Φαρμακογνωστική μελέτη φυτών των νησιών του Βορείου Αιγαίου

Abstract

With the present dissertation we proceeded for the first time the complete ethnopharmacological study of the islands of the North Aegean Region, both with the classical technique with questionnaires and statistical processing, as well as with the use of Artificial Intelligence (AI), in order to develop fast Machine Learning (ML) algorithms for ethnopharmacological research purposes. Thus, the overall recording of ethnopharmacological reports of aromatic and medicinal plants from the North Aegean islands was completed and their use was evaluated based on statistical indicators, such as Fidelity Level Index (FL) and User Value (UV). A total of 109 wild plants from 52 species of different families were classified based on the percentage (%) of their selection in therapeutic categories and the part of the plant used in the medicinal preparations. At the same time, the endemic and endangered plant species that are mentioned in ethnopharmacological reports by the inhabitants of the islands of the area, were recorded.Then the development of ML algorithms took place, aiming at the use of AI in the complex process of classifying ethnopharmacological information based on geographical area, plant species and therapeutic uses. The result was a significant increase in both efficiency and effectiveness in information retrieval, suggesting for the first time the importance of the use of AI in ethnopharmacological research.A phytochemical study of the endemic species of Sideritis from the island of Lesvos (Sideritis sipylea Boiss) and its biological evaluation, was carried out, with the ultimate goal of confirming its ethnopharmacological and bibliographic reports. The Water / Ethanol (HA), methanol (ME) and ethyl acetate (EtOAc) extracts were prepared, which were then analyzed by Ultra-Performance Liquid Chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry (UPLC-HRMS). 33 metabolites belonging mainly to the categories of phenolic acids, phenylethanoids glycosides and flavonoids were identified. At the same time, dichloromethane extract (DCM), essential oil (EO) and (SFE) extract were analyzed by Gas Chromatography Coupled with Mass Spectrometry (GC-MS) of which 79 metabolites were identified, mainly diterpene hydrocarbons, oxygenated sesquiterpenes and diterpenes. In addition, the total phenolic content (TPC) and the in-vitro inhibitory activity of tyrosinase and elastase enzymes of the above 6 extracts was evaluated, with EO giving us the best results. Finally, the in-vitro, activity of selected plant extracts (Water / Ethanol, DCM and SFE extract) was studied against the protection of neurons in the cerebral cortex of rat embryos, after stimulation with glutamic acid. The aim was to evaluate bibliographic references for action of this species in chronic degenerative diseases. The experimental results were encouraging for the total water-ethanolic extracts of the plant, with an increase in both the survival rate of nerve cells and the regeneration of injured neurons, following stressful conditions with glutamic acid.Then the phytochemical analysis and biological evaluation of both