Exploitation of Greek flora for the discovery of antioxidant and skin-whitening natural compounds based on HPTLC and CPC techniques

Abstract

The use of plants as medicines predates written human history. Many of the herbs and spices used by humans to season food also yield useful medicinal compounds. Nowadays, the use of herbs to treat diseases is almost universal among non-industrialized societies and the search for drugs and dietary supplements derived from plants have accelerated. Besides, in modern society, there is a great increase in research concerning aging and the necessity of finding ways to prevent or inhibit it. Specially, regarding antioxidants and whitening agents in skin care, products can now be viewed as active and beneficial as they contain “bioactives” which though not medicinal, are endowed with functional attributes. Greek flora is an excellent source for natural “bioactives”, as it consists of approximately 6700 species of which ca. 22% are endemic. Moreover, despite the rich diversity and importance, only a small proportion, approximately 10%, of the classified plants have been investigated and chemically characterized. The issue that comes up with the existence of such numbers is how to avoid laborious and time-consuming isolation of individual compounds. Lamiaceae family was investigated for antioxidative protective potential, aiming to the identification of promising plant sources for the direct discovery of lead secondary metabolites. Screenings were conducted by employing simple and rapid assays to support a high-throughput procedure based on HPTLC and FCPC. A hundrend and eighty plant (180) extracts were investigated for their antioxidant properties leading us to the final eleven (11) extracts. The 11 species and subspecies were further assessed for their antioxidant potential (ABTS, ROS), whereas the lead compounds of each extract were detected through HPTLC-autography. Further up, two procedures that would lead us in a short time to a small number of appropriate solvent systems for the FCPC procedure were established and the potent antioxidant natural compounds were isolated. For the discovery of NPs with skin whitening properties from Greek plant extracts there was an attempt to combine three High-Throughput Screening (HTS) techniques (NMR-Heterocovariance approach, HPTLC-Based activity profiling and HPTLC-autography) to establish an integrated high-throughput multivariate statistics platform. Eight extracts derived form plants of Greek flora (Armeria canescens, Cercis siliquastrum, Pistacia terebinthus, Paeonia mascula ssp hellenica, Paeonia clusii ssp. clusii, Veratrum album, Cistus salvifolius and Sedum sediforme) were chosen and investigated by means of high-throughput multivariate statistics platform to detect and identify potent natural compounds with whitening activity prior any isolation.

Η χρήση των φυτών ως φαρμάκων προηγείται της γραπτής ανθρώπινης ιστορίας. Πολλά από τα βότανα και τα μπαχαρικά που χρησιμοποιούνται από τους ανθρώπους για να καρυκεύσουν τα τρόφιμα παρέχουν επίσης χρήσιμες φαρμακευτικές ενώσεις. Σήμερα, η χρήση βοτάνων για τη θεραπεία ασθενειών είναι σχεδόν καθολική στις μη βιομηχανοποιημένες κοινωνίες και η αναζήτηση φαρμάκων και συμπληρωμάτων διατροφής που προέρχονται από φυτά έχει επιταχυνθεί. Εξάλλου, στη σύγχρονη κοινωνία, υπάρχει μεγάλη αύξηση στις έρευνες σχετικά με τη γήρανση και την αναγκαιότητα εύρεσης τρόπων πρόληψης ή αναστολής της. Ειδικά, όσον αφορά τα αντιοξειδωτικά και τους λευκαντικούς παράγοντες στη φροντίδα του δέρματος, τα προϊόντα μπορούν πλέον να θεωρηθούν ενεργά και ωφέλιμα καθώς περιέχουν «βιοδραστικές ουσίες» που αν και δεν είναι φαρμακευτικές, παρέχουν ποικίλες λειτουργικές ιδιότητες. Η ελληνική χλωρίδα είναι μια εξαιρετική πηγή φυσικών «βιοδραστικών», καθώς αποτελείται από περίπου 6700 είδη εκ των οποίων περίπου το 22% είναι ενδημικά. Παρ' όλα αυτά, μόνο ένα μικρό ποσοστό, περίπου το 10%, των ταξινομημένων φυτών έχει διερευνηθεί και χαρακτηριστεί χημικά. Το ζήτημα που προκύπτει με την ύπαρξη τέτοιων αριθμών είναι πώς να αποφευχθεί η επίπονη και χρονοβόρα απομόνωση μεμονωμένων ενώσεων.Η οικογένεια Lamiaceae διερευνήθηκε ως προς την αντιοξειδωτική της ικανότητα, με στόχο τον εντοπισμό και την άμεση ανακάλυψη κύριων δραστικών δευτερογενών μεταβολιτών. Εφαρμόστηκαν απλές και γρήγορες αναλύσεις για την υποστήριξη μιας διαδικασίας υψηλής απόδοσης βασίσμένη στις τεχνικές της HPTLC και FCPC. Εκατόν ογδόντα φυτικά (180) εκχυλίσματα ερευνήθηκαν για την αντιοξειδωτική τους ικανότητα οδηγώντας μας σε έντεκα (11) τελικά εκχυλίσματα. Τα 11 είδη και υποείδη αξιολογήθηκαν περαιτέρω (ABTS, ROS), ενώ οι κύριες ενώσεις κάθε εκχυλίσματος ανιχνεύθηκαν μέσω HPTLC-αυτογραφίας. Περαιτέρω, καθιερώθηκαν δύο διαδικασίες που θα μας οδηγούσαν σε σύντομο χρονικό διάστημα στην επιλογή ενός μικρού αριθμού κατάλληλων διφασικών συστημάτων διαλυτών για τη διαδικασία FCPC καταλήγοντας στην απομόνωση των δευτερογενών μεταβολιτών με ισχυρή αντιοξειδωτική ικανότητα.Για την ανακάλυψη φυσικών προϊόντων με ιδιότητες λεύκανσης του δέρματος από ελληνικά φυτικά εκχυλίσματα, έγινε μια προσπάθεια συνδυασμού τριών τεχνικών High-Throughput Screening (HTS) (προσέγγιση NMR-Heterocvariance, HPTLC-Based Activity Profiles and HPTLC-autography) για τη δημιουργία ενός ολοκληρωμένης πολυμεταβλητής στατιστικής πλατφόρμας. Οκτώ εκχυλίσματα που προέρχονται από φυτά της ελληνικής χλωρίδας (Armeria canescens, Cercis siliquastrum, Pistacia terebinthus, Paeonia mascula ssp hellenica, Paeonia clusii ssp. clusii, Veratrum άλμπουμ, Cistus salvifolius και Sedum sediforme επιλέχθηκαν με στατιστικά στοιχεία high-investment and sediforme) επιλέχθηκαν και διευρευνήθηκαν μέσω της πλατφόρμας αυτής για τον εντοπισμό και την ταυτοποίηση των φυσικών ενώσεων με λευκαντική δράση χωρίς την ανάγκη της απομόνωσής τους.