Peptidome profiling of venom from the social wasp Polybia paulista

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo fitoquímico e biológico dos extratos das folhas de Mimosa caesalpiniifolia Bentham

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Estudo fitoquímico e biológico dos extratos das folhas de Mimosa caesalpiniifolia Bentham

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mass spectrometry-based protein profiling strategies for biomarker discovery in liver and inflammatory bowel diseases

The study of protein expression profiles for biomarker discovery in serum and in mammalian cell populations needs the continuous improvement and combination of proteins/peptides separation techniques, mass spectrometry, statistical and bioinformatic approaches. In this thesis work two different mass spectrometry-based protein profiling strategies have been developed and applied to liver and inflammatory bowel diseases (IBDs) for the discovery of new biomarkers. The first of them, based on bulk solid-phase extraction combined with matrix-assisted laser desorption/ionization - Time of Flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) and chemometric analysis of serum samples, was applied to the study of serum protein expression profiles both in IBDs (Crohn’s disease and ulcerative colitis) and in liver diseases (cirrhosis, hepatocellular carcinoma, viral hepatitis). The approach allowed the enrichment of serum proteins/peptides due to the high interaction surface between analytes and solid phase and the high recovery due to the elution step performed directly on the MALDI-target plate. Furthermore the use of chemometric algorithm for the selection of the variables with higher discriminant power permitted to evaluate patterns of 20-30 proteins involved in the differentiation and classification of serum samples from healthy donors and diseased patients. These proteins profiles permit to discriminate among the pathologies with an optimum classification and prediction abilities. In particular in the study of inflammatory bowel diseases, after the analysis using C18 of 129 serum samples from healthy donors and Crohn’s disease, ulcerative colitis and inflammatory controls patients, a 90.7% of classification ability and a 72.9% prediction ability were obtained. In the study of liver diseases (hepatocellular carcinoma, viral hepatitis and cirrhosis) a 80.6% of prediction ability was achieved using IDA-Cu(II) as extraction procedure. The identification of the selected proteins by MALDITOF/ TOF MS analysis or by their selective enrichment followed by enzymatic digestion and MS/MS analysis may give useful information in order to identify new biomarkers involved in the diseases. The second mass spectrometry-based protein profiling strategy developed was based on a label-free liquid chromatography electrospray ionization quadrupole - time of flight differential analysis approach (LC ESI-QTOF MS), combined with targeted MS/MS analysis of only identified differences. The strategy was used for biomarker discovery in IBDs, and in particular of Crohn’s disease. The enriched serum peptidome and the subcellular fractions of intestinal epithelial cells (IECs) from healthy donors and Crohn’s disease patients were analysed. The combining of the low molecular weight serum proteins enrichment step and the LCMS approach allowed to evaluate a pattern of peptides derived from specific exoprotease activity in the coagulation and complement activation pathways. Among these peptides, particularly interesting was the discovery of clusters of peptides from fibrinopeptide A, Apolipoprotein E and A4, and complement C3 and C4. Further studies need to be performed to evaluate the specificity of these clusters and validate the results, in order to develop a rapid serum diagnostic test. The analysis by label-free LC ESI-QTOF MS differential analysis of the subcellular fractions of IECs from Crohn’s disease patients and healthy donors permitted to find many proteins that could be involved in the inflammation process. Among them heat shock protein 70, tryptase alpha-1 precursor and proteins whose upregulation can be explained by the increased activity of IECs in Crohn’s disease were identified. Follow-up studies for the validation of the results and the in-depth investigation of the inflammation pathways involved in the disease will be performed. Both the developed mass spectrometry-based protein profiling strategies have been proved to be useful tools for the discovery of disease biomarkers that need to be validated in further studies.

