In vitro and in situ screening systems for morphological and phytochemical analysis of Withania somnifera germplasms

We report, for the first time for Withania somnifera, the use of a modified in vitro system for morphological and phytochemical screening of true to type plants as compared with those grown in a conventional in situ system. Eleven germplasms of cultivated W. somnifera from different regions of India were collected to examine chemotypic variation in withaferin A (WA). Methods were developed to optimize WA extraction. The maximum concentration of WA was extracted from manually ground leaf and root material to which 60 % methanol was added followed by sonication in a water bath sonicator. Variation in WA concentration in whole plants was observed amongst the different germplasms. In the in vitro system, the concentration of WA ranged between 0.27 and 7.64 mg/g dry weight (DW) and in the in situ system, the range in concentration was between 8.06 and 36.31 mg/g DW. The highest amount of WA found in leaves was 7.37 and 41.42 mg/g DW in the in vitro and the in situ systems respectively. In roots, the highest WA concentration was 0.27 mg/g DW in the in vitro and 0.60 mg/g DW in the in situ system. There are distinct advantages in using the in vitro grown plants rather than those grown in the in situ system including the simplicity of design, efficient use of space and nutrition and a system which is soil and contaminant free. The proposed in vitro system is therefore ideal for utilization in molecular, enzymatic and biochemical studies.

Antimicrobial activity and phytochemical analysis of crude extracts and essential oils from medicinal plants

We aimed to establish a phytochemical analysis of the crude extracts and performed GC-MS of the essential oils (EOs) of Eugenia uniflora L. (Myrtaceae) and Asteraceae species Baccharis dracunculifolia DC, Matricaria chamomilla L. and Vernonia polyanthes Less, as well as determining their antimicrobial activity. Establishment of the minimal inhibitory concentrations of the crude extracts and EOs against 16 Staphylococcus aureus and 16 Escherichia coli strains from human specimens was carried out using the dilution method in Mueller-Hinton agar. Some phenolic compounds with antimicrobial properties were established, and all EOs had a higher antimicrobial activity than the extracts. Matricaria chamomilla extract and E. uniflora EO were efficient against S. aureus strains, while E. uniflora and V. polyanthes extracts and V. polyanthes EO showed the best antimicrobial activity against E. coli strains. Staphylococcus aureus strains were more susceptible to the tested plant products than E. coli, but all natural products promoted antimicrobial growth inhibition.

Phytochemical analysis of Hibiscus caesius using high performance liquid chromatography coupled with mass spectrometry

Various species in genus Hibiscus are traditionally known for their therapeutic attributes. The present study focused on the phytochemical analysis of a rather unexplored species Hibiscus caesius (H. caesius), using high-pressure liquid chromatography coupled with mass spectrometry (HPLC-MS). The analysis revealed five major compounds in the aqueous extract, viz. vanillic acid, protocatechoic acid, quercetin, quercetin glucoside and apigenin, being reported for the first time in H. caesius. Literature suggests that these compounds have important pharmacological traits such as anti-cancer, anti-inflammatory, anti-bacterial and hepatoprotective etc. however, this requires further pharmacological investigations at in vitro and in vivo scale. The above study concluded the medicinal potential of H. caesius.

Identification of lipophilic flavones and flavonols by comparative HPLC, TLC and UV spectral analysis

The identification of lipophilic flavones and flavonols using a combination of high performance liquid chromatography, thin layer chromatography and UV spectral analysis is discussed. Data are provided for the flavones, apigenin, luteolin and tricetin and twelve of their methyl ethers, 8-hydroxyluteolin, 6-hydroxyluteolin and scutellarein and fourteen of their methyl ethers, and some 6,8-dihydroxyapigenin and 6,8-dihydroxyluteolin derivatives. Data for some forty two flavonols with extra 6- and/or 8-hydroxylation, mostly 6-hydroxykaempferol and quercetagetin derivatives, are also presented. The remaining compounds analysed include fourteen 5-deoxyflavones, four 5-methoxyflavones and five 5-deoxyflavonols plus further 5-hydroxylated flavones and flavonols without B-ring oxidation or with 2-, 5- or 6-hydroxylation. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.

