Supercritical extract of yarrow (Achillea millefolium) as a potential nutritional supplement in the treatment of pancreatic cancer and metabolic disorders
URI: http://hdl.handle.net/10486/687679
Lamiaa Mouhid Alachbili
Universidad Autónoma de Madrid
Resumen
Pese a que en las últimas décadas se han logrado relevantes avances en el abordaje y tratamiento del cáncer, el adenocarcinoma pancreático sigue siendo uno de los más agresivos y mortíferos. Los riesgos asociados a su aparición están relacionados, principalmente, con el tabaquismo y la alimentación. La obesidad, la diabetes y el síndrome metabólico, dependientes de los hábitos alimentarios son los escenarios más favorables para su desarrollo. Además, se suele detectar en estadios avanzados y los fármacos empleados actualmente en la clínica tienen una baja eficiencia. En este sentido, resulta esencial desarrollar nuevos agentes antitumorales que mejoren la prognosis y supervivencia de los pacientes.
En este sentido, en los últimos años, la búsqueda de nuevas moléculas bioactivas presentes en las plantas ha permitido identificar nuevos agentes antitumorales para ser administrados como suplementos nutricionales o como coadyuvantes para potenciar el efecto del quimioterapéutico de primera línea.
El en presente trabajo se compara la actividad antitumoral de extractos a partir de plantas de la familia Asteraceae (milenrama y caléndula) y de la familia de las Lamiaceae (melisa y mejorana) obtenidos mediante tecnologías de bajo impacto ambiental y coste económico moderado, como son la extracción mediante CO2 supercrítico (SFE) y la extracción con ultrasonidos (UAE).
El objetivo principal es seleccionar el extracto más eficaz para estudiar su posible aplicación clínica, determinando su combinación con fármacos antitumorales empleados actualmente en el tratamiento del cáncer de páncreas, así como las bases moleculares de su mecanismo de acción.
Tras el cribado de todos los extractos de las cuatro plantas, milenrama SFE resulta el extracto más activo. Presenta actividad antitumoral in vitro en modelos de cáncer de páncreas, induciendo muerte celular por apoptosis y activación de caspasas 3/7. Su efecto citotóxico y antiproliferativo se mantiene y se potencia sinérgicamente con el 5-fluororacilo, un quimioterapéutico empleado en la clínica. Además, es capaz de reducir el poder invasivo y el poder de crecimiento en un medio libre de anclaje de las células de cáncer de páncreas. In vivo, la administración de milenrama SFE ha reducido el crecimiento y tamaño de xenografías subcutáneas de tumor de páncreas humano.
Además, una aproximación genómica ha identificado SREBF1 (Sterol Regulatory Element-Binding Protein 1) como una de las principales dianas de milenrama SFE. SREBF1 es un factor transcripcional clave en la síntesis de ácidos grasos y colesterol. A su vez, sus dianas FASN (Fatty Acid Synthase) y SCD (Stearoyl-CoA Desaturase-1), también ven reducidas su expresión en presencia del extracto. En el contexto de cáncer de páncreas, estos enzimas se encuentran sobre-expresados, además de asociarse a peor pronóstico, de modo que SERPB1 es considerado como una diana terapéutica potencial.
Por otra parte, numerosos estudios relacionan la obesidad con un riesgo aumentado de desarrollar cáncer de páncreas, además de ser una condición que conlleva un peor pronóstico de evolución de la enfermedad. Por ello, y dado el efecto del extracto de milenrama SFE en la disminución de la expresión de SREBP1 y sus dianas FASN y SCD en el contexto tumoral, se evalúa el posible efecto terapéutico del extracto en un modelo animal de obesidad y prediabetes obtenido mediante dieta grasa. Los resultados demuestran que milenrama SFE mejora la resistencia a la insulina. Además, la expresión de GLUT4, un transportador de glucosa, se ve incrementado en tejido adiposo, lo cual podría explicar la mejora en la homeostasia de la glucosa que se observa. Finalmente, los niveles de colesterol se ven mejorados en los animales tratados con milenrama SFE. Así, el extracto de milenrama SFE podría desarrollarse como un complemento nutricional en la terapia antitumoral en cáncer pancreático, además de ser empleado para mejorar alteraciones metabólicas sistémicas.
Abstract
Although significant advances have been made in recent decades in the approach and treatment of cancer, pancreatic adenocarcinoma remains one of the most aggressive and deadly cancers. The risks associated with its occurrence are mainly related to smoking and diet. Obesity, diabetes and metabolic syndrome, which depend on eating habits, are the most favourable scenarios for its development. Moreover, it is usually detected in advanced stages and the drugs currently used in the clinic have a low efficiency. In this sense, it is essential to develop new anti-tumour agents that improve the prognosis and survival of patients.
In recent years, the search for new bioactive molecules present in plants has led to the identification of new antitumour agents to be administered as nutritional supplements or as adjuvants to enhance the effect of first-line chemotherapy.
The present work compares the antitumour activity of extracts from plants of the Asteraceae family (yarrow and marigold) and the Lamiaceae family (lemon balm and marjoram) obtained using technologies with low environmental impact and moderate economic cost, such as supercritical CO2 extraction (SFE) and ultrasound extraction (UAE).
The main objective is to select the most effective extract to study its possible clinical application, determining its combination with anti-tumour drugs currently used in the treatment of pancreatic cancer, as well as the molecular basis of its mechanism of action.
After screening all four plant extracts, yarrow SFE was found to be the most active extract. It shows in vitro antitumour activity in pancreatic cancer models, inducing cell death by apoptosis and activation of caspases 3/7. Its cytotoxic and antiproliferative effect is maintained and synergistically potentiated with 5-fluorouracil, a chemotherapeutic used in the clinic. In addition, it is able to reduce the invasive power and growth power in an anchorage-free medium of pancreatic cancer cells. In vivo, administration of yarrow SFE has reduced the growth and size of subcutaneous human pancreatic tumour xenografts.
In addition, a genomic approach has identified SREBF1 (Sterol Regulatory Element-Binding Protein 1) as one of the main targets of yarrow SFE. SREBF1 is a key transcriptional factor in fatty acid and cholesterol synthesis. In turn, its targets FASN (Fatty Acid Synthase) and SCD (Stearoyl-CoA Desaturase-1) are also reduced in the presence of the extract. In the context of pancreatic cancer, these enzymes are over-expressed and associated with a worse prognosis, so SERPB1 is considered a potential therapeutic target.
On the other hand, numerous studies link obesity with an increased risk of developing pancreatic cancer, as well as being a condition that carries a worse prognosis for the evolution of the disease. Therefore, and given the effect of yarrow SFE extract in reducing the expression of SREBP1 and its targets FASN and SCD in the tumour context, the possible therapeutic effect of the extract is evaluated in an animal model of obesity and pre-diabetes obtained from a fatty diet. The results show that yarrow SFE improves insulin resistance. In addition, the expression of GLUT4, a glucose transporter, is increased in adipose tissue, which may explain the improvement in glucose homeostasis observed. Finally, cholesterol levels are improved in yarrow SFE-treated animals. Thus, yarrow SFE extract could be developed as a nutritional supplement in anti-tumour therapy for pancreatic cancer, as well as being used to improve systemic metabolic disorders.