the by-products of cultivated Cymbidium orchid from the island of Samos was carried out. The apolar, medium polarity and polar extracts of the by-products of the cultivated orchid Cymbidium sp. (pseudobulbs, roots, flowers and leaves), were evaluated for their antioxidant activity as well as for their inhibition of the enzymes tyrosinase, elastase and collagenase. Medium polarity extracts showed both antioxidant activity and inhibition of the specific enzymes. They were then subjected to chromatographic separation which resulted in the isolation of 33 secondary metabolites from bulbs, roots, flowers and leaves, which belong to the chemical categories of phenanthrenes, anthraquinones, dibenzyls, derivatives of phenolic acids, phenol acids and steroids. From the above phenanthroquinone cymbisamoquinone, is a new natural product. The metabolites dihydroresveratrol, 9,9’-diacetyl-dihydrodiconiferyl alcohol, dodecyl ferulate, dodecyl coumarate and (24R) -6β-hydroxy-24-ethyl-colest-4-en-3-on have not been reported in the Orchidaceae family before. The compounds isolated from the roots and bulbs were then evaluated for their inhibitory effect on the enzymes mentioned above.The structure of the isolated molecules was identified by Liquid Chromatography coupled to Mass Spectrometry (LC-MS) and Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy (NMR) using one (1D) and two dimensional (2D) techniques

Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε για πρώτη φορά η ολοκληρωμένη εθνοφαρμακολογική μελέτη των νήσων της Περιφέρειας Βορείου Αιγαίου, τόσο με την κλασσική τεχνική με ερωτηματολόγια και στατιστική επεξεργασία, όσο και με την χρήση της τεχνητής νοημοσύνης με στόχο την ανάπτυξη αλγορίθμων μηχανικής μάθησης για την γρήγορη και αξιόπιστη εθνοφαρμακολογική αναζήτηση. Έτσι ολοκληρώθηκε η συνολική καταγραφή των εθνοφαρμακολογικών αναφορών αρωματικών και φαρμακευτικών φυτών από τα νησιά Βορείου Αιγαίου και αξιολογήθηκε η χρήση τους με βάση στατιστικούς δείκτες, όπως Fidelity Level Index (FL) και User Value (UV). Ταξινομήθηκαν συνολικά 109 άγρια είδη φυτών από 52 διαφορετικές οικογένειες με βάση το ποσοστό (%) επιλογής τους σε θεραπευτικές κατηγορίες και το τμήμα του φυτού που χρησιμοποιήθηκε στις εθνοφαρμακολογικές παρασκευές. Παράλληλα έγινε καταγραφή των ενδημικών και απειλούμενων φυτικών ειδών που αναφέρονται σε εθνοφαρμακολογικές αναφορές από τους κατοίκους των νησιών της περιοχής. Στην συνέχεια πραγματοπoίηθηκε η ανάπτυξη αλγορίθμων Μηχανικής Μάθησης, με στόχο την χρήση της Τεχνητής Νοημοσύνης στην πολύπλοκη διαδικασία ταξινόμησης της εθνοφαρμακολογικής πληροφορίας με κριτήρια την γεωγραφική περιοχή, το φυτικό είδος και τις θεραπευτικές χρήσεις. Το αποτέλεσμα ήταν μία σημαντική αύξηση τόσο της αποδοτικότητας όσο και της αποτελεσματικότητας στην ανάκτηση πληροφορίας, υποδηλώντας για πρώτη φορά την σημασία της χρήσης της Τεχνητής Νοημοσύνης στην εθνοφαρμακολογική έρευνα.