Application of on-line C30 RP-HPLC-NMR for the analysis of flavonoids from leaf extract of Maytenus aquifolium

The application of on-line C30-reversed-phase high-pressure liquid chromatography-nuclear magnetic resonance spectroscopy is described for the analysis of tetraglycosylated flavonoids in aqueous and hydroalcoholic extracts of the leaves of Maytenus aquifolium (Celastraceae). Triacontyl stationary phases showed adequate separation for on-line 1H-NMR measurements at 600 MHz and allowed the characterisation of these flavonoids by detection of both aromatic and anomeric proton signals. Copyright (C) 2000 John Wiley and Sons, Ltd.

Anticancer property of Bryophyllum pinnata (Lam.) Oken. leaf on human cervical cancer cells

Background: Bryophyllum pinnata (B. pinnata) is a common medicinal plant used in traditional medicine of India and of other countries for curing various infections, bowel diseases, healing wounds and other ailments. However, its anticancer properties are poorly defined. In view of broad spectrum therapeutic potential of B. pinnata we designed a study to examine anti-cancer and anti-Human Papillomavirus (HPV) activities in its leaf extracts and tried to isolate its active principle. Methods: A chloroform extract derived from a bulk of botanically well-characterized pulverized B. pinnata leaves was separated using column chromatography with step-gradient of petroleum ether and ethyl acetate. Fractions were characterized for phyto-chemical compounds by TLC, HPTLC and NMR and Biological activity of the fractions were examined by MTT-based cell viability assay, Electrophoretic Mobility Shift Assay, Northern blotting and assay of apoptosis related proteins by immunoblotting in human cervical cancer cells. Results: Results showed presence of growth inhibitory activity in the crude leaf extracts with IC50 at 552 mu g/ml which resolved to fraction F4 (Petroleum Ether: Ethyl Acetate:: 50: 50) and showed IC50 at 91 mu g/ml. Investigations of anti-viral activity of the extract and its fraction revealed a specific anti-HPV activity on cervical cancer cells as evidenced by downregulation of constitutively active AP1 specific DNA binding activity and suppression of oncogenic c-Fos and c-Jun expression which was accompanied by inhibition of HPV18 transcription. In addition to inhibiting growth, fraction F4 strongly induced apoptosis as evidenced by an increased expression of the pro-apoptotic protein Bax, suppression of the anti-apoptotic molecules Bcl-2, and activation of caspase-3 and cleavage of PARP-1. Phytochemical analysis of fraction F4 by HPTLC and NMR indicated presence of activity that resembled Bryophyllin A. Conclusions: Our study therefore demonstrates presence of anticancer and anti-HPV an activity in B. pinnata leaves that can be further exploited as a potential anticancer, anti-HPV therapeutic for treatment of HPV infection and cervical cancer.

Studies of the effects from extracts from two local plants (Tephrosia vogelii and Parkia clappertoniana) on Clarias gariepinus (Tengels)