Determinazione dei composti fenolici in succhi di melograno

Negli ultimi anni, affianco ai succhi di frutta “classici” è sempre più importante la produzione di “nuovi succhi” che vengono formulati a partire da frutta non convenzionalmente utilizzata per la produzione di succo. Un esempio particolare è il melograno, ricco di sostanze come ellagitannini, antociani e altri derivati dell’acido gallico ed ellagico. Al melograno sono state attribuite differenti attività biologiche tra le quali effetti benefici a livello cardiovascolare ed intestinale, attività di prevenzione del cancro e altre patologie neurodegenarative. Non è ancora chiaro quali siano i costituenti che dimostrano avere tali proprietà. L’alto potere antiossidante degli ellagitannini ha fatto supporre che fossero essi stessi i responsabili di alcune attività benefiche. Tuttavia, è stato dimostrato che la loro biodisponibilità è molto bassa, in particolare, alcuni studi hanno dimostrato che essi vengono trasformati dalla flora batterica intestinale in urolitine, che, in quella forma, possono essere assorbiti nell’intestino. Per questo motivo si pensa che questi composti, formati a partire dai tannini, presenti nel melograno, siano i responsabili dell’attività. Questo lavoro sperimentale si colloca all’interno del progetto finanziato dalla Regione Emilia-Romagna; in particolare fa parte dell’OR4 “componenti alimentari che concorrano al mantenimento di uno stato di benessere fisico e riduca il rischio di contrarre malattie”. In questo lavoro sperimentale sono stati analizzati succhi di melograno ottenuti da arilli, i semi del melograno, di cultivar e provenienze geografiche diverse. Lo scopo è quello di mettere a punto metodiche analitiche strumentali avanzate (HPLC-ESI-TOF-MS) per la determinazione di antociani e altri composti fenolici nei succhi oggetto della sperimentazione e di identificare i composti presenti nei diversi campioni. La possibilità di utilizzare un analizzatore di massa come il TOF, infatti, permetterà di avere un’ottima accuratezza/sicurezza nell’identificazione dei composti fenolici nei campioni in esame. I metodi messi a punto verranno poi utilizzati per la determinazione dei composti fenolici nei diversi succhi di melograno.

Capillary electrophoresis contributions to the hydromorphone metabolism in man

CE-ESI multistage IT-MS (CE-MS(n), n < or = 4) and computer simulation of fragmentation are demonstrated to be effective tools to detect and identify phase I and phase II metabolites of hydromorphone (HMOR) in human urine. Using the same CE conditions as previously developed for the analysis of urinary oxycodone and its metabolites, HMOR and its phase I metabolites produced by N-demethylation, 6-keto-reduction and N-oxidation and phase II conjugates of HMOR and its metabolites formed with glucuronic acid, glucose, and sulfuric acid could be detected in urine samples of a patient that were collected during a pharmacotherapy episode with daily ingestion of 48 mg of HMOR chloride. The CE-MS(n) data obtained with the HMOR standard, synthesized hydromorphol and hydromorphone-N-oxide, and CYP3A4 in vitro produced norhydromorphone were employed to identify the metabolites. This approach led to the identification of previously unknown HMOR metabolites, including HMOR-3O-glucide and various N-oxides, structures for which no standard compounds or mass spectra library data were available. Furthermore, the separation of alpha- and beta-hydromorphol, the stereoisomers of 6-keto-reduced HMOR, was achieved by CE in the presence of the single isomer heptakis(2,3-diacetyl-6-sulfato)-beta-CD. The obtained data indicate that the urinary excretion of alpha-hydromorphol is larger than that of beta-hydromorphol.

