Productos Naturales Derivados del Ácido Shikímico: Compuestos Fenólicos, Cumarinas, Lignanos y Cultivos Celulares Vegetales

Productos naturales derivados del ácido shikímico: compuestos fenólicos

Principales drogas vegetales por su contenido en:

1. Fenoles simples
2. Ácidos fenólicos y sus ésteres

Drogas con derivados del ácido acetilsalicílico

Las plaquetas participan en la hemostasia inicial. El AAS inhibe la agregación plaquetaria, por lo que actúa como antiagregante plaquetario. Es un inhibidor no específico de la COX-1 y la COX-2, lo que impide la síntesis de prostaglandinas (inflamación) y de tromboxano A2 (TXA2). Su acción es irreversible sobre la COX-1 en plaquetas (el ácido salicílico actúa de forma reversible), mediante acetilación (unión covalente) de un aminoácido de la enzima. No hay regeneración de la enzima.

Dosis según efecto:

• Dosis bajas: antiagregantes plaquetarios.
• 500 mg: antiinflamatorio, analgésico y antipirético.
• 3 g: antirreumático.

Mecanismo de acción del ácido acetilsalicílico

El ácido acetilsalicílico interfiere con la síntesis de prostaglandinas al inhibir de forma irreversible la ciclooxigenasa, una de las dos enzimas que actúan sobre el ácido araquidónico. La ciclooxigenasa existe en forma de dos isoenzimas:

• Ciclooxigenasa-1 (COX-1): se expresa en casi todos los tejidos y es responsable de la síntesis de prostaglandinas en respuesta a estímulos hormonales, del mantenimiento de la función renal normal, de la integridad de la mucosa gástrica y de la hemostasia. Al inhibir la COX-1 se produce gastritis.
• Ciclooxigenasa-2 (COX-2): isoenzima codificada por un gen diferente, con funciones distintas a las de la COX-1.

Drogas con cumarinas

Las cumarinas son lactonas de ácidos orto-hidroxi-cinámicos.

• Cumarinas simples: grupo OH en posiciones 6, 7 u 8 (di- o trihidroxiladas). Si se unen a un azúcar forman heterósidos. Es frecuente la prenilación, con una cadena isoprenílica muy reactiva.
• Cumarinas complejas (policíclicas): prenilación de la 7-OH cumarina, furanocumarinas y piranocumarinas. Ejemplos: psoraleno, visnadina e imperatorina.

Drogas con lignanos

• Lignanos o dibencilbutanos: compuestos naturales diméricos formados por dos unidades de 1-fenilpropano.
• Neolignanos: dímeros de 1-fenilpropano unidos mediante mecanismos distintos.

Interés biológico de los lignanos

• a) Podófilo
• b) Lithospermum ruderale (neolignano): antiovulatorio y derivados del ácido litospérmico.
• c) Lignanos endógenos: se sintetizan a partir de una dieta rica en fibra con intervención de bacterias intestinales; presentan actividad anticancerígena.

Podófilo y resina de podófilo

La droga está constituida por el rizoma y las raíces desecadas.

Composición química: la droga contiene entre un 3,5 y un 6 % de resina. Sus lignanos principales son la podofilotoxina, las peltatinas y la desoxipodofilotoxina. En la planta fresca se encuentran como heterósidos. Actualmente se obtienen derivados semisintéticos: teniposido y etoposido. La podofilotoxina y las peltatinas presentan actividad antivírica.

Propiedades farmacológicas:

• La podofilotoxina y las peltatinas inhiben el crecimiento tumoral. Su mecanismo es similar al de la colchicina: impiden la polimerización de la tubulina, la formación del huso acromático y, por tanto, la división celular en metafase.
• Teniposido y etoposido: presentan afinidad por la topoisomerasa II, lo que detiene el ciclo celular al final de la fase S. A dosis mayores bloquean la metafase.

Mecanismo de acción del etoposido

El etoposido daña el ADN al inhibir la topoisomerasa II, enzima que normalmente desenrolla el ADN durante la replicación para aliviar la tensión en las cadenas. El etoposido impide la acción de la topoisomerasa II después de que esta ha creado un fragmento en una cadena de ADN. El ADN fragmentado es incapaz de desenrollarse y, finalmente, se rompe.

Empleo terapéutico:

• Actualmente la resina de podófilo no se utiliza.
• Teniposido (en medio hospitalario): neoplasias sanguíneas (leucemias), tumores sólidos y sincronizador de la poliquimioterapia. Se administra en perfusión intravenosa en solución de glucosa isotónica.
• Efectos adversos: intolerancia aguda, hipotensión y náuseas.