Studies were carried out using 96hr static toxicity bioassay to determine the effect of lethal concentrations of extracts from two local plants Tephrosia vogelii and Parkia clappertoniana which are known fish poison, on a species of mud fish. Clarias gariepinus Phytochemical analysis of the plant extracts was done and the extract from T. vogelii was found to contain alkaloids, tannins and flavonoids, while the extract from P. clappertoniana was formed to contain alkaloids tannins and saponins. Experimental fish were exposed to test water separately polluted by varying concentrations of extraction of both plant species ranging from 0.50mgl super(-1), 1.50mgl super(-1), 2.50mgl super(-1), 3.0mgl super(-1), 5.00mgl super(-1), 10.00mgl super(-1) in the case of T. vogelii and 5.00mgl super(-1), 7.50mgl super(-1), 10.00mgl super(-1), 15.00mgl super(-1), 20.00mgl super(-1) and 30.00mgl super(-1) in the case of P. clappertaniana. Behavioural hispathological and heamatological examinations were made. Both plant extracts were found to have lethal effects at the higher concentrations, affecting the gills and the central nervous system as well as having a depressive effect on the total count and increasing platelet and white blood cell count. Symptoms of toxicosis observed include, initial inactivation agitated swimming, tumbling movement air gulping, increased opercular beat and period of quiescence/knockdown before death. Marked differences were also observed in the hematological and histopathological analysis of poisoned fish. Lower concentrations of the extracts had sub lethal effects on the fish, which manifested as zigzag movement air gulping increased opercular movement etc. None of these effects were observed in the control experiment

Cultura de tecidos, análise fitoquímica e avaliação da atividade biológica de Arachis villosulicarpa Hoehne

O amendoim cultivado (Arachis hypogaea) possui várias substâncias com capacidade antioxidante que apresentam efeitos benéficos para a saúde humana. Entretanto, a produção dessas substâncias ainda não foi observada em outras espécies do gênero. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultura in vitro para Arachis villosulicarpa, visando o desenvolvimento de alternativas para a produção metabólitos especiais. Segmentos nodais, internodais e foliares foram excisados de plantas in vitro e inoculados em meio MS suplementado com BAP, ANA, PIC ou 2,4-D. Os explantes apresentaram respostas distintas de acordo com o regulador de crescimento utilizado. Na presença de PIC, foi observada a formação de calos friáveis levemente oxidados em todos os explantes. Por outro lado, quando cultivados na presença de BAP ou 2,4-D, os explantes apresentaram a formação de calos compactos, com formação de brotos em diferentes taxas. Na presença de ANA, segmentos nodais e internodais não apresentaram resposta, enquanto que segmentos foliares apresentaram a formação de raízes adventícias em todas as concentrações testadas. Neste trabalho foi realizado uma avaliação comparativa da produção de metabólitos especiais e da atividade biológica em extratos de calos oriundos de folíolos inoculados em BAP 8,8 M, plantas in vitro e plantas ex vitro . Nas análises por meio do HPTLC e do HPLC foi possível demonstrar a diferença na produção de algumas substâncias e indicar a presença de flavonóides e polifenóis nos materiais analisados. Além disso, a partir das atividades biológicas foi possível identificar tanto a atividade antioxidante quanto a não mutagênica dos extratos. Dessa forma, estudos visando à detecção de metabólitos especiais em A. villosulicarpa podem expandir o conhecimento sobre as possibilidades de utilização de espécies do gênero Arachis.

Micropropagação e avaliação da potencialidade genotóxica de Petiveria alliacea L.

