In vitro Anti-Proliferative Activity of the Rubia tinctorum and Alkanna tinctoria Root Extracts in Panel of Human Tumor Cell Lines hasson

Cancer is a devastating disease and is considered number one killer worldwide. Herbal formulations had played a key role over the past several decades in the development of anti-cancer drugs. Medicinal plants, which are endemic in Jordan, are known for several biological activities in particular their anti-cancer activity. However, the anti-cancer efficacy of the root extracts of Jordanian Rubia tinctorum and Alkanna tinctoria is not yet reported. To address this issue, this study assessed the anti-cancer activity of some root extracts obtained from Jordanian R. tinctorum and A. tinctoria in different tumor cell lines including the tongue, bladder, colon, gastric, lungs, breast, pancreas, and renal tissue origins by modified propidium iodide (PI) based monolayer assay. Among the tested root extracts obtained by different solvent systems, A. tinctoria in 100 % ethanol and methanol showed prominent anti-cancer activity against MDA-MB-231breast cancer cells (IC50: 2.98 µg/ml, IC70: 6.03 µg/ml), and CAL-27 tongue squamous carcinoma cells (IC50: 3.86 µg/ml, IC70: 5.97 µg/ml) respectively. Different solvent root extracts of R. tinctorum exhibited a similar trend of anti-tumor activity in both CAL-27 and MDA MB-231 cells. The anti-proliferative property of the extracts on CAL-27 and MDA-MB-231 cells is unclear. However, it can be concluded that the observed anti-cancer potential can be attributed to the phenolic compounds of the extracts as high polar solvents were used for extraction. The current study forms the rationale for isolating significant amount of anti-cancer active compounds from R. tinctorum and A. tinctori

Investigation of arbuscular mycorrhizal fungi symbiosis in the production of bioactive compounds and detection of pyrrolizidine alkaloids in extracts of commercial interest from plants of the Boraginaceae family

Τα φαρμακευτικά φυτά αντιπροσωπεύουν μια πλούσια πηγή βιοδραστικών ενώσεων, πρωτογενών και δευτερογενών μεταβολιτών που έχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως για τις θεραπευτικές τους ιδιότητες. Τα τελευταία χρόνια, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον τόσο για τα φυτικά εκχυλίσματα όσο και για τις απομονωμένες ενώσεις και το φάσμα των εφαρμογών τους επεκτείνεται όλο και περισσότερο. Τα φυσικά προϊόντα παρουσιάζουν τεράστια δομική και λειτουργική ποικιλομορφία και σήμερα αποτελούν τα ενεργά συστατικά προϊόντων τόσο στον τομέα των φαρμάκων όσο και στον τομέα των καλλυντικών και των συμπληρωμάτων διατροφής. Η αυξανόμενη ζήτηση προϊόντων φυτικής προέλευσης έχει οδηγήσει στη διερεύνηση σύγχρονων και μεγάλης κλίμακας τεχνικών που αποσκοπούν στην αύξηση της παραγωγής των βιοδραστικών ενώσεων από φαρμακευτικά φυτά. Οι μεταβολίτες παράγονται