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Title: Chemical Characterization and Bioactivity of Aqueous and Organic Extracts of Echinacea purpurea (L.) Moench
Authors: Coelho, Joana Filipa Pereira
Advisor: Santos, Paulo Fernando Da Conceição
Ferreira, Isabel Cristina Fernandes Rodrigues
Keywords: Echinacea purpurea (L.) Moench
antimicrobial activity
cytotoxicity
phenolic compounds
Issue Date: 19-Mar-2019
Abstract: Echinacea purpurea (L.) Moench is known for its medicinal properties such as antiinflammatory, antioxidant, antimicrobial, antiviral and cytotoxic, and it is the most known and used medicinal plan for its stimulating properties. E. purpurea can be used in infusions, tinctures or capsule forms and it is available on the market. The information about the cytotoxic activity of E. purpurea is scarce and this study was designed essentially to assesses the anticancer and antimicrobial properties of the plant. Five organic extracts were obtained by sequential extraction with different solvents and two aqueous extracts (decoction and infusion) of E. purpurea and it was determined and quantified their phenolic composition. The antimicrobial activity of the extracts was assessed against Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Listeria monocytogenes, MRSA, MSSA and Candida albicans. The cytotoxicity activity was tested against several human cancer cell lines: MCF-7 (breast adenocarcinoma), NCI-H460 (non-small cells lung cancer), HeLa (cervical carcinoma) and HepG2 (hepatocellular carcinoma). Additionally, the hepatotoxicity was tested against a non-tumor porcine liver primary cell line (PLP2). Concerning the phenolic composition, the methanol extract was the only organic extract that was rich in phenolic acids and flavonoids, both aqueous extracts possessing a much bigger content of phenolic acids than flavonoids. In what respects antimicrobial activity, the dichloromethane, ethyl acetate and acetone extracts showed moderate activity towards Escherichia coli, Klebsiella pneumoniae, Morganella morganii, Proteus mirabilis, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis, Listeria monocytogenes, MRSA, MSSA and Candida albicans. The dichloromethane and n-hexane extracts were the ones that stood out with great cytotoxicity against the tumor cell lines, but these extracts also showed some toxicity towards the PLP2 cell line. As the cytotoxic results were promising for the n-hexane and dichloromethane extracts, both extracts were fractionated by gradient elution column chromatography and their cytotoxicity as well as their hepatotoxicity were evaluated. With the fractionation of both extracts, fourteen fractions of the n-hexane extract and fifteen fractions of dichloromethane extract were obtained and their cytotoxicity as well as their hepatotoxicity was evaluated. All n-hexane fractions showed cytotoxic properties against HepG2 and only the last fraction of n- hexane extract didn’t show cytotoxicity towards NCI H460, HeLa and MCF-7. Five dichloromethane fractions didn’t show cytotoxicity against all tumour cell lines and only two fractions showed toxicity towards primary cell line of pork liver. In general, the cytotoxicity of the extracts was superior to that of the obtained fractions. Moreover, the phenolic compounds do not seem to contribute to the cytotoxic properties of n-hexane and dichloromethane extracts since these compounds were not detected.
Echinacea purpurea (L.) Moench é conhecida pelas suas propriedades medicinais, tais como, atividade anti-inflamatória, antioxidante, antimicrobiana, antiviral e citotóxica, e é a planta medicinal mais conhecida e usada para a estimulação do sistema imunitário. Ela está disponivel no mercado e pode ser usada sob a forma de infusões, tinturas ou capsulas. É escassa a informação sobre a atividade citotóxica da E. purpurea e este estudo foi projetado essencialmente para avaliar as propriedades anticancerígenas e antimicrobianas da planta. Cinco extractos organicos foram obtidos por extração sequencial com diferentes solventes e dois extractos aquosos (decocção e infusão) de E. purpurea e foi determinada e quantificada a sua composição fenólica. A atividade antimicrobiana dos extractos foi avaliada em Escherichia coli; Klebsiella pneumoniae; Morganella morganii; Proteus mirabilis; Pseudomonas aeruginosa; Enterococcus faecalis; Listeria monocytogenes; MRSA; MSSA e Candida albicans. A atividade citotóxica foi testada em várias células tumorais humanas: MCF7 (adenocarcinoma da mama), NCI-H460 (cancro do pulmão), HeLa (carcinoma do cérvix) e HepG2 (carcinoma hepatocelular). Adicionalmente, a hepatotoxicidade foi testada numa linha celular primária não tumoral de fígado de porco (PLP2). No que diz respeito à composição fenólica, o extrato de metanol foi o único extrato rico em ácido fenólicos e flavonoides, os extratos aquosos possuem um maior conteúdo de ácidos fenólicos do que de flavonoides. A respeito da atividade antimicrobiana, os extratos de diclorometano, acetato de etilo e acetona mostraram uma atividade moderada perante Escherichia coli; Klebsiella pneumoniae; Morganella morganii; Proteus mirabilis; Pseudomonas aeruginosa; Enterococcus faecalis; Listeria monocytogenes; MRSA; MSSA and Candida albicans. Os extratos de diclorometano e n-hexano foram os únicos que se destacaram com uma ótima citotoxicidade nas linhas celulares tumorais, mas estes extratos também mostraram alguma toxicidade perante a linha celular PLP2. Como os resultados da citotoxicidade foram promissores para os extratos de n-hexano e diclorometano, ambos foram fracionados por cromatografia em coluna de eluição em gradiente e a sua citotoxicidade assim como a sua hepatotoxicidade foi avaliada. Com o fracionamento de ambos os extratos, foram obtidas catorze frações do extrato de n-hexano e quinze do extrato de diclorometano e foi avaliada a sua citotoxicidade assim como a sua hepatotoxicidade. Todas as frações do extrato de n-hexano mostraram propriedades citotóxicas na linha celular HepG2 e só a última fração não mostrou possuir atividade citotóxica perante as linhas celulares NCI H460, HeLa e MCF-7. Cinco frações do extrato de diclorometano não mostraram possuir citotoxicidade e só duas frações mostraram toxicidade perante a linha primária. No geral, a citotoxicidade dos extratos foi superior do que a citotoxicidade obtida nas frações. Além disso, os compostos fenólicos parecem não contribuir para as propriedades citotóxicas dos extratos de n-hexano e diclorometano uma vez que não foram detetados compostos.
Description: Thesis of Master of Science in Biochemistry
URI: http://hdl.handle.net/10348/9316
Document Type: Master Thesis
Appears in Collections:DQUI - Dissertações de Mestrado
TD - Dissertações de Mestrado

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