Evaluation of the antioxidant activity and antitumor activity of marine invertebrates extracts

Dissertação de Mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologias, Universidade do Algarve, 2014

A saúde Humana é tema de grande importância, merecendo assim uma enorme atenção por parte da comunidade científica. As condições ambientais às quais o Homem se encontra sujeito nos dias de hoje, como por exemplo os agravados níveis de poluição e intensos níveis de radiação UV, são por si só potenciais causadores de inúmeros distúrbios e condições perigosas que podem facilmente evoluir para doenças, muitas delas irreversíveis e até mesmo incuráveis. Em associação aos hábitos de vida pouco saudáveis de uma enorme percentagem da população como o tabaco, má nutrição, vida sedentária e o intenso nível stress a que estamos sujeitos diariamente, todos juntos contribuem de uma forma assustadora para o desenvolvimento e progressão de doenças como cancros, Alzheimer, Parkinson e uma série de outras doenças. Tal facto, gera um stress oxidativo no organismo, que como consequência trará uma série de distúrbios ou até mesmo doenças graves. Visando aumentar a esperança média de vida, fontes naturais de compostos bioativos têm sido intensamente estudadas, de forma a prevenir, retardar e até mesmo curar determinadas doenças. Inúmeros compostos bioactivos foram já isolados de frutas, vegetais, plantas e algas, essencialmente oriundos de organismos pertencentes ao Reino das plantas. Parte destes metabolitos naturais fazem ou fizeram parte de ensaios clínicos, os quais inclusive obtiveram para alguns casos obtiveram resultados bastante positivos levando á produção farmacológica. O Oceano é um dos ecossistemas mais ricos do planeta Terra, albergando uma vasta diversidade de organismos permitindo-nos um espetáculo de cor, texturas, tamanhos e diferentes complexidades. Diariamente são produzidos inúmeros metabolitos, muitos deles por descobrir, os quais apresentam as mais variadas bioatividades e aplicações medicinais. Estudos têm vindo a provar que os compostos naturais produzidos nos Oceanos são de facto uma potencial fonte para o desenvolvimento da indústria Farmacológica. Devido á sua interessante e exuberante fisiologia e adaptações ao meio ambiente os invertebrados marinhos são talvez uma das mais promissoras fontes de compostos bioativos. Muito poucos estudos foram ainda realizados nesta área e apesar de ainda existir muito por descodificar e descobrir, estudos prévios apontam para uma forte possibilidade na utilização de invertebrados marinhos como fonte de compostos bioativos. Contudo á que ter em atenção que o estudo dos organismos como fonte de compostos bioativos é ainda bastante recente, tendo sido iniciado à sensivelmente 60 anos, pelo que ainda necessita de muitas reformulações no que toca á extração de compostos. Atualmente aproximadamente 1500 metabolitos de origem marinha já foram descritos, dos quais alguns deram inclusive origem a medicamentos como: Ziconitide (Prialt™), Yondelis™ e Halaven™, bastante referenciados para a prevenção e tratamento do cancro. Sendo que os referidos medicamentos são derivados da descoberta de compostos bioativos em esponjas. Assim sendo e considerando o potencial que os invertebrados marinhos representam para a indústria farmacológica, neste trabalho foi estuda uma espécie de lesma do mar (B.leachii), a qual é considerada invasora no Mar Mediterrâneo. Com o intuito de avaliar o potencial da mesma como fonte de metabolitos naturais foram realizados diferentes ensaios, todos eles complementares, permitindo a quantificação da atividade antioxidante (Inibição do DPPH, atividade quelante do ferro e cobre, atividade redutora do ferro e a inibição do oxido nítrico), neuroprotectora, avaliando o efeito dos extratos de B.leachii na inibição enzimática (acetilcolinesterase, butirilcolinesterase e tirosinase) e ainda o seu efeito in vitro para culturas celulares, avaliando a capacidade anti-inflamatória dos extratos (avaliando a viabilidade celular após ser induzida uma resposta inflamatória pelo LPS) e o seu potencial na proteção das células contra o efeito de H2O2. Os resultados deste estudo mostram que a B. leachii apresenta uma atividade antioxidante bastante relevante. Estes resultados são bastante promissores, pois os compostos antioxidantes têm a capacidade de prevenir o stress oxidativo, que quando descontrolado despoleta a iniciação e desenvolvimento de doenças. Os extratos mostraram ainda uma elevada afinidade para inibir a tirosinase, mostrando-se assim bastante promissores para indústria da cosmética (inibindo a produção de melanina) ou até mesmo para a indústria farmacológica. Uma vez que a tirosinase está implícita na progressão de doenças neurológicas como Parkinson, devido à libertação de compostos tóxicos associados á sua atividade, extratos de B. leachii podem portanto representar uma esperança na possibilidade do desenvolvimento de tratamento da doença. Ainda referente à atividade neuroprotectora, o extrato de acetona mostrou uma enorme habilidade na inibição do óxido nítrico, apresentando assim uma potente atividade anti-inflamatória, a qual é essencial para a prevenção de doenças neurológicas. De acordo com os dados obtidos para o seu perfil de ácidos gordos, a espécie é de facto possuidora de uma considerável percentagem de ácidos polinsaturados, especialmente ómega-3, destacando-se o EPA, o que vai de encontro á sua capacidade anti-inflamatória. De uma forma geral a espécie de lesma estudada mostrou ser uma potencial fonte de metabolitos naturais os quais apresentaram as mais diversas atividades biológicas sendo possivelmente capazes de beneficiar a saúde Humana, dada a possibilidade de atuação perante determinadas doenças. Além disso este estudo demonstrou que a lesma do mar estudada apresenta um teor proteico relevante. Pelo que uma possível alimentação em recursos obtidos destes organismos pode beneficiar em muito o sistema imunitário do Homem. Os dados obtidos nesta tese de certa forma acabam por ir ao encontro da teoria que tem vindo a ser desenvolvida pela comunidade científica: Que os compostos presentes na maioria dos invertebrados marinhos na verdade são metabolitos secundários (oriundos da dieta). Finalmente o facto de se falar de uma espécie invasora, e uma vez que a espécie tem todo este potencial, os dados justificam que no âmbito do controle da sua densidade e abundância para os locais onde é invasora, em vez de simplesmente remover o excesso de biomassa, que seria depois desperdiçado, que seja feito o reencaminhamento devido da biomassa para locais onde possa ser devidamente estuda e aproveitada. Este estudo potencializa a abertura de novas portas e oportunidades para o desenvolvimento da saúde humana. Sendo um dos primeiros estudos realizados, não existem estudos comparáveis pelo que todos os resultados são válidos para descartar ou conduzir a novas oportunidades e teorias.

