Biological activities and technological exploitation of alkannin/shikonin derivatives and Boraginaceae species
Authors: Αραμπατζής Αθανάσιος 
Published: September 2022

Η αλκαννίνη (Α) και η σικονίνη (Σ) είναι δύο εναντιομερείς υδροξυναφθοκινόνες που βιοσυντίθενται στις ρίζες διαφόρων φυτών της οικογένεια Boraginaceae και οι οποίες έχουν γίνει ιδιαίτερα γνωστές τις τελευταίες δεκαετίες χάριν στις σημαντικές βιολογικές δράσεις που παρουσιάζουν. Η διδακτορική αυτή διατριβή αποσκοπούσε στη διερεύνηση της επίδρασης των Α/Σ και των παραγώγων τους (α) στην παχυσαρκία και τον διαβήτη, (β) στην επαγωγή του πολλαπλασιασμού των δερματικών κυττάρων και (γ) στην αναστολή της ανάπτυξης παθογόνων μικροοργανισμών. Επίσης, στόχος ήταν να αξιοποιήσει τεχνολογικά τις επουλωτικές και αναγεννητικές ιδιότητες των βιοδραστικών αυτών μορίων, αναπτύσσοντας πολυμερικά ικριώματα ιστομηχανικής ως φορείς για τις παραπάνω ναφθοκινόνες και πραγματοποιώντας την αξιολόγηση των βιολογικών τους ιδιοτήτων. Αναφορικά με τη μελέτη των βιολογικών ιδιοτήτων, χρησιμοποιήθηκαν διάφορα παράγωγα Α/Σ, καθώς και η μητρική τους ένωση ναφθαζαρίνη, προκειμένου να μελετηθεί η σχέση δομής-δραστικότητάς τους κατά τη διάρκεια in vitro και in vivo πειραμάτων σε πρo-λιποκύτταρα 3T3-L1 και στο νηματοειδές Caenorhabditis elegans, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η αλκαννίνη και η σικονίνη, κατάφεραν να αναστείλουν τη λιπογένεση (σε συγκέντρωση 1 μΜ) σε μεγαλύτερο βαθμό συγκριτικά με τα υπόλοιπα παράγωγα. Τα παραπάνω ευρήματα αποτυπώθηκαν τόσο στα πειράματα με τη χρώση ORO staining, όσο και σε αυτά της RT-PCR. Σε ότι αφορά το C. elegans, διαπιστώθηκε απουσία αντιλιπογενετικής δράσης, ενώ παρατηρήθηκε σημαντική τοξικότητα, οδηγώντας σε δραστική μείωση της επιβίωσης του νηματοειδούς. Η ανάλυση των δεδομένων έδειξε ότι η ναφθαζαρίνη προκάλεσε τη μεγαλύτερη τοξικότητα στο C. elegans, ακολουθούμενη από τη β,β-διμεθυλο-ακρυλο-σικονίνη και την ισοβαλερυλο-σικονίνη. Αναφορικά με την επίδραση των ναφθοκινονών στη βιωσιμότητα/πολλαπλασιασμό των κυττάρων Hs27, αλλά και την ανάπτυξη των βακτηρίων, S. aureus και S. epidermidis, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι εστέρες Α/Σ, μαζί με τα διμερή Α/Σ οδήγησαν σε πολλαπλασιασμό των κυττάρων μετά από τις τρεις ημέρες, ενώ αντίθετα οι εναντιομερείς ναφθοκινόνες προκάλεσαν μείωση της κυτταρικής βιωσιμότητας, ακόμα και σε χαμηλές συγκεντρώσεις (500 nM). Σχετικά με τα πειράματα ανάπτυξης των βακτηρίων, οι Α/Σ και η ακετυλο-σικονίνη εμφάνισαν τη μεγαλύτερη αντιβακτηριακή δράση συγκριτικά με τα υπόλοιπα πιο λιπόφιλα παράγωγα. Το τεχνολογικό κομμάτι της διατριβής αφορούσε στην ανάπτυξη ικριωμάτων ιστομηχανικής με χρήση διαφόρων πολυμερών (CΑ, PCL, PHB, PLGA, and PLLA), μέσω της τεχνικής της ηλεκτροστατικής ινοποίησης. Στα παραπάνω βιοϋλικά ενσωματώθηκε μίγμα παραγώγων Α/Σ και στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός των παρασκευασθέντων νανοϊνών ως προς τις φυσικοχημικές και βιολογικές τους ιδιότητες. Συνολικά όλα τα ικριώματα παρασκευάστηκαν επιτυχώς εμφανίζοντας μέσα μεγέθη ινών μεταξύ 360 nm (δείγματα CA) και 1.47 μm (δείγματα PHB). Τα ικριώματα με βάση τα πολυμερή CA και PHB παρουσίασαν ινώδεις μορφολογίες χωρίς το σχηματισμό χαντρών (beads), ενώ αντίθετα αυτά τα οποία αποτελούνταν από PCL, PLGA και PLLA σχημάτισαν χάντρες κατά μήκος των ινών. Σχετικά με τη βιολογική αξιολόγηση, τα CA και PHB ικριώματα που περιείχαν μικρές ποσότητες (<1% w/w) μίγματος παραγώγων Α/Σ κατόρθωσαν να ενισχύσουν την κυτταρική προσκόλληση στις επιφάνειές τους, αυξάνοντας παράλληλα την κυτταρική βιωσιμότητα και τον πολλαπλασιασμό. Επιπλέον, κατά τη μελέτη της αντιβακτηριακής δράσης των ικριωμάτων, διαπιστώθηκε ότι τα δείγματα που περιείχαν μεγαλύτερες ποσότητες μίγματος παραγώγων Α/Σ (π.χ. 5% w/w) ήταν δραστικά έναντι των βακτηρίων, όπως B. subtilis, M. luteus, S. aureus και S. epidermidis.