Ανάπτυξη μεθόδων LC-MS/MS για την ανάλυση φυσικών προϊόντων: η περίπτωση της ναρινγενίνης

Abstract

Natural products (NPs) play a key role in the drug discovery process because of their great diversity in nature, which allows the identification of molecules of interest for the development of new therapeutic agents. In addition, they can form the basis for synthetic and medicinal chemistry in the context of the development of new derivatives with enhanced biological activity. In particular, flavonoids are considered among the most important NPs due to their biological properties and among the most commonly used compounds worldwide. The ever-increasing demand for natural products with potential benefits for human health, reinforces the need for more efficient and sophisticated analytical methods.The aim of this thesis is the development of liquid chromatography combined with mass spectrometry (LC-MS) methods for the analysis of natural products. More specifically, the LC-MS technique was used for the quantification and stability evaluation of naringenin, a flavanone belonging to the flavonoid group, and its hybrid derivatives synthesized, to enhance its antiplatelet activity.Initially, special emphasis was placed on the structure, origin, biosynthesis and biological properties of the general class of flavonoids. Many research studies have focused on this class of NPs and more specifically on finding new sources with increased polyphenol content. Carob, which is a natural product that has attracted the attention of the research community due to its numerous benefits to human health, has been the subject of an extensive literature review based on its flavonoid content including naringenin.Naringenin was chosen as a precursor compound for the development of new antiplatelet agents, not only because of its biological and pharmacological properties, but also due to its attractive structure that offers the possibility of modification with a wide variety of substituents. In particular, the hybrids 4'-acetyl-naringenin and 4'-DHA-naringenin were synthesized.To evaluate the bioactivity of designed and newly synthesized naringenin analogues in human plasma, a necessary and important step is the determination of their stability in human plasma. To achieve this, we developed LC-MS protocols to quantify both the stability of the naringenin hybrids and to monitor and quantify the naringenin released by the cleavage of these conjugates in human plasma, in a time-dependent manner. Such methodologies are of great importance for the analysis of natural products and their major metabolites in complex matrices such as plant extracts, plasma, urine, etc.It was proved that 4'-DHA-naringenin conjugate has seven-fold higher stability than 4'-acetyl-naringenin, which was rapidly degraded and showed significant inhibitory activity on all three ADP-, AA- and TRAP-6-induced platelet aggregation pathways. This was particularly important because we were able to simulate the simultaneous administration of three antiplatelet agents (drugs) in a single molecule. The present study re-emphasizes the important contribution of LC-MS in the quality control of natural products, as well as in the discovery of new metabolites of biotechnological and industrial interest.