Compostos fenólicos de resíduos agroindustriais: identificação, propriedades biológicas e aplicação em matriz alimentar de base lipídica

A geração de resíduos sólidos pelas atividades agroindustriais tem criado a demanda por um reaproveitamento tecnológico desses materiais. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial bioativo e tecnológico de resíduos agroindustriais, como fontes naturais de compostos fenólicos com atividade antioxidante. Foram analisados resíduos agroindustriais vinícolas, de indústrias produtoras de polpas congeladas de frutas (açaí, cajá, cupuaçu e graviola) e provenientes do beneficiamento de café e de laranja. Inicialmente, foi realizado um estudo para a determinação das condições ótimas de extração, empregando planejamento experimental multivariado com delineamento composto central rotacional, cujos resultados foram avaliados empregando a técnica de superfície de resposta. Na sequência, foram feitos a triagem dos resíduos, baseada na atividade antioxidante, e a caracterização fenólica dos extratos hidroalcoólicos obtidos dos resíduos agroindustriais. De acordo com os resultados de atividade antioxidante, engaço de uva da variedade Chenin Blanc (EC) e semente de açaí (SA) foram os resíduos selecionados, os quais seguiram para as etapas de concentração e fracionamento bioguiado de sua(s) molécula(s) bioativa(s), as quais foram posteriormente identificadas por UHPLC-ESI-LTQ-MS. Extratos brutos e concentrados foram avaliados in vitro quanto à capacidade de desativação de espécies reativas de oxigênio (radicais peroxila, ânion superóxido e ácido hipocloroso) e então, aplicados em óleo de soja, emulsão e suspensão de lipossomos, a fim de se avaliar a efetividade desses extratos como antioxidante natural em matrizes lipídicas. Concentrações intermediárias de etanol (40-60%) e alta temperatura (96°C), exceto para semente de açaí (25°C), foram as condições ótimas para a extração de antioxidantes dos resíduos agroindustriais. Epicatequina, ácido gálico, catequina e procianidina B1 foram os compostos de maior ocorrência, quando avaliados pela técnica de HPLC-DAD. O EC apresentou a maior atividade antioxidante global e SA a maior atividade entre os resíduos de polpas de frutas, laranja e café. A concentração dos extratos brutos de EC e SA, pela resina Amberlite XAD®-2, produziu aumento significativo da atividade antioxidante. Além disso, extratos brutos e concentrados apresentaram atividade antiproliferativa e anti-inflamatória. Os extratos concentrados foram fracionados por meio de Sephadex LH-20, a partir da qual foi possível identificar quatro frações de maior bioatividade para o EC e três para o SA. Procianidina B1, catequina, epicatequina e resveratrol foram identificados no extrato concentrado e frações de EC. Dezoito procianidinas poliméricas, catequina, epicatequina foram os principais compostos identificados em SA, por meio de UHPLC-ESI-LTQ-MS. Resveratrol também foi encontrado em SA pela primeira vez. Quando avaliados em óleo de soja, EC e SA demonstraram atividade pro-oxidante. Contudo, elevada atividade antioxidante foi verificada quando essas amostras foram aplicadas em sistemas lipídicos coloidais, pois retardaram o consumo de oxigênio em uma emulsão óleo/água e o período de indução na produção de dienos conjugados em uma suspensão de lipossomos. Portanto, os resíduos agroindustriais EC e SA possuem potencial tecnológico de reaproveitamento industrial podendo ser considerados possíveis matérias-primas para a obtenção de extratos ricos em antioxidantes ou pela extração de antioxidantes naturais de uso pelas indústrias farmacêutica e/ou de alimentos.

The utilization of chiral ion mobility spectrometry for the detection of enantiomeric mixtures and thermally labile compounds