σε συγκεκριμένες συνθήκες καλλιέργειας και το μεταβολικό προφίλ των φυτών μπορεί να ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τις περιβαλλοντικές συνθήκες και τις καλλιεργητικές τεχνικές, γεγονός που μπορεί να εμποδίζοντας την εμπορική τους εκμετάλλευση. Η συμβίωση φυτού-μικροοργανισμού, όπως ο εμπλουτισμός με μυκορριζικούς μύκητες ή ενδοφυτικά βακτήρια, έχει δείξει ότι μπορεί να προάγει την ανάπτυξη του φυτού και να ενισχύει την παραγωγή μεταβολιτών κάτω από διαφορετικά συστήματα καλλιέργειας. Μεταξύ των διάφορων οικογενειών φυτών που έχουν καταγραφεί, η οικογένεια Boraginaceae είναι γνωστή από το Παλαιόκαινο και παρουσιάζει μια σημαντική παγκόσμια κατανομή διαφορετικών ειδών στο βόρειο ημισφαίριο, κυρίως στην Ευρώπη και την Ασία. Η οικογένεια αποτελείται από περισσότερα από εκατό διαφορετικά γένη και περισσότερα από 2000 αναγνωρισμένα είδη φυτών μεταξύ των οποίων τα γνωστά Myosotis, Lithospermum, Alkanna και Anchusa spp. Τα διάφορα είδη έχουν μελετηθεί για τις θεραπευτικές τους ιδιότητες που αποδίδονται στην περιεκτικότητά τους σε βιοδραστικές ενώσεις όπως φλαβονοειδή, φαινυλοπροπανοειδή, σαπωνίνες ή ναφθοκινόνες (π.χ. καρδιοτονωτικά, αντιμικροβιακά, αντιπυρετικά ή αντιασματικά). Μεταξύ των πιο διάσημων ενώσεων είναι τα λιπόφιλα παράγωγα ισοεξενυλναφθαζαρίνης, η Αλκαννίνη και η Σικoνίνη, γνωστές ως πηγή κόκκινης χρωστικής, με πληθώρα βιολογικών δράσεων (π.χ. επουλωτική, αντιμικροβιακή, αντιφλεγμονώδης). 17 Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, αφιερώσαμε την έρευνά μας στο φυτά Anchusa officinalis λόγω της ευρείας εξάπλωσής του στη λεκάνη της Μεσογείου, και ιδιαίτερα στην Ελλάδα, αλλά και των ποικίλων βιοδραστικών ιδιοτήτων που αποδίδονται στα συγκεκριμένα είδη φυτών. Στα δύο πρώτα κεφάλαια της παρούσας διατριβής, μελετήθηκαν οι συμβιωτικές καλλιέργειες μεταξύ της Anchusa officinalis, γνωστή για τις θεραπευτικές της ιδιότητες, υπο την επίδραση μυκορριζικών μυκήτων, τα οποία ανήκουν στο γένος Rhizophagus, και οι μεταβολές στο μεταβολικό προφίλ των φυτών. Οι μελέτες αυτές διεξήχθησαν σε άκρως ελεγχόμενες συνθήκες καλλιέργειας και τα φυτά αναπτύχθηκαν σε ένα ημιυδροπονικό σύστημα καλλιέργειας για μέγιστη περίοδο 30 ημερών. Στο τέλος των πειραμάτων, τμήματα βλαστών και ριζών των φυτών υποβλήθηκαν σε διαδικασία εκχύλισης για την αξιολόγηση του μεταβολικού προφίλ τους. Αναπτύχθηκε μια μη στοχευμένη μεταβολική UHPLC-HRMS μελέτη σε συνδυασμό με ανάλυση πολλαπλών μεταβλητών δεδομένων (PCA, PLS-DA και Volcano-plots) για τον εντοπισμό των μεταβολιτών οι οποίοι επηρεάζονται περισσότερο από τις συμβιώσεις. Ο τεράστιος όγκος δεδομένων οδήγησε στον σχολιασμό αρκετών πρωτογενών και δευτερογενών μεταβολιτών που επηρεάστηκαν θετικά από τις συμβιώσεις, συγκρίνοντας τα φάσματα MS/MS με δεδομένα βιβλιογραφίας και επιλεγμένες εσωτερικές βιβλιοθήκες. Η παρούσα μελέτη, συνδυάζοντας ένα ημιυδροπονικό σύστημα