Gazz. Chim. Ital. 118 (8), 565-568. 31 Esta es una de las especies más estudiadas químicamente, desde 1975 el Dr. Ortega aisló la praecoxilina A de las flores, de las raíces euryopsol y senecionina 22. (Esquema 1). Esquema 1. Principales moléculas aisladas (Ortega et al 1975) El siguiente año Bohlmann y Zdero 23 aislaron y caracterizaron de los tallos 8 compuestos de tipo de furanoermofilanos (Esquema 2). 22 Ortega, A., Romero., y Díaz, E. (1975). Furanoeremofilanos del Senecio praecox. Precoxiliona A. Latinoamer. Quím, 426 (6),136-142. 23 Bohlmann, F., y Zdero, C. (1976). Neuefuranoeremophilane aus mexikanischen Senecio- arten. Chem. Ver, 109, 819-825. 32 Esquema 2. Compuestos tipo furanoermofilanos, aislados y caracterizados por Bohlmann y Zdera Los furanoermofilanos y alcaloides del tipo pirrolizidínicos son sus principales metabolitos secundarios 24 Juan Camilo Marín 2007 Esquema 3. Estudiaron frutos, flores, hojas, tallos y raíces. 24 Marín, J., Ernst,L., Beuerle, T., Theuring, C., Céspedes, C., y Hartmann, T. (2008). Pyrrolizidine alkaloids of the endemic mexican genus Pittocaulon and assignment of the stereoismeric 1,2- saturatednecine base. Phytochemistry, 69, 154-167. 33 Esquema 3. Furanoermofilanops y alcaloides del tipo pirrolizidicos, descritos por Marín Encontraron que los alcaloides 10, 3 y 12 solo están en las raíces y en las partes superiores de la planta 8, 9, 4. También demostraron que el parásito de los tallos del Palo loco 25el Ceroplastes albolinetus (Coccidae) lepidóptera, contenían los alcaloides de las raíces, los secuestran del polen, sirviéndoles como una defensacontra otros insectos. Nosotros estudiamos algunos de los constituyentes del tallo del palo loco, se obtuvo como compuesto mayoritario el éster angélico del furanoeremofilano 13, se 25 Marín, J., Céspedes, C., Beuerle, T., Theuring, C., y Hartmann, T. (2007). Ceroplastes albulineatus, the first scale insect shown to sequester pyrrolizidine alkaloids from its host-plant Pittocaulon praecox. Chemoecology, 17, 109-115. 34 caracterizó por sus datos espectroscópicos y se obtuvo su derivado nitrado (14)26, también se realizó la transformación fotoquímica de 127 al producto de fotoadición de etanol al anillo furánico (15), (Esquema 4). Esquema 4. Reacción fotoquímica del éster angélico del furanoermofilano 26 Jiménez, M., Ayala, J., Saad, I., Reyes, R., y Navarro, A., (1999). Nitración de productos naturales con anillos furánicos y benzofuránicos. Latinoamer. Quim. 27 (3), 81-88. 27 Jiménez, M., Reyes, R., Cerqueda, E., y Saad, I. (1999). Fotoadiciones de etanol a 6ß- angeloiloxifuranoeremofil-10ß H, 9- ona y sus derivados. Sociedad Química de México. 46 (3,4), 106-109. 35 La M en C Arciniegas 200828 estudió de esta planta las raíces, las hojas y los tallos e identificó 13 compuestos de los cuales fueron nuevos 5 (Esquema 5), informa que los flavonoides identificados tienen efectos antiinflamatorios. 28 Arciniega, A., Pérez, A., Gastélum, E., Villaseñor, J., y Romo, A., (2009). Eremophilane derivatives from Pittocaulon praecox. Heterocycles. 78 (5), 1253-1263. Esquema 5. Compuestos identificados en el P. praecox por M en C. Arciniega 36 Respecto a actividad biológica estudiada de esta especie Pittocaulon praecox los extractos de CH2Cl2 y metanol de las flores, tallos y raíces les fueron probadas la actividad antimicrobiana, fúngica y antifitofúngica29. En el 2013 se informó que los extractos de diclorometano y metanol de las flores, de los tallos y de las raíces de P. praecox, presentan actividad antiinflamatoria30. 29 Marín, J., Ávila, J., Canales, M., Hernández, T., y Céspedes, C. (2008). Antifungal and antibacterial activities of endemic Pittocaulon spp. From Mexico. Pharmeceutical Biology. 46 (1,2), 66-71. 30 Marín, J., Nieto, A., y Céspedes, C. (2013). Antioxidant and anti-inflamatory activities of Pittocaulon species from Mexico. Pharmacautical Biology. 51 (2), 260-266. 