Vanderlan da Silva BolzaniUniversidade Estadual Paulista UNESPUnesp
Criando os Elos Fundamentais da Cadeia de Fitoterápicos: Extratos e Marcadores
São Paulo/19/082015
Biodiversidade = Diversidade Química - Variedade de todas as formas de vida na Terra, em diferente níveis hierárquicos: paisagens, ecossistemas, espécies, genes, proteoma, metaboloma” Criado por E. Wilson, 1998, “The Diversity of Life and The Future of Life” Edward O. WilsonValoração da
biodiversidadeA investigação científica da biodiversidade é uma estratégia valiosa para fornecer bens e serviços essenciais diretos e indiretos, para a humanidade de grande valor agregado
Produz amplo espectro de metabólitos secundáriosúteis como:
• Alimento•Fármaco
• Agroquímico•Sabores e fragrâncias
• Cosméticos; Têxtil•Madeira; Combustível
• Material de construção
………e mantém o equilíbrio de sua própria regulação e manutenção: •Purificação do ar e água•Decomposição de resíduos•Clima, estabilização •Ciclo de nutrientes•Fertilidade do solo•Polinização•Controle de insetos e microrganismos•Recursos genéticos
Sua Preservação é essencial para a manutenção das espécies e para a economia nacional se explorada de forma racional e sustentável
(Jay Withgott & Scott Brennan, 2005)
Saldo Comercial crescentemente dependente de setores intensivos em recursos naturais
Brasil, país que detém uma biodiversidade única, abriga 70% de todas as espécies, incluindo plantas e animais o que equivale a 15-20% da biodiversidade da Terra
Fonte de Matérias Primas
Produtos dealto valor agregado
Produtos de baixo valor agregado
2005 – The first antiinflammatory herbal medicine completely developed in Brazil
Aché usa biodiversidade para lançar Fitoterápico 100% brasileiro
Sintocalmy - usa princípios ativos da passiflora (patente internacional para a empresa, que investe em pesquisas da biodiversidade nacional)
Notícia Jornal Brasil Econômico, 10-03-2010
FITOSCAR – lançado em 2007, é uma mistura de taninos constituinte do extrato seco de Stryphnodendron adstringens (Mart.) Coville a 50% 60 mg
Luis Marques, et al, 2012
A linha L’Occitane au Brésil lançada no mercado brasileiro em 15 de maio de 2013. No restante do mundo, os produtos estarão disponível a partir 2014
Fruto da palmeira, típica da AmazôniaFamília Arecaceae Gênero/espécie: Euterpe oleracea
BIOECONOMIA DO AÇAÍ
15% POLPA
+85% CAROÇO
- SORVETE- TORTAS GELÉIAS- LICOR- BOMBONS
PRINCIPAIS USOS- ADUBOS- CURTUME/TANINO- XAXINS- ISOLANTES
USOS COM MAIOR VALOR AGREGADO- USOS INDÚSTRIA - -AUTOMOBILISTICA- DRUGS
Baixo Valor agregado
Prospeção de metabólitos
secundários de várias classes e biopolímeros
Frequency of patent applications deposited in the period between 2003 and 2008, coming from the State of Amazonas, executed by their respective industrial sector.
Frickmann, et al. J. Technol. Manag. Innov., 6 (4) 2011
Distribution of research groups involved with medicinal plants, phytotherapic and phytocosmetic by Brazilian Amazonia, per category of STI, in 2010
Depósitos de patentes sobre produtos da biodiversidade amazônica por região depositadas no INPI e/ou PCT, 1982-2009
Arruda, et al, Revista Amazônia 6, 23-24, 2008; Arruda, et al. Parcerias estratégicas. Brasília?DF, Brasil 14(29), 145-172.