καλλιέργειας για την ανάπτυξη του φυτού A. officinalis όπως και την αξιολόγηση του μεταβολικού προφίλ υπό την συμβίωση με τα διάφορους μυκορριζικούς μύκητες, αναφέρεται για πρώτη φορά την βιβλιογραφία. Οι παρούσες μελέτες έχουν στόχο να διευρύνουν τις γνώσεις μας σχετικά με την επίδραση των μυκορριζικών μυκήτων στη ρύθμιση του μεταβολισμού των φυτών και στην πιθανή αξιοποίηση τους για την αύξηση της παραγωγής πολύτιμων βιοδραστικών ενώσεων και για την ανακάλυψη νέων πρωτότυπων μορίων. Στο Κεφάλαιο I, διεξήχθη για πρώτη φορά στην βιβλιογραφία, μια μη στοχευμένη προσέγγιση μεταβολομικής μελέτης, σε συνδυασμό με πολυπαραγοντική ανάλυση δεδομένων, σε δύο ανεξάρτητα πειράματα ανάπτυξης φυτών που συσχετίζουν την A. officinalis και τον μυκορριζικό μύκητα Rhizophagus irregularis MUCL 41833. Τα φυτά, παρουσία μυκόρριζας (M) ή απουσία μυκόρριζας (NM) αναπτύχθηκαν σε ημιυδροπονικό σύστημα καλλιέργειας για διάρκεια 9 και 30 ημερών. Η επίδραση των μυκορριζικών μυκήτων στην παραγωγή πρωτογενών και δευτερογενών μεταβολιτών αξιολογήθηκε σε βλαστούς, ρίζες και φυτικά εκκρίματα M και NM φυτών. Συνολικά, 35 διαφορετικές ενώσεις επηρεάστηκαν θετικά από την συγκαλλιέργεια εκ των οποίων 10 ταυτοποιήθηκαν ως πρωτογενείς και 25 ως 18 δευτερογενείς μεταβολίτες. Τα αποτελέσματά έδειξαν πως συγκεκριμένα βιοσυνθετικά μονοπάτια (π.χ. μονοπάτια φαινυλοπροπανοειδών και μεβαλονικών, βιοσύνθεση οργανικών οξέων και βασικών αμινοξέων) επηρεάζονται από τον αποικισμό των μυκορριζικών μυκήτων, με διαφορά στις 9 ημέρες ανάπτυξης στο ημιυδροπονικό σύστημα καλλιέργειας. Ανάμεσά τους, αρκετές υποσχόμενες δομές ήδη γνωστές για τις βιοδραστικές τους ιδιότητες (π.χ. ροσμαρινικό οξύ, καφεϊκό οξύ, φερουλικό οξύ συριγγικό οξύ), καθώς και τα μεθυλιωμένα παράγωγά τους (π.χ. μεθυλοροσμαρινικό οξύ, μεθυλσιριγγίνη), επηρεάστηκαν σημαντικά την συμβίωση. Επιπλέον, περιγράφηκαν, για πρώτη φορά στην τρέχουσα μελέτη, δύο παράγωγα σαλβιανολικού οξέος Β και ένα νέο παράγωγο ροσμαρινικού οξέος, τα οποία παρουσιάζουν όλα ένα κοινό πρότυπο υποκατάστασης. Στο Κεφάλαιο ΙΙ, αναπτύχθηκε μια μη στοχευμένη μεταβολομική προσέγγιση, σε συνδυασμό με πολυπαραγοντική ανάλυση δεδομένων, συσχετίζοντας την A. officinalis με τέσσερα διαφορετικά στελέχη μυκορριζικών μυκήτων του ίδιου γένους (Rhizophagus irregularis MUCL 41833, R. intraradices MUCL 49410, R. clarus MUCL 46238 και R. aggregatus MUCL 49408) υπό την υπόθεση ότι διαφορετικά στελέχη μυκορριζικών μυκήτων επηρεάζουν το μεταβολισμό των φυτών με διαφορετικό τρόπο. Τα φυτά αναπτύχθηκαν σε ημιυδροπονικό σύστημα καλλιέργειας για 9 ημέρες και το μεταβολικό τους προφίλ αξιολογήθηκε στις ρίζες και τους βλαστούς της A. officinalis σε συνδυασμό με τα τέσσερα διαφορετικά στελέχη. Τα δεδομένα της παρούσας μελέτης έδειξαν ισχυρή επιρροή στον πρωτογενή (π.χ. οργανικά οξέα και αμινοξέα) και ειδικά στον δευτερογενή μεταβολισμό (π.