37 Justificación Los canceres más comunes en México son de mama, de cérvix y de pulmón, esta enfermedad constituye una de las principales causas de muerte en México, los tratamientos actuales para el cáncer, aunque son efectivos producen efectos secundarios que disminuyen la calidad de vida del paciente, por eso es importante el estudio de los productos naturales. Hipótesis Los extractos orgánicos de Pittocaulon praecox presentan actividad citotóxica, sobre las líneas celulares U251= glía de sistema nervioso central, PC-3= próstata, K562= leucemia, HCT-15= colon, MCF-7= mama, SKLU= pulmón y HeLa= cervix, por lo cual se considera importante aislar e identificar la o las moléculas involucradas en dicha actividad biológica. Objetivo general • Mediante técnicas de separación orgánicas, aislar metabolitos secundarios presentes en el tallo de la planta Pittocaulon praecox (palo loco) y evaluar la actividad citotóxica de los metabolitos secundarios. Objetivos particulares • Colectar el material vegetal perteneciente a la planta Pittocaulon precox, en específico el tallo • Obtención del extracto, se realizar la maceración del material vegetal en acetato de etilo. • Extracción por método de Soxhlet del extracto anterior. • Por TLC control de la composición cualitativa de los extractos obtenidos • Separación y purificación de los componentes de los extractos. 38 • Caracterizar los compuestos mediante técnicas espectroscópicas y espectrométricas: resonancia magnética nuclear, espectroscopia de infrarrojo y espectrometría de masas. • Realizar los ensayos de citotoxicidad en líneas celulares HeLa (cérvix) Material ✓ Los disolventes utilizados fueron: acetato de etilo, diclorometano y hexano, los cuales fueron previamente destilados. ✓ Para monitorear el avance de forma rápida se utilizó películas con terminado de aluminio, recubiertas con sílice gel 60, DC- Fertigfilien ALUGRAM® Xtra SIL G/UV 254, MACHEREY- NAGEL. ✓ El método del Soxhlet utilizo un dedal de extracción de celulosa de algodón, I.D 33 X longitud interior 94 mm, de la marca Schleicher & Schuell ®. ✓ En el caso de la separación del metabolito estudiado se realizó una columna abierta con gel de sílice en polvo de tamaño de partícula 70/230 Sustancias ▪ Sulfato de sodio anhídrido (NaSO4) ▪ Revelador de sulfato cérico Ce(SO4)2 al 1% p/v, disuelto en ácido sulfúrico (H2SO4) 2N y hielo picado 39 Metodología Palo loco (Pittocaulon praecox) Identificación y recolección 1. Limpieza y pesaje 2. Maceración (24 h) c/ AcOEt 3. Filtrado 4. Separación fase orgánica y fase acuosa 5. Concentración de la fase orgánica 6. Realizar cromatografía en capa fina y revelar Extracto obtenido con AcOet Extracto enriquecido con hexano 1. Pesar el extracto obtenido con AcOEt 2. Colocar el extracto en un dedal o cartucho de extracción 3. Utilizar el método del Soxhlet con hexano 4. Concentrar con rotavapor a P reducida y T cte 5. Realizar cromatografía en capa fina y revelar Realizar cromatografía en columna abierta 1.Pesar el extracto enriquecido 2.Preparar muestra para utilizar columna Realizar pruebas espectroscópicas y pruebas de citotoxicidad 1. Pesar el extracto obtenido con AcOEt 2. Colocar el extracto mencionado en un matraz bola y añadir hexano 3. Mediante el uso de rotavapor a T cte de 40 °C, poner a rotar hasta obtener la saturación del hexano 4. Filtrar y concentrar con rotavapor a P reducida y T cte 5. Realizar cromatografía en capa fina y revelar F R E S C O A L M A C E N A D O 40 Identificación taxonómica y colección del material vegetal El material vegetal se recolectó dentro del campus de Ciudad Universitaria, de la Universidad Nacional Autónoma de México, ubicada en la Ciudad de México, México. En diferentes épocas del año, específicamente en septiembre de 2016 (E-A), septiembre 2017(E-B), octubre 2017 (E-C) y enero 2018(E-D). Como se observa en la imagen 1. En este trabajo se utilizaron únicamente los tallos de la planta, con una longitud de más de un metro (es variable) se realizó el corte lejos de las raíces, fueron despojados de flores y de hojas. Los tallos se cortaron en trozos pequeños de aproximadamente 2 cm de largo, se decidió que la cantidad de este material a extraer fuera de cerca de 3.0 Kg. El macerado se realizó con acetato de etilo destilado, el cual consistió en cubrir el material vegetal con aproximadamente 6 L de disolvente por 24 horas. Después de este tiempo el macerado una