Πραγματοποιήθηκε φυτοχημική μελέτη ενός ενδημικού είδους σιδερίτη από την νήσο Λέσβο (Sideritis sipylea Boiss) και βιολογική αξιολόγησή του, με απώτερο στόχο να επιβεβαιωθούν οι πληροφορίες από την εθνοφαρμακολογία και τις βιβλιογραφικές αναφορές. Παρασκευάστηκαν τα υδατοαιθανολικά εκχυλίσματα (ΗΑ), εκχυλίσματα μεθανόλης (ΜΕ) και οξικού αιθυλεστέρα (EtOAc), τα οποία στην συνέχεια αναλύθηκαν με Υγρή χρωματογραφία Υψηλής Απόδοσης συζευγμένη με Φασματομετρία Μάζας Υψηλής Ανάλυσης (UPLC-HRMS) και ταυτοποίηθηκαν συνολικά 33 μεταβολίτες που ανήκουν κυρίως στις κατηγορίες των φαινολικών οξέων, φαινυλαιθανοειδών γλυκοσιδών και φλαβονοειδών. Παράλληλα, το διχλωρομεθανικό εκχύλισμα (DCM), το αιθέριο έλαιο (ΕΟ) και το εκχύλισμα με τεχνική (SFE), αναλύθηκαν με Αέρια Χρωματογραφία συζευγμένη με Φασματομετρία Μάζας (GC-MS) και ταυτοποιήθηκαν 79 συνολικά ενώσεις, κυρίως σεσκιτερπενικοί και διτερπενικοί υδρογονάνθρακες, οξυγονωμένα σεσκιτερπένια και διτερπένια. Επιπλέον, αξιολογήθηκε η συνολική περιεκτικότητα των 6 παραπάνω εκχυλισμάτων σε φαινολικό φορτίο (TPC), και την in-vitro ανασταλτική δράση έναντι των ενζύμων της τυροσινάσης και ελαστάσης. Τέλος, μελετήθηκε in-vitro, η δραστικότητα επιλεγμένων εκχυλισμάτων του φυτού (υδατοαιθανολικό, διχλωρομεθανικό και εκχύλισμα με τεχνική SFE) έναντι της προστασίας νευρώνων του εγκεφαλικού φλοιού εμβρύων αρουραίων, μετά από διεγερσιμοτοξικότητα από γλουταμινικό οξύ, με στόχο την αξιολόγηση βιβλιογραφικών αναφορών του συγκεκριμένου είδους σε χρόνια εκφυλιστικά νοσήματα του ΚΝΣ. Τα πειραματικά αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά για τα ολικά υδατοαιθανολικά εκχυλίσματα του φυτού, τα οποία έδειξαν σε in-vitro προσομoίωση συγκεκριμένων βιοχημικών συνθήκων νευροεκφυλιστικών νόσων αύξηση τόσο του ποσοστού επιβίωσης των νευρικών κυττάρων, όσο και της αναγέννησης τραυματισμένων νευρώνων, έπειτα από στρεσογόνες συνθήκες με γλουταμινικό οξύ.Στην συνέχεια πραγματοποιήθηκε η φυτοχημική ανάλυση και η βιολογική αξιολόγηση τόσο των υποπροϊόντων καλλιεργούμενης ορχιδέας Cymbidium από την νήσο Σάμο. Tα άπολα, μεσαίας πολικότητας και πολικά εκχυλισμάτα των υποπροϊόντων της καλλιεργούμενης ορχιδέας Cymbidium sp. (ψευδοβολβοί, ρίζες, άνθη και φύλλα), αξιολογήθηκαν για την αντιοξειδωτική τους δράση καθώς και για την αναστολή τους στα ένζυμα τυροσινάση, ελαστάση και κολλαγενάση. Τα εκχυλίσματα μεσαίας πολικότητας παρουσίασαν σημαντική δράση τόσο σε αντιοξειδωτικές όσο και στις τρεις ενζυμικές δομικασίες. Στη συνέχεια υποβλήθηκαν σε χρωματογραφικό διαχωρισμό που οδήγησε στην απομόνωση 33 δευτερογενών μεταβολιτών από βολβούς, ρίζες, άνθη και φύλλα, οι οποίοι ανήκουν στις χημικές κατηγορίες των φαινανθρενίων, ανθρακινονών, στιλβενοειδών, παραγώγων φαινολικού οξέος, στερολών, απλών φαινολικών ενώσεων, τριτερπενίων και λιπαρών οξέων. Από τα παραπάνω η φαινανθροκινόνη cymbisamoquinone, αποτελεί νέο φυσικό προϊόν. Οι μεταβολίτες dihydroresveratrol, 9,9’-diacetyl-dihydrodiconiferyl alcohol, dodecyl ferulate, dodecyl coumarate και (24R)-6β-hydroxy-24-ethyl-colest-4-en-3-on δεν έχουν ξανααναφερθεί στην οικογένεια Orchidaceae. Στην συνέχεια, οι απομονωμένες ενώσεις από τις ρίζες και τους βολβούς, αξιολογήθηκαν για την ανασταλτική τους δράση στα ένζυμα που προαναφέρθηκαν. Η ταυτοποίηση της δομής των απομονωμένων μορίων πραγματοποιήθηκε με Υγρή Χρωματογραφία συζευγμένη με Φασματομετρία Μάζας (LC-MS) και Φασματοσκοπία Πυρηνικού Μαγνητικού Συντονισμού (NMR) με τεχνικές μίας (1D) και δύο διαστάσεων (2D).