This dissertation utilized electrospray ion mobility mass spectrometry (ESI-IMS-MS) to develop methods necessary for the separation of chiral compounds of forensic interest. The compounds separated included ephedrines and pseudoephedrines, that occur as impurities in confiscated amphetamine type substances (ATS) in an effort to determine the origin of these substances. The ESI-IMS-MS technique proved to be faster and more cost effective than traditional chromatographic methods currently used to conduct chiral separations such as gas and liquid chromatography. Both mass spectrometric and computational analysis revealed the separation mechanism of these chiral interactions allowing for further development to separate other chiral compounds by IMS. Successful separation of chiral compounds was achieved utilizing a variety of modifiers injected into the IMS drift tube. It was found that the modifiers themselves did not need to be chiral in nature and that achiral modifiers were sufficient in performing the required separations. The ESI-IMS-MS technique was also used to detect thermally labile compounds which are commonly found in explosive substances. The methods developed provided mass spectrometric identification of the type of ionic species being detected from explosive analytes as well as the appropriate solvent that enhances detection of these analytes in either the negative or positive ion mode. An application of the developed technique was applied to the analysis of a variety of low explosive smokeless powder samples. It was found that the developed ESI-IMS-MS technique not only detected the components of the smokeless powders, but also provided data that allowed the classification of the analyzed smokeless powders by manufacturer or make. ^

Messa a punto delle condizioni ottime di infusione di foglie di Ilex guayusa mediante disegno sperimentale Box-Behnken

Ilex guayusa, a tree native from the Amazon Rainforest, represents an important part of the culinary traditions and folk medicine of the indigenous tribes. In fact, infusions of different parts of the tree have been used as natural remedies. Particularly, the infusion obtained by the dry leaves of guayusa is a source of phenolic compounds, which are considered as antioxidant substances and have been associated with numerous benefits for human health. Currently, the growing interest of consumers towards healthy food and drinks has led to the rapid spread of this drink. However, the scientific literature about the content of polar compounds in infusion of guayusa leaves is scarce. Therefore, the aims of the present work were to enhance the extraction conditions of phenolic compounds from guayusa leaves by infusion and to characterize them via HPLC-ESI-TOF-MS. To reach these objectives, a Box-Behnken design (BBD) was applied to test the effect of different extraction conditions (time 2, 8 and 14 min), temperature (25, 62.5 and 100 °C) and solid ratio (0.25, 0.375 and 0.50 g) on the sum of phenolic content. On the one hand, the optimal conditions were 1 min infusion, 100 °C and 0.370 g of dry leaves. On the other hand, the 99% of the nine phenolic compounds identified were phenolic acids derivatives from hydroxycinnamic acid and the 1% belonged to the flavonoid family. The major compound was dicaffeoylquinic acid (68%). The difference between the results obtained and those of other researches is probably due to the stochastic nature of the vegetable matrix samples, since their chemical composition is susceptible to multiple factors. To sum up, the use of experimental design provided greater quantity of phenolic compounds than other extraction techniques such as blanching, or only to the oxidation process. Besides, the high resolution of the TOF spectrometer allowed the characterization of new isomers of the compounds previously described.

Determinazione dei composti fenolici in dragon Fruit (genere hylocereus)

Tra la frutta esotica di recente introduzione nel territorio italiano c’è anche la Pitaya, un frutto tropicale originario del Sud America, che oltre ad essere una novità per quello che è il mercato della frutta alternativa, esso è anche un alimento funzionale. Molti studi mettono in luce gli aspetti nutrizionali e farmacologici di tale frutto, attribuibili principalmente alla presenza di composti minori come le sostanze fenoliche, note per la loro bioattività. Per tale motivo, lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di valutare quali-quantitativamente i composti fenolici presenti in due specie di pitaya (H. undatus e H. megalanthus), analizzate mediante UPLC-ESI-TOF-MS. Nei campioni di pitaya analizzati sono stati identificati tredici composti polari: un acido organico, un derivato amminoacidico e undici derivati fenolici tra cui tre flavonoli glicosilati, due iridoidi di cui uno presenta due isomeri, un acido idrossicinammico aglicone, tre isomeri di un acido idrossicinammico glicosilato e un composto glicosilato scoperto di recente. I risultati ottenuti appaiono soddisfacenti sia dal punto di vista analitico che compositivo. Dal punto di vista analitico sono stati identificati nuovi composti fenolici nella pitaya come caffeoylisocitrate, hydroxyferuloyl hexoside, sinustoside e ligulucidumoside C. Dal punto di vista compositivo è stato possibile ottenere una panoramica di composti polari simili tra i campioni e la bibliografia. La comparazione con altre tipologie di frutta, tropicale e non, ci attesta che il contenuto fenolico della pitaya si posiziona tra i valori intermedi, è importante considerare sempre la variabilità legata alle caratteristiche pedo-climatiche dei frutti presi in esame. Nonostante i buoni risultati ottenuti, è importante sottolineare che questo rappresenta uno screening preliminare della composizione fenolica della pitaya e che seguiranno ricerche più approfondite per migliorare la valutazione quali-quantitativa di tale cromatogramma.