solución bifásica, la fase orgánica toma una coloración de color amarillenta un poco verdosa y la fase acuosa es de color café oscuro y se utilizó un embudo de separación. A la fase orgánica, se le adicionó sulfato de sodio anhidro, para disminuir la presencia de agua en el extracto, se hizo la filtración rápida, usando algodón limpio. El filtrado se concentró utilizando un evaporador rotatorio a presión reducida, en un baño manteniendo una temperatura controlada de 40 °C y a una presión de vacío de 240 mbar. Después de eliminar el disolvente quedó unextracto de consistencia semisólida espesa (E-1) de color café oscuro, se pesó en una balanza analítica y se hizo la relación de rendimiento de acuerdo con: % 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜 𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 ∗ 100 41 El peso del extracto de AcOEt fue de 14.41 g, con un rendimiento de 0.46% Para conocer la composición de esta mezcla y saber la cantidad de metabolitos que contiene el extracto de acetato de etilo (E-1). Se realizaron cromatografías en capa fina (TLC), con un sistema de elusión de 8:2 hexano-acetato de etilo. Se utilizó una lámpara de luz ultravioleta (UV) que emite a dos longitudes de onda, una corta 254 nm y una larga de 365 nm. La placa se reveló con una solución de sulfato cérico Ce (SO4)2 al 1% en ácido sulfúrico (H2SO4), se calentó en una plancha eléctrica. 1er- Método de obtención del extracto enriquecido (E-2), de los compuestos de interés a partir del extracto E-1 Con el fin de purificar un poco más el extracto E1 se decidió seguir el método del Soxhlet, se usó un cartucho de extracción de celulosa de algodón, en el cual se colocaron 7.44 g de E1. Se llevó a cabo con hexano; el cual fluyo a través de la muestra contenida en el dedal poroso de celulosa de algodón, estando en contacto continuo de la muestra con una porción fresca de disolvente a una temperatura elevada y agitación constante. Esto permitió una mejor separación de los componentes del extracto, proporcionando un extracto enriquecido (E-2) de los compuestos de interés por TLC. El hexano, se concentró con ayuda de un evaporador rotatorio a presión reducida, en un baño manteniendo una temperatura controlada de 40 °C y a una presión de vacío de 335 mbar. Se llevó un control con los extractos para determinar en donde se encontraban los metabolitos de interés por lo cual se realizó de nuevo una cromatografía en capa fina (TLC), la cual requiere un sistema de elusión de 8:2 hexano y acetato de etilo. Se utilizó una lámpara de luz ultravioleta (UV) que emite a dos longitudes de onda, una corta 254 nm y una larga de 365 nm. La placa se revela con la solución de sulfato cerico Ce (SO4)2 al 1% en ácido sulfúrico (H2SO4) y se calentó. 42 El peso del extracto enriquecido E-2, fue de 5.99g, por tanto, el rendimiento es de 80.35%. 2º- Método de obtención del extracto enriquecido E-3, a partir del extracto con acetato de etilo almacenado (E-1) Otra manera de obtener el extracto enriquecido fue mediante una forma más rudimentaria, el cual consistió en pesar 9.71 g del extracto E-1 y colocarlos en un matraz bola se adicionó hexano se colocó en el rotavapor y se mantuvo a una temperatura constante de 40 °C, el disolvente extrae los productos de baja polaridad, esta operación se repitió varias veces y en el matraz van formándose unos sedimentos sólidos insolubles que se van eliminando por filtración por gravedad. La solución restante se concentra en cada repetición y finalmente queda un residuo semisólido espeso de color café verdoso o ámbar el E-3. De igual forma se llevó un control de los extractos para determinar en donde se encontraban los metabolitos de interés lo cual se hizo por TLC, con la mezcla de elusión de 8:2 hexano y acetato de etilo. El peso del extracto enriquecido E-3 fue de 5.99g, el rendimiento fue de 61.59%. Fraccionamiento de los Extractos E-1, E-2 y E-3 Metodología General Se tomaron los 5.99g del extracto enriquecido E1 se disolvieron en la mínima cantidad de diclorometano (CH2Cl2) posteriormente se le agrego la fase estacionaria, en este caso sílice en proporción 1:1 en peso para que se preadsorbiera. Se