Nowadays diseases are evolving and progressing so quickly, every single day thousands and thousands of people die due to several untreatable conditions. The environmental that we live on is full of dangerous agents such as pollution and radioactivity, which contribute for the emerging of new diseases. Considering the risks that those conditions represent for humans health, the research community is doing a huge effort to prevent and hopefully shut down several diseases. Scientists have been using natural sources as a way to extract natural bioactive compounds, with a range of different bioactivities, which can potently be used by the pharmaceutical industry for the new drug development. Oceans are one of the more diverse ecosystems in the world. Aquatic systems are stuffed with a huge diversity of organisms where a magnificent world of colors, shapes, textures and interesting metabolites can be seen. Marine animals had evolved in a complete different environmental and for that they contain a considerable amount of bioactive compounds due to an accurate chemical defensive system, diet and other adaptations to the extreme conditions of oceans. By its interesting physiology, marine invertebrates namely sponges, tunicates, sea cucumbers and sea hare, are considered as a potential resource of bioactive compounds. In the recent years around 1500 marine natural products have been identified, 45 were tested during preclinical and clinical trials. A few of them have been approved for clinical use: this is the case of Ziconitide (Prialt™) used for the chronic pain; ecteinascidin 743 (Yondelis™) used for the treatment of ovarian cancer soft tissue sarcoma and eribulin mesylate (Halaven™) for the treatment of recurrent breast cancer. Another example is bryostatin, which was originally studied for anticancer activity and led to the development of analogues with a high potential to alleviate the symptoms related with Alzheimer’ disease. Considering the background and the urgency of the identification of new bioactive compounds, the main goal of this thesis project is to evaluate the biological activities of extracts from Bursatella leachii, which is an invasive species of sea hare in the Mediterranean. For the following extracts it was evaluated the antioxidant and neuroprotective activity using different and complementary assays. As for the antioxidant activity, it was evaluated through the RSA of DPPH, nitric oxide inhibition, metal chelating activity and iron reducing/antioxidant power. For the neuroprotective activity it was quantified the ability to inhibition toome specific enzymes and the anti-inflammatory power of the extracts. This work proved that the B. leachii could be considered as a potent source of bioactive compounds with a positive effect in health. As for the results the extracts exhibit a potent antioxidant activity, a high inhibitory power of tyrosinase and a very high affinity to in vitro inhibit the NO production, in other words a potent anti-inflammatory activity. In a near Future it is probably that B.leachii could be used by the food, cosmetic or pharmaceutical industry, as a source of bioactive molecules in favor of human’s health and quality. Also the study gives propose to the excess of B. leachii biomass found in Mediterranean Sea.