Messa a punto di un metodo di estrazione mediante estrazione ad ultrasuoni con sonotrodo per il recupero di composti fenolici da sansa di mele

Ogni anno le industrie alimentari che processano frutta e verdura generano un’enorme quantità di sottoprodotti, tra cui semi, bucce e sansa, che contengono grandi quantità di composti bioattivi come polisaccaridi, fibre alimentari e polifenoli. Per quanto riguarda il settore delle mele, uno dei frutti più consumati al mondo, solo il 70% di queste vengono consumate come fresche, mentre, il 25-30% viene scartato durante le fasi di produzione del succo, di sidro o di aceto di mele. Il principale sottoprodotto ottenuto da queste lavorazioni prende il nome di sansa di mela, la cui composizione è complessa (fibre alimentari, zuccheri fermentescibili, minerali, vitamine, fenoli, carotenoidi, ecc.) e dipende dalla varietà del frutto e dalla tecnologia di lavorazione. La sansa viene utilizzata in applicazioni alimentari e mangimistiche, ma anche nei sistemi di digestione anaerobica. Nonostante ciò, a causa della mancanza di tecniche di estrazione sostenibili, il valore di questi sottoprodotti è considerato trascurabile paragonato a quello di frutta e verdura processata. I metodi di estrazione convenzionali presentano alcune limitazioni in termini di tempo, energia e quantità di solvente utilizzato. L'estrazione assistita da ultrasuoni (UAE) con sonotrodo, tecnica innovativa non termica, permette di estrarre componenti bioattivi in ​​brevissimo tempo, a bassa temperatura e con poco solvente. Tra i componenti bioattivi presenti nella sansa di mela, i composti fenolici rappresentano una classe varia ed interessante, in particolare per la loro azione positiva sulla salute umana. La messa a punto di un metodo completo e affidabile per l’estrazione e per la caratterizzazione dei composti fenolici bioattivi nella mela, utilizzando HPLC-ESI-TOF-MS come potente tecnica analitica, è stato uno degli obiettivi principali di tutta la sperimentazione.

Determinazione di composti bioattivi da campioni di oli di oliva aromatizzati

In questa tesi sperimentale verranno mostrati e discussi i risultati dell’analisi svolta in Spagna presso l’Università di Granada. L’obbiettivo è stato quello di determinare la presenza di composti bioattivi a partire da cinque campioni di oli di oliva aromatizzati prodotti presso le strutture del Campus di Scienze degli Alimenti di Cesena. Per la precisione, si sono valutati tre oli ottenuti mediante aromatizzazione per co-estrazione di olive con arance, sottoprodotti di arance e pepe nero e due campioni di controllo ottenuti per frangitura delle sole olive utilizzate anche per le co-frangiture. Sotto la supervisione di un gruppo di docenti dell’Università di Granada, i campioni sopra citati sono stati sottoposti ad una prima fase di estrazione in soluzione idro-alcolica e ad una successiva analisi esplorativa qualitativa mediante UPLC-DAD-ESI-TOF-MS. I risultati sono stati commentati in relazione alla presenza nell’olio aromatizzato di molecole a struttura fenolica e polifenolica, note per potere esplicare anche in vivo attività salutistiche, che si sono ripartite dalle materie prime vegetali impiegate in co-frangitura all’olio ottenuto. Nello specifico, è emersa la presenza di composti bioattivi peculiari dei frutti dell’olivo, in particolar modo secoiridoidi e derivati, in netta minoranza rispetto ai composti non identificati ipoteticamente derivanti dalle matrici vegetali impiegate in co-estrazione.