mezclaron y revolvieron para evaporar el disolvente y obtener un polvo fino teñido de color amarillo. La columna se empaco con gel de sílice (malla 70/230) (300g) en hexano, se dejó reposar unos minutos. Al tener ya la columna empacada se agregó cuidadosamente la muestra seca anterior. Se realizó el fraccionamiento utilizando una mezcla de disolventes (fase móvil), con un gradiente de polaridad creciente de hexano-AcOEt, en diferentes proporciones que 43 fueron de 100:0 hasta 95:5 respectivamente, se tomaron fracciones con un volumen de 100 mL. Las fracciones que se iban obteniendo fueron monitoreadas mediante TLC con ayuda de una lámpara de luz UV de dos longitudes de onda la corta 254 nm y la larga de 365 nm; y un revelador de sulfato cérico Ce(SO4)2 al 1% en ácido sulfúrico (H2SO4), con un sistema de elución de hexano: AcOEt (8:2). Las que presentaron un comportamiento semejante, se fueron combinando con el fin de obtener fracciones más abundantes. Después de concentrar las fracciones similares, se obtuvo un compuesto solido blanco que denominamos Mpl y que después cristaliza. Se compararon mediante cromatografía en capa fina, usando como referencia el extracto enriquecido en un sistema de elución de 8:2 hexano/acetato de etilo. Análisis instrumentales y espectroscópicos Todos estos análisis fueron realizados en el Instituto de Química de la UNAM, en los laboratorios técnico-académicos de espectrometría y polarimetría, espectrometría de masas, resonancia magnética nuclear y cromatografía. Fracciones similares Proporción Hexano: acetato de etilo Volumen de las fracciones (mL) Volumen total de las fracciones (mL) 1-20 100:0 250 5000 21-32 99:1 200 2200 33-42 98:2 200 1800 43-62 98:2 50 950 63-188 98:2 100 12500 Tabla 1. Resumen del fraccionamiento del extracto enriquecido por cromatografía en columna abierta, para la separación de los compuestos de interés 44 Identificación de compuestos con efecto citotóxico Se utilizaron nuestras de las fracciones 33-188, para elucidar las estructuras de los compuestos con actividad citotóxica, se utilizaron las siguientes técnicas: • Espectroscopia infrarroja (IR): Los espectros de infrarrojo (IR), se obtuvieron en un espectrofotómetro IR Bruker Tensor 27, en pastilla de bromuro de potasio (KBr). Las absorbancias se presentan en cm-1. • Resonancia magnética nuclear (RMN): Los espectros de resonancia magnética nuclear de protón (1H RMN) y de carbono 13 (13C RMN) se utilizó el espectrofotómetro Bruker Avance (300 MHz). Se utilizó como referencia interna tetrametilsilano (TMS) como referencia interna. Los desplazamientos químicos (d), están expresados en partes por millón (ppm). Las señales protónicas se indican con las siguientes abreviaturas: (s) singulete, (d) doblete, (t) triplete, (q) cuádruple y (m) múltiple. Las constantes de acoplamiento (J) se expresan en Hertz. • Espectrometría de masas (EM): Los espectros de masas se obtuvieron mediante la técnica de impacto electrónico, con el equipo JeolAX505HA. Los resultados se presentan como relación de masa respecto a la carga (m/z). • Cromatografía líquida de alta eficacia o high performance liquid chromatography (HPLC) Cromatografo de liquidos: Agilent 1260 Series Binary SL. Detector masas TOF, Agilent 6530, nebulizador 50 psi, gas de secado 8 l/min, temperature del gas de secado 300°, gas del jet 12 l/min, temperature del jet 300 °C. Columna ZORBAX ECLIPSE PLUS 18 100 x 2.1 mm, tamaño de particular 3.5 µm. eluyente inicial acetonitrilo 10, agua 90, despues de 30 min acetonitrilo 100, agua 0. Flujo 0.3 mL/min. longitude de onda de los cromatogramas 280 nm. Disolvente de la muestra acetonitrilo. 45 Medidas y pruebas de actividad biológica Las pruebas de actividad biológicas preliminares fueron realizadas en el Laboratorio de pruebas biológicas del Instituto de Química de la UNAM Las pruebas detalladas de citotoxicidad fueron realizas en la FES Zaragoza de la UNAM en el laboratorio 7, tercer piso de biología molecular del cáncer. Cultivo de células tumorales provenientes de cérvix La línea celular Hela fue sembrada en cajas de Petri de cristal de 100 mm
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