Isolation, Structure Elucidation and Biological Investigation of Active Compounds in Cordia americana and Brugmansia suaveolens

Abstract

In Brazil, medicinal plants have been widely used for the treatment of diseases in folk medicine. However, the effective compounds responsible for the biological effects are often unknown. Extracts prepared from traditional medicinal plants from South Brazil were screened for their anti-inflammatory and wound healing activities. The Boraginaceae Cordia americana, locally known as “Guajuvira”, and the Solanaceae Brugmansia suaveolens, generically recognized as “Trombeteira”, presented interesting activity in the biological screening. Thus, the objective of this dissertation was the investigation of the ethanolic extracts prepared from the leaves of both plants and the characterization of potential effective compounds, focusing on: firstly, the isolation of the plant constituents using chromatographic methods; secondly, structural elucidation by means of spectroscopy experiments; and finally, biological investigation of the plant extracts and their respective compounds targeting different aspects of inflammation and wound healing processes.

From the ethanolic extract of Cordia americana, flavonols (rutin and quercitrin), phenolic compounds (rosmarinic acid, rosmarinic acid ethyl ester and 3-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-hydroxypropanoic acid), phytosterols (campesterol and beta-sistosterol) and triterpenoids (alpha- and beta-amyrin) were characterized. Quantification analysis of the plant extract showed rosmarinic acid as the major constituent with an amount of 8.44%. The ethanolic extract exhibited higher inhibition (i.e., proinflammatory mediators p38alpha and JNK3, TNFalpha and 5-LO as well as on scratch assay) in comparison with the predominant and other isolated compounds, however, evidences were provided for a crucial role of rosmarinic acid as the major key player.

Regarding the ethanolic extract of Brugmansia suaveolens, four new flavonol glycosides kaempferol 3-O-beta-D-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside, kaempferol 3-O-beta-D-[6’’’-O-(3,4-dihydroxy-cinnamoyl)]-glucopyranosyl-(1’’’→2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside, kaempferol 3-O-beta-D-[2’’’-O-(3,4-dihydroxy-cinnamic acid)]-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside and kaempferol 3-O-beta-D-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside were isolated. Concerning the biological effects of the ethanolic extract, the kaempferol aglycone as well as further non-isolated secondary metabolites might contribute to the plant activity.

In summary, this dissertation increases the phytochemical and pharmacological knowledge about Cordia americana and Brugmansia suaveolens, which support their use in traditional medicine.

In Brasilien werden in der Volksmedizin Heilpflanzen häufig für die Behandlung von Krankheiten verwendet. Die wirksamen Verbindungen, verantwortlich für die biologischen Wirkungen, sind aber in der Regel unbekannt. Extrakte aus traditionellen Heilpflanzen aus Süd-Brasilien wurden auf ihre entzündungshemmenden und wundheilenden Eigenschaften untersucht. Die Boraginaceae Cordia americana, lokal bekannt als “Guajuvira”, und die Solanaceae Brugmansia suaveolens, allgemein bekannt als “Trombeteira”, präsentierten interessante biologische Aktivitäten in den ersten Screening-Versuchen. So war das Ziel dieser Dissertation die Untersuchung der ethanolischen Extrakte aus den Blättern der beiden Pflanzen und die Charakterisierung von potentiell wirksamen Verbindungen. Hierbei erfolgte die Isolierung der pflanzlichen Inhaltstoffe mit chromatographischen Methoden, die Strukturaufklarung mittels NMR- und MS-Spektroskopie, und die biologische Untersuchung der Pflanzenextrakte und ihrer jeweiligen Inhaltstoffe in Testsystemen, die die Untersuchung verschiedener Aspekte der Entzündung und Wundheilung möglich machen.

Von dem ethanolischen Extrakt von Cordia americana wurden die Flavonoide (Rutin und Quercitrin), Phenolische Verbindungen (Rosmarinsäure, Rosmarinsäure Ethylester und 3-(3,4-dihydroxyphenyl)-2-Hydroxypropansäure), Phytosterine (Campesterin und Sitosterol) und Triterpenoide (alpha-und beta-Amyrin) charakterisiert. Die Quantifizierung des pflanzlichen Extrakts zeigte Rosmarinsäure als Hauptbestandteil mit einer Konzentration von 8,44%. Der ethanolische Extrakt zeigte eine nennenswerte Hemmung von proinflammatorischen Mediatoren wie p38alpha, JNK3, TNFalpha und 5-LO sowie im Scratch assay (als Modelle für Wundheilung), im Vergleich zu den Hauptbestandteilen und anderen isolierten Verbindungen. Rosmarinsäure kommt eine Schlüsselrolle für diese Wirkung zu.

Hinsichtlich des ethanolischen Extrakts von Brugmansia suaveolens, konnten vier neue Flavonolglykoside isolierter werden: Kaempferol 3-O-beta-D-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside, Kaempferol 3-O-beta-D-[6’’’-O-(3,4-dihydroxy-cinnamoyl)]-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside, Kaempferol 3-O-beta-D-[2’’’-O-(3,4-dihydroxy-cinnamic acid)]-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside-7-O-beta-D-glucopyranoside und Kaempferol 3-O-beta-D-glucopyranosyl-(1’’’-2’’)-O-alpha-L-arabinopyranoside. Bezüglich der biologischen Effekte des ethanolischen Extrakts könnten das Kaempferol Aglykon sowie weitere nicht isolierte Sekundärmetaboliten zur Aktivität des Extrakts beitragen.

Damit trägt dieser Dissertation zur Ausweitung der phytochemischen und pharmakologischen Kenntnisse über Cordia americana und Brugmansia suaveolens.