χ. παραγώγων φαινυλοπροπανοειδών, γλυκοσίδες τύπου ολεανάνης). Συνολικά, 6 πρωτογενείς και 36 δευτερογενείς μεταβολίτες ταυτοποιήθηκαν, οι οποίοι επηρεάστηκαν σημαντικά από τις διάφορες συγκαλλιέργειες μυκήτων-φυτών. Μάλιστα, παρατηρήθηκε πως το μεγαλύτερο ποσοστό ταυτοποιημένων ενώσεων (39) επηρεάστηκαν θετικά από την συγκαλλιέργεια με τα στελέχη Rhizophagus irregularis MUCL 41833 και R. intraradices MUCL 49410 υποδηλώνοντας ισχυρότερη επίδραση στο μεταβολισμό των φυτών συγκριτικά με την συγκαλλιέργεια με τα στελέχη R. clarus MUCL 46238 και R. aggregatus MUCL 49408. Στην παρούσα μελέτη, περιγράφηκαν συγκεκριμένα μοτίβα υποκατάστασης των μορίων ως αποτέλεσμα της συμβίωσης. Επιπλέον, ταυτοποιήθηκαν τέσσερα νέα μεβαλονικά παράγωγα και μια νέα ακετυλιωμένη γλυκοσυλιωμένη σαπωνίνη καθώς επίσης και ένα νέο ακετυλιωμένο παράγωγο της μεθυλσυριγγίνης. Όλες οι ενώσεις παρουσιάζουν μια κοινή υποκατάσταση στο C-6 της γλυκόζης. 19 Εκτός από τις πολύτιμες φυτικές βιολογικές ιδιότητες που χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη καινοτόμων καλλυντικών και φαρμακευτικών σκευασμάτων, αξίζει να αναφερθεί η παρουσία μεταβολιτών τοξικολογικής σημασίας. Μεταξύ αυτών, τα αλκαλοειδή πυρρολιζιδίνης (AΠ) είναι τα πιο ευρέως διαδεδομένα φυσικά μόρια υψηλής τοξικολογικής σημασίας. Η υψηλή τοξικότητά τους έχει πυροδοτήσει την ανάπτυξη διαφορετικών μεθοδολογιών ποσοτικοποίησης AΠ με βάση τις εμπορικά διαθέσιμες ενώσεις. Ωστόσο, ο περιορισμένος αριθμός πιστοποιημένων προτύπων που διατίθενται επί του παρόντος, εμποδίζει την πραγματική ανίχνευση πολλών ΑΠ σε πολλά φαρμακευτικά φυτά εμπορικού ενδιαφέροντος. Για τον παραπάνω λόγο, στο Κεφάλαιο III, η μελέτη μας επικεντρώθηκε στη μελέτη της τεράστιας δομικής μεταβλητότητας των τοξικών ΑΠ που απαντώνται στη φύση και στην κατανομής τους σε εκχυλίσματα βιομηχανικού ενδιαφέροντος. Επιπλέον, αναπτύχθηκε μια επικυρωμένη μεθοδολογία ποσοτικοποίησης για την αξιολόγηση της συνολικής περιεκτικότητας σε AΠ ως ισοδύναμα ρετρονεκίνης, αποφεύγοντας το στάδιο εμπλουτισμού του κλάσματος με στήλες SPE και την χρήση εμπορικών αναλυτικών προτύπων. Πιο αναλυτικά, στην συγκεκριμένη μελέτη πραγματοποιήθηκε μια συγκριτική ανάλυση UHPLC- TOF/MSe των AΠ σε έντεκα ακατέργαστα εκχυλίσματα που ελήφθησαν από τις οικογένειες Boraginaceae, Fabaceae και Asteraceae, η οποία συνδυάστηκε με μια προσέγγιση ιεραρχικής ομαδοποίησης των εκχυλισμάτων. Συνολικά, 105 ενώσεις σχολιάστηκαν χρησιμοποιώντας μια στρατηγική διαγνωστικού φιλτραρίσματος θραυσμάτων (DFF) και συγκρίνοντας τα δεδομένα MS/MS των μεταβολιτών με της βιβλιογραφίας και των εσωτερικώς βιβλιοθηκών. Τα δεδομένα μας χωρίστηκαν σε τέσσερις κατηγορίες, ως εξής: (1) μονοεστέρες ΠΑ, ανοιχτής αλυσίδας. (2) διεστέρες ΠΑ, ανοικτής αλυσίδας PA; (3) μακροκυκλικά ΠΑ; (4) γλυκοσιλιωμένα παράγωγα ΠΑ. Στην παρούσα μελέτη επισημάνθηκε πως η κατανομή των ΠΑ εξαρτάται από την οικογένεια των φυτών. Επιπλέον, περιγράφθηκαν 