Τα φυσικά προϊόντα (NPs) διαδραματίζουν βασικό ρόλο στη διαδικασία ανακάλυψης φαρμάκων, εξαιτίας της μεγάλης ποικιλομορφίας τους στη φύση, γεγονός που επιτρέπει τον εντοπισμό μορίων ενδιαφέροντος για την ανάπτυξη νέων θεραπευτικών παραγόντων. Επιπλέον, μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για τη συνθετική και φαρμακευτική χημεία στο πλαίσιο της ανάπτυξης νέων παραγώγων με ενισχυμένη βιολογική δράση. Ειδικότερα, τα φλαβονοειδή θεωρούνται από τα σημαντικότερα NPs εξαιτίας των βιολογικών τους ιδιοτήτων και από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες ενώσεις παγκοσμίως. Η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση για φυσικά προϊόντα με πιθανά οφέλη για την ανθρώπινη υγεία, ενισχύει την ανάγκη για πιο αποτελεσματικές και εξελιγμένες αναλυτικές μεθόδους.Σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη μεθόδων υγρής χρωματογραφίας συνδυασμένης με φασματομετρία μάζας (LC-MS) για την ανάλυση φυσικών προϊόντων. Πιο συγκεκριμένα, η τεχνική της LC-MS χρησιμοποιήθηκε για την ποσοτικοποίηση και τον έλεγχο σταθερότητας της ναρινγενίνης σε ανθρώπινο πλάσμα, μιας φλαβανόνης που ανήκει στην ομάδα των φλαβονοειδών καθώς και υβριδικών παραγώγων αυτής, που συντέθηκαν με σκοπό την ενίσχυση της αντιαιμοπεταλιακής της δράσης.Αρχικά, δόθηκε ιδιαίτερη έμφαση στη δομή, την προέλευση, τη βιοσύνθεση και τις βιολογικές ιδιότητες της γενικής κατηγορίας των φλαβονοειδών. Σε αυτή την κατηγορία NPs έχουν εστιάσει πολλές ερευνητικές μελέτες και πιο συγκεκριμένα στην εξεύρεση νέων πηγών με αυξημένη περιεκτικότητα σε πολυφαινόλες. Το χαρούπι το οποίο είναι ένα φυσικό προϊόν που έχει προσελκύσει την προσοχή της ερευνητικής κοινότητας εξαιτίας των πολυάριθμων οφελών του στην ανθρώπινη υγεία, αποτέλεσε αντικείμενο μιας εκτεταμένης βιβλιογραφικής ανασκόπησης εξαιτίας της περιεκτικότητας του σε φλαβονοειδή αλλά και σε ναρινγενίνη.Η ναρινγενίνη επιλέχθηκε ως πρόδρομη ένωση για την ανάπτυξη νέων αντιαιμοπεταλιακών παραγώγων, όχι μόνο λόγω των βιολογικών και φαρμακολογικών της ιδιοτήτων, αλλά εξαιτίας της ελκυστικής της δομής που προσφέρει τη δυνατότητα τροποποίησης με μεγάλη ποικιλία υποκαταστατών. Πιο συγκεκριμένα συντέθηκαν τα υβρίδια 4'-ακέτυλο-ναρινγενίνη και 4'-DHA-ναρινγενίνη.Για την αξιολόγηση της βιοδραστικότητας των σχεδιασμένων και νεοσυντιθέμενων αναλόγων ναρινγενίνης σε ανθρώπινο πλάσμα, απαραίτητο και σημαντικό βήμα είναι ο προσδιορισμός της σταθερότητα τους σε αυτό. Για να επιτευχθεί αυτό, αναπτύξαμε πρωτόκολλα LC-MS για την ποσοτικοποίηση τόσο της σταθερότητας των υβριδίων ναρινγενίνης, όσο και για την παρακολούθηση και τον ποσοτικό προσδιορισμό της ναρινγενίνης που απελευθερώνεται από την διάσπαση των συζευγμάτων αυτών στο ανθρώπινο πλάσμα, κατά τρόπο εξαρτώμενο από το χρόνο. Τέτοιες μεθοδολογίες έχουν μεγάλη σημασία για την ανάλυση των φυσικών προϊόντων και των κύριων μεταβολιτών τους σε πολύπλοκες μήτρες, όπως είναι τα φυτικά εκχυλίσματα, το πλάσμα, τα ούρα κτλ.Αποδείχθηκε ότι το συζυγές 4'-DHA-ναρινγενίνη έχει επταπλάσια υψηλότερη σταθερότητα σε σχέση με την 4'-ακέτυλο-ναρινγενίνη, η οποία αποικοδομήθηκε ταχέως και επέδειξε σημαντική ανασταλτική δράση και στις τρεις οδούς συσσωμάτωσης αιμοπεταλίων επαγόμενης από τα ADP, ΑΑ και TRAP-6. Αυτό ήταν ιδιαίτερα σημαντικό, διότι επιτύχαμε να προσομοιώσουμε την ταυτόχρονη χορήγηση τριών αντιαιμοπεταλιακών παραγόντων (φαρμάκων) σε ένα μόνο μόριο. Από την παρούσα μελέτη αναδεικνύεται εκ νέου η σημαντική συμβολή της LC-MS στον ποιοτικό έλεγχο των φυσικών προϊόντων, καθώς και στην ανακάλυψη νέων μεταβολιτών βιοτεχνολογικού και βιομηχανικού ενδιαφέροντος.