A New Extraction Approach To Correct The Effect Of Apparent Increase In The Secoiridoid Content After Filtration Of Virgin Olive Oil.

In the current study, a new approach has been developed for correcting the effect that moisture reduction after virgin olive oil (VOO) filtration exerts on the apparent increase of the secoiridoid content by using an internal standard during extraction. Firstly, two main Spanish varieties (Picual and Hojiblanca) were submitted to industrial filtration of VOOs. Afterwards, the moisture content was determined in unfiltered and filtered VOOs, and liquid-liquid extraction of phenolic compounds was performed using different internal standards. The resulting extracts were analyzed by HPLC-ESI-TOF/MS, in order to gain maximum information concerning the phenolic profiles of the samples under study. The reduction effect of filtration on the moisture content, phenolic alcohols, and flavones was confirmed at the industrial scale. Oleuropein was chosen as internal standard and, for the first time, the apparent increase of secoiridoids in filtered VOO was corrected, using a correction coefficient (Cc) calculated from the variation of internal standard area in filtered and unfiltered VOO during extraction. This approach gave the real concentration of secoiridoids in filtered VOO, and clarified the effect of the filtration step on the phenolic fraction. This finding is of great importance for future studies that seek to quantify phenolic compounds in VOOs.

A New Platinum Complex With Tryptophan: Synthesis, Structural Characterization, Dft Studies And Biological Assays In Vitro Over Human Tumorigenic Cells.

A new platinum(II) complex with the amino acid L-tryptophan (trp), named Pt-trp, was synthesized and characterized. Elemental, thermogravimetric and ESI-QTOF mass spectrometric analyses led to the composition [Pt(C11H11N2O2)2]⋅6H2O. Infrared spectroscopic data indicate the coordination of trp to Pt(II) through the oxygen of the carboxylate group and also through the nitrogen atom of the amino group. The (13)C CP/MAS NMR spectroscopic data confirm coordination through the oxygen atom of the carboxylate group, while the (15)N CP/MAS NMR data confirm coordination of the nitrogen of the NH2 group to the metal. Density functional theory (DFT) studies were applied to evaluate the cis and trans coordination modes of trp to platinum(II). The trans isomer was shown to be energetically more stable than the cis one. The Pt-trp complex was evaluated as a cytotoxic agent against SK-Mel 103 (human melanoma) and Panc-1 (human pancreatic carcinoma) cell lines. The complex was shown to be cytotoxic over the considered cells.

Mass spectrometry parameters optimization for the 46 multiclass pesticides determination in strawberries with gas chromatography ion-trap tandem mass spectrometry

Multiclass analysis method was optimized in order to analyze pesticides traces by gas chromatography with ion-trap and tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). The influence of some analytical parameters on pesticide signal response was explored. Five ion trap mass spectrometry (IT-MS) operating parameters, including isolation time (IT), excitation voltage (EV), excitation time (ET),maximum excitation energy or “q” value (q), and isolationmass window (IMW) were numerically tested in order to maximize the instrument analytical signal response. For this, multiple linear regression was used in data analysis to evaluate the influence of the five parameters on the analytical response in the ion trap mass spectrometer and to predict its response. The assessment of the five parameters based on the regression equations substantially increased the sensitivity of IT-MS/MS in the MS/MS mode. The results obtained show that for most of the pesticides, these parameters have a strong influence on both signal response and detection limit.Using the optimized method, a multiclass pesticide analysis was performed for 46 pesticides in a strawberry matrix. Levels higher than the limit established for strawberries by the European Union were found in some samples.