Petiveria alliacea L. é uma planta pertencente à família Phytolaccaceae, conhecida popularmente no país como guiné, erva-de-alho, erva-tipi ou amansa-senhor. Nativa da Região Amazônica tem sido cultivada em muitas áreas tropicais com propósito medicinal ou ritualístico. O objetivo desse trabalho foi (i) o desenvolvimento e a multiplicação de plantas de P. alliacea L. através de métodos de cultura de tecidos, e monitoramento fitoquímico das culturas, e (ii) avaliação comparativa das potencialidades genotóxica e antigenotóxica entre plantas coletadas no campo e produzidas in vitro. Exemplares de diferentes populações ocorrentes no estado do Rio de Janeiro foram utilizados como matrizes para a cultura. Foi estabelecido um protocolo para multiplicação das plantas em meio MS suplementado com BAP e ANA em diferentes concentrações e combinações, que forneceu como melhor resultado em média 8 plantas por explante na concentração de BAP 4,4 μM + ANA 0,54 μM. A análise fitoquímica foi baseada em métodos cromatográficos de diferentes extratos de plantas de campo e plantas in vitro das populações estudadas resultando em diferentes substâncias identificadas nas amostras analisadas por cromatografia em camada delgada. Os extratos foram também avaliados por cromatografia gasosa acoplada á espectrometria de massas, sendo identificadas diferentes substâncias, entre as quais o dibenzil dissulfeto, um produto de degradação de tiosulfinatos com importantes atividades biológicas na defesa das plantas. Os extratos aquosos das plantas de campo e daquelas estabelecidas in vitro foram submetidos à avaliação da potencialidade genotóxica e antigenotóxica, usando-se como modelo o DNA plasmidial pUC 9.1. Os resultados demonstraram que as concentrações utilizadas do extrato aquoso foram capazes de induzir alterações na conformação estrutural do DNA, indicando a ocorrência de quebras simples e duplas nesta molécula. Observou-se também que as lesões aumentaram, proporcionalmente ao aumento da concentração dos extratos, caracterizando-se, assim, um efeito dose-resposta. Os dados também apontaram para um efeito protetor do extrato aquoso, em relação aos danos oxidativos causados pelo cloreto estanoso, indicando, também, uma potencialidade antigenotóxica do extrato aquoso.

Cultura de tecidos e análise fitoquímica de Arachis repens HANDRO.

Os representantes do gênero Arachis são conhecidos como amendoim, e suas sementes possuem grande quantidade de óleos e proteínas, podendo ser consumidas cruas. A espécie mais cultivada do gênero é Arachis hypogaea, que possui grande importância comercial. Outras espécies são também utilizadas para controle das ervas daninhas e cobertura do solo, assim como ornamentais e na alimentação. Arachis repens, popularmente conhecida como grama amendoim, é utilizada como planta ornamental, na formação de pastagens, como forragem e para cobertura do solo em substituição a várias espécies comuns de grama. Diversas substâncias bioativas têm sido identificadas em A. hypogaea. Contudo, estas substâncias ainda não foram descritas em outras espécies do gênero. O objetivo deste trabalho foi o estabelecimento de sistemas de cultivo in vitro para Arachis repens, visando à micropropagação e à análise comparativa da produção de resveratrol em extratos alcoólicos dos materiais produzidos in vitro, em comparação com as plantas in vivo. Segmentos nodais, internodais e foliares foram excisados de plantas in vitro e inoculados em meio MS suplementado com diferentes concentrações de BAP, TDZ, AIA e KIN, utilizados isoladamente ou em combinação. Os explantes apresentaram respostas distintas de acordo com o regulador de crescimento utilizado. Na presença de BAP foi observada a formação de calos compactos, com formação de brotos em diferentes taxas. Na presença de TDZ, segmentos nodais e internodais formaram calos compactos em todas as concentrações. Segmentos nodais cultivados na presença de diferentes concentrações de AIA em combinação com KIN apresentaram a formação de calogênese. Foi também realizada uma avaliação da atividade antioxidante e a presença de fenóis totais em extratos de diferentes materiais in vivo e produzidos in vitro. Nas análises por meio de CLAE, foi possível detectar a presença de resveratrol tanto nos materiais in vivo, quanto os produzidos in vitro. Dessa forma, o trabalho forneceu resultados preliminares sobre as possibilidades de utilização de A. repens para a produção de metabólitos especiais.

Produção de plantas e metabólitos de Cleome dendroides Schult. & Schult. f. (Cleomaceae) utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro

Cleome dendroides é uma espécie endêmica da Mata Atlântica dos estados do Rio de Janeiro e Espírito Santo, bioma alterado por intensa atividade antrópica, o que constitui uma ameaça à preservação de suas populações. Não existem estudos dos pontos de vista fisiológico, biotecnológico, fitoquímico ou farmacológico sobre a espécie. Considerando-se o perfil fitoquímico e o potencial medicinal do gênero, torna-se relevante definirem-se protocolos para a produção de plantas e metabólitos de C. dendroides utilizando diferentes sistemas de cultivo in vitro. No presente trabalho, foram realizados estudos sobre a germinação in vivo da espécie, avaliando-se a influência do substrato, temperatura e luz. Não se observou qualquer tipo de dormência, sendo as temperaturas de 20, 25 e 20-30C, em areia ou vermiculita, apropriadas para a germinação in vivo. Definiu-se também uma metodologia eficiente de germinação sob condições in vitro, e as plântulas obtidas foram utilizadas como fonte de explantes para os estudos de propagação in vitro. A resposta morfogênica foi avaliada considerando-se a origem e tipo do explante, tipos e concentrações de reguladores de crescimento e número de subculturas. A metodologia empregada mostrou-se eficiente para a produção de brotos e manutenção de estoques de plantas in vitro que serviram como fonte de explantes. A melhor condição para a propagação in vitro foi definida em meio solidificado contendo BA, independentemente do tipo de explante e da origem. Os brotos obtidos foram alongados, enraizados e aclimatizados. Também foi estabelecida a cultura de raízes e a regeneração de brotos a partir destas culturas. Avaliou-se o efeito da origem do explante, assim como dos tipos e concentrações de fitorreguladores sobre a proliferação de raízes e a regeneração de brotos. O fitorregulador AIB propiciou maior multiplicação das raízes, enquanto BA mostrou-se eficiente na regeneração de brotos a partir das raízes recém-formadas. Foi estabelecido ainda um protocolo de cultura de calos e de suspensões celulares. Avaliou-se o efeito da origem e do tipo de explante, dos tipos e das concentrações de fitorreguladores sobre a calogênese. A combinação de PIC com KIN foi a mais eficiente para a indução de calos em explantes de plântulas obtidas a partir de germinação in vitro, produzindo calos que foram mantidos por pelo menos dois anos. As suspensões celulares também foram estabelecidas em meio contendo PIC + KIN, mantendo uma produção de biomassa de cerca de cinco vezes o peso fresco inicial por três sucessivas subculturas. Análises histoquímicas e fitoquímicas revelaram a presença de alcaloides nos calos e nas suspensões celulares. Foram realizadas análises fitoquímicas de plantas de campo, plantas aclimatizadas, plantas mantidas em estoque in vitro e culturas de raízes, as quais indicaram a presença de derivados de glicosinolatos. Os resultados demonstraram a viabilidade de produção de material vegetal de C. dendroides por meio de métodos biotecnológicos e a produção in vitro de metabólitos de importância medicinal

Produção in vitro, análise fitoquímica e avaliação da atividade antineoplásica de metabólitos de Hovenia dulcis Thunb. (Rhamnaceae) obtidos por diferentes estratégias biotecnológicas