18 νέα γλυκοσιλιωμένα παράγωγα ΑΠ με σημαντικά στοιχεία σχετικά με τη θέση του γλυκοσίδη στην δομή του μορίου, το οποίο σπάνια απαντάται στη βιβλιογραφία. Ο ποσοτικός προσδιορισμός των ΑΠ στα φυτά εκφράστηκε ως ισοδύναμα ρετρονεκίνης, εξασφαλίζοντας υψηλή ευαισθησία (τιμές LLOD και LLOQ 3,46 pg mL-1 και 11,52 pg mL- 1), ακρίβεια (96,96 – 105,19 %) και επαναληψιμότητας (2,81 – 7,60 % RSD). Τα δεδομένα μας έδειξαν συνολική συγκέντρωση ΑΠ που κυμαινόταν από 8,64 ± 0,08 έως 3096,28 ± 273,72 μg RE/g ξηρού βάρους εκχυλίσματος (EDW) στην Alkanna graeca και Crotalaria retusa. Τα ευρήματά μας ανέδειξαν πως η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε είναι μια ακριβής μεθοδολογία ποσοτικοποίησης ΑΠ με βάση τη ρετρονεκίνη, η οποία μπορεί να αξιοποιηθεί επωφελώς για 20 την ανάλυση εκχυλισμάτων βιομηχανικού ενδιαφέροντος. Επιπλέον, η αποτελεσματικότητα της μεθοδολογίας εμπλουτισμού και συμπήκνωσης των δειγμάτων, τα οποία είναι ευρέως διαδεδομένη στη βιβλιογραφία για τα πλεονεκτήματά τους τόσο στη μείωση του φορτίου του περιβάλλοντος του εκχυλίσματος όσο και στη συγκέντρωση ΑΠ από τα ακατέργαστα εκχυλίσματα, φάνηκε να μην είναι αποτελεσματική σε σχέση με την ποσοτικοποίηση των κύριων ΑΠ στα εκχυλίσματα. Συμπερασματικά, όλες οι προσπάθειες της παρούσας διδακτορικής διατριβής επικεντρώθηκαν στη μελέτη καινοτόμων πρωτόκολλων καλλιέργειας για την ενίσχυση της παραγωγής πρωτογενών και δευτερογενών μεταβολιτών σε φαρμακευτικά φυτά και στην ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας μεταβολομικής ανάλυσης σε συνδυασμό με πολυπαραγοντική ανάλυση δεδομένων η οποία μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί για την αξιολόγηση της επίδρασης της συμβίωσης μυκορριζικών μυκήτων στην παραγωγή μεταβολιτών από τα φυτά. Επιπλέον, εστιάσαμε στην ανάπτυξη εξαιρετικά ευαίσθητων αναλυτικών μεθόδων για την ταυτοποίηση και τον ποσοτικό προσδιορισμό της συνολικής περιεκτικότητας ΑΠ στα εμπορικά φυτικά εκχυλίσματα αποφεύγοντας οποιοδήποτε πρόσθετο στάδιο εμπλουτισμού και τη χρήση εμπορικών αναλυτικών προτύπων.Medicinal plants represent a rich source of bioactive compounds, namely primary and secondary metabolites (e.g. PMs and SMs), and have been widely used for their therapeutic properties since ancient times. In recent years, there has been a growing interest in expanding the range of pharmaceutical applications of SMs. As natural products represent a huge structural and functional diversity, nowadays SMs have become well established active ingredients beyond pharmaceuticals, in the field of cosmetics and food supplements. This continuous increasing demand of plant-based products lead to the investigation of modern and large-scale techniques for producing higher quantities of bioactive compounds from medicinal plants. The production of SMs in the plants and thus, plant metabolome, are highly affected according to