A robust analytic platformHPLC, LC, GC, MS, NMR
Identification known and unknowns secondary metabolites and peptides
Map metabolic network
Biosynthesis
Biological activity
Metabolome data information
*RoleIn plant
*Regulation,genes, proteins
Bolzani, V. et al. Pure App. Chem. 2012 MEDICINES AND COSMETICS LEAD COMPOUNDS
Modern Herbal Medicines Experimental strategies
Metabolomics, proteomics and
genomics studies - by using HPLC techniques,
NMR, MS
Medicinal plants Phytomedicines
Bioassays
Cells, tissues, organisms
Functional genome(i.e. DNA arrays)
Functional proteome(i.e. Electrophoresis 2D
Comparative metabolomics studies - RNM
MULTIVARIATE ANALISIS DATA - RMN
The importance of NMR spectroscopy on metabolomic and proteomic research on bioproducts, and in special to find news leads for drugs, nutraceuticals, cosmetics - into the omics era
Shyur, Lie-F.; Yang, Ning-S. Current Opinion in Chemical Biology 12, 66 (2008)
Complete chemical fingerprint♦ Plant species♦ Quality Control♦ Identification of bioactive compounds (dereplication)
Information for♦ Pharmacology♦ Medicine♦ molecular pharmacology ♦ pharmacodynamics, pharmacokinetics
New strategies to study Natural Products
Inactive Active
Study of Chrysobalanaceae species with cytotoxic activities: Metabolomic analysis for the understanding of synergistic associations and their molecular complexity
NMR
HPLC-MSHPLC-UVExtracts
Metabolites ID - Dereplication
Cytotoxic activity
Chrysobalanaceae species
Detected moleculesIn silico metabolomic analysis– fingerprint X bioactivity
δ “active” chemical shifts1H NMRIn situ metabolomic analysis– bioactivity monitoring
Metabolic profile of cell line + plant extract by NMR Mechanism of action
Licania hoehneiLicania kunthianaLicania humilisCouepia grandifloraHirtella hebecladaParinari excelsa
Fungi
Plants
0 0.5 1
123456789
101112131415
Analysis and finger printer
EM
DAD-UV
RMN
0 1 2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
nz = 7
15.000 1H5.000 13C4.000 gHMQC4.000 gHMBC2.700 NOESY2.500 COSY1.500 TOCSY1.500 DEPT
Compounds identified
Generation of data; probability
of finding clusters of
knownmolecules
0 0.5 1
123456789
101112131415
0 0.5 1
123456789
101112131415
“IN-HOUSE NMR DATABASE”
Chemical documentation of extracts
Development of algorithms to facilitate the chemical documentation Under patent protection (Freire, F., Castro-Gamboa, 2014)
EtOH extract of leaves of L. salviaefolia (Reference extract)
Reference substances isolated from L. salviefolia
UHPLC-ESI-TOF-MS: Resourceful and useful methods for comparative metabolic studies of Lippia spp
Funari et al. Journal of Chromatography A, 1259 (2012) 167-178Funari et al. Phytochemistry, 72 (2011) 2052-2061
• Replacing harmful solvents (MeOH and MeCN) with renewable less toxic solvents (EtOH and acetone)
• Keeping extraction/separation performances• statistically-based comparisons
• Increasing the efficiency of a process
• statistically-based optimization of methods = less experiments = less energy and solvent consumptions.
• monitoring energy and solvent consumptions by employing home made metrics, such as Comprehensive metric to compare liquid chromatography methods
Funari et al. J. Sep. Sci., v. 37, 2014; Funari et al. J. Chromatogr. A (under review); Funari et al. . J. Chromatogr. A (submitted)
NuBBE: greening natural products investigation
Extract Preparation still has been a bottleneck in the obtaining scale up natural products
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
700
800
0 10 20 30 40 50 60 700
100
200
300
400
500
600
mAU (a)
(b)mAU
minutes
*
0 5 10 15 20
0 5 10 15 20
GREEN FINGERPRINTING COMPLEX SAMPLES: MEDICINAL PLANTS USED IN BRAZIL SELECTED EXAMPLES
Funari et al. J. Sep. Sci., v. 37, 2014 Funari et al. J. Chromatogr. A (in press); Funari et al. . J. Chromatogr. A (accepted)
0 10 20 30 40 50 600
20
40
xx
0 10 20 30 40 50 600
20
4045-60 min.
(a) Acetonitrile
(b) Acetone
minutes
• Replacing harmful solvents with green alternatives
• Increasing process efficiency
H2O-EtOH 80oC AcetoneH2O-EtOH
H2O-MeOH H2O-MeCN 30oC H2O-MeCN
HPLC-UV Casearia sylvestris HPLC-UV Bidens pilosa HPLC-C-CAD Lippia alba
THANK YOU FOR YOUR ATTENTIONOBRIGADA PELA SUA ATENÇÃO