Hovenia dulcis Thunberg, natural da Ásia Oriental, é cultivada no Brasil onde é conhecida como uva-do-japão. A espécie possui várias indicações na medicina popular e alguns estudos apontam o seu potencial antineoplásico, tripanocida e hepatoprotetor. Metabólitos secundários são substâncias não essenciais para a sobrevivência celular, mas que fornecem vantagens adaptativas aos vegetais, sendo atribuído, para algumas delas, atividades biológicas importantes. Substâncias de interesse medicinal têm sido obtidas por técnicas da cultura de tecidos vegetais, como a calogênese e a cultura de células em suspensão, que permitem a síntese de matéria-prima de forma contínua e homogênea, independentemente de fatores ambientais e sazonais. O presente estudo objetivou o estabelecimento de culturas in vitro de H. dulcis, visando à produção de metabólitos de interesse, com vistas à avaliação do seu potencial antineoplásico sobre células K562. Foram testados protocolos para o estabelecimento de diferentes sistemas, como culturas de calos, de células em suspensão (CCS) e compact callus clusters (CCC) e ainda a avaliação do uso de elicitores na otimização de metabólitos produzidos in vitro. Foi verificado que a adição dos fitorreguladores KIN e TDZ, substituindo o BAP, não foi capaz de induzir a formação de calos friáveis, bem como a manutenção das culturas em ausência de luz. O uso do nitrato de prata promoveu a friabilidade de calos em todas as concentrações testadas, considerando-se 2,0 mg.L-1 a melhor concentração. Foram alcançadas taxas de 100% de formação de CCS tanto na presença, quanto em ausência de AgNO3. O maior acúmulo de biomassa foi verificado na concentração mais baixa de PIC (0,625 mg.L-1). A análise dos espectros de RMN indicou a presença de (+)-dihidromiricetina, (+)-galocatequina, hovenitina II, hovenosideo G, hodulosideo III, hodulosideo IV, hodulosideo I e hovenidulciosideo B1 nas culturas de calos friáveis. No estabelecimento de culturas CCC, observou-se a formação de calos compactos verdes em todas as concentrações de ANA testadas. O aumento da velocidade de rotação para 135 rpm aumentou a dispersão das células com consequente formação dos agregados celulares desejados. A seleção de linhagens celulares demonstrou ser um método eficiente na uniformização do tamanho desses agregados e tal uniformidade se manteve estável por mais de cinco subcultivos em 100% das culturas. Uma fração rica em saponinas foi obtida a partir dos agregados celulares, correspondendo a 1,46% da massa seca. A análise por RMN sugeriu a presença das saponinas Hovenosideo G e dos hovenidulciosideos A2 e B2. O uso de elicitores em cultura de calos mostrou-se adequado à produção de metabólitos secundários, sem alterações morfológicas nos mesmos. A elicitação alterou o perfil cromatográfico analisado por HPLC. Na elicitação com 5,0 mg.L-1 de extrato de levedura foi verificado um aumento de quase três vezes (12,280 3,396 equivalentes de quercetina/mg de extrato) na síntese de flavonoides. Finalmente, os estudos de ação antitumoral in vitro demonstraram citotoxicidade dos extratos de calos não elicitados de H. dulcis sobre linhagem de leucemia mieloide crônica (IC50 de 74,05 μg.mL-1.) e inibição do crescimento de tais células (K562), sugerindo o potencial antineoplásico para um produto biotecnológio (calo) desta espécie.

Studies on the stability of diester-diterpenoid alkaloids from the genus Aconitum L. by high performance liquid chromatography combined with electrospray ionisation tandem mass spectrometry (HPLC/ESI/MSn)

The stability of diester-diterpenoid alkaloids (DDA) from plants of the genus Aconitum L. has been studied in different solvents and pH buffers. The HPLC/ESIMS method for analysing the concentration of DDA was established and DDA's decomposition products were elucidated by HPLC/ESI-MS/MSn. In different solvents, e.g. dichloromethane, ether, methanol and distilled water, the decomposition pathways of DDA are quite different and their difference in stabilities depends on the difference of their structures, in which substituents at the N atom and substituents at C-3 are different. The pyrolytic products of DDA, such as deacetoxy aconitine-type alkaloids, have been observed in the above solvents, whereas 8-methoxy-14-benzoyl aconitine-type alkaloids have been obtained only in methanol.

Discriminating the xanthones in an extract of Swertia franchetiana by retention parameters

The quantitative structure-retention relationship is one of the most actively studied topics in the field of chromatography. In this paper, retention parameters of components were used to discriminate the xanthones in a methanol extract of Swertia franchetiana. The extract was analysed by HPLC under two different multistage linear gradient conditions and the retention parameters calculated from these retention data. It was found that the retention parameters of xanthones are in a specific region in the plot of log k(w) vs. S and the xanthones in the extract could be distinguished from other components by this feature. Furthermore, xanthone aglycones and xanthone glucosides could also be discriminated by retention parameters. Copyright (C) 2005 John Wiley Sons, Ltd.