Cultivos celulares y de tejidos de plantas como fuente de obtención de productos naturales

Descripción de la técnica: obtención del callus

Bases para el cultivo de células o tejidos vegetales:

• Cada célula de la planta contiene toda la información genética.
• A partir de una célula, por mitosis, se forma un tejido de células débilmente unidas.
• El proceso se inicia con una pequeña pieza de tejido, como zonas apicales de tallos, raíces o cotiledones. Esta pieza se denomina explante.

Es necesario mantener un ambiente estéril.

Callus: es un agregado irregular de células vegetales que crecen de forma no organizada y se encuentran en constante división. Puede utilizarse para obtener:

• Cultivos de células en suspensión.
• Órganos de plantas.
• Plantas completas.

Características del medio de cultivo

Los explantes no son autosuficientes y el medio debe contener:

• Sales minerales, oligoelementos y nitrógeno.
• Fuentes de carbono y vitaminas.
• Fitohormonas (auxinas y citoquininas). La proporción entre ambas determina la diferenciación: si están en equilibrio se forma un agregado indiferenciado.

El callus en medio semisólido permite la regeneración de órganos y plantas; en medio líquido origina suspensiones celulares.

Cultivo de células en suspensión

En medio semisólido, las células forman un tejido no organizado (callus), utilizado para biotransformaciones u obtención de metabolitos secundarios. Presenta diferencias con los cultivos de microorganismos en cuanto a tamaño, velocidad de crecimiento, densidad de inoculación y estabilidad.

Cultivo de órganos y regeneración de plantas

Se mantiene la carga genética del individuo. Se cultiva en medio semisólido con hormonas y factores de crecimiento. El equilibrio de fitohormonas determina el tipo de regeneración: las auxinas favorecen la rizogénesis y las citoquininas la caulogénesis.

Producción de metabolitos secundarios en cultivos celulares y de órganos

Pocos principios activos de interés se obtienen por este método, debido a:

• Costes superiores a los del cultivo tradicional.
• Escasa obtención de principios activos (falta de desarrollo de los órganos asociados a la producción de metabolitos).

Desde el punto de vista industrial se utiliza el cultivo de células en suspensión. El uso de órganos permite mayor producción de principios activos, pero su manejo es difícil.

Extracción de metabolitos secundarios

• a) Metabolitos excretados al medio.
• b) Metabolitos almacenados en las células.

Métodos para incrementar la producción de metabolitos secundarios

• a) Optimización de los medios de cultivo.
• b) Factores extrínsecos.
• c) Selección de líneas celulares altamente productoras de principios activos.
• d) Cultivo de órganos transformados: se realiza mediante infección in vitro de explantes de raíz con Agrobacterium rhizogenes, que incorpora a las células un fragmento de T-DNA del plásmido Ri. Este fragmento contiene genes que codifican enzimas de síntesis de auxinas y enzimas glucosidasas. Las auxinas solo tienen actividad si están libres. Predomina el crecimiento de raíces, los órganos transformados producen más principios activos y el método solo es aplicable en dicotiledóneas.
• e) Inducción del metabolito secundario en cultivos celulares vegetales:
  • Fitoalexinas: sustancias de respuesta a determinadas situaciones, generalmente con actividad antimicrobiana. Se acumulan en la planta o en el cultivo tras la exposición, por ejemplo, a microorganismos. Presentan gran variedad de estructuras químicas.
  • Inductores bióticos (por microorganismos): sustancias liberadas por los microorganismos y reconocidas por la pared vegetal; las generadas por la acción de microorganismos sobre la pared celular de la planta; y las producidas por la acción enzimática vegetal sobre la pared microbiana. Entre ellas, los oligosacáridos de la pared vegetal o microbiana.
  • Inductores abióticos: metales pesados (Cu, Pb) y luz UV. Provocan cambios en el patrón de expresión genética, con mayor transcripción de genes que codifican enzimas de síntesis de fitoalexinas, lignina, etc.

Conversiones bioquímicas mediante cultivos celulares

Biotransformación: conversión de una sustancia mediante cultivos in vitro, células permeabilizadas o enzimas atrapadas en un producto químicamente diferente.

Células vegetales inmovilizadas

Consiste en suspender células vegetales en alginato sódico; posteriormente se precipita el alginato con solución de CaCl₂, quedando retenidas las células. El producto se fragmenta en pastillas.

Ventajas:

• Método sencillo.
• Viabilidad celular durante periodos prolongados.
• Funcionamiento continuo.
• Facilidad para añadir o eliminar precursores.
• Regeneración de la biomasa con cambio del medio de cultivo.
• Pequeñas cantidades de biomasa, lo que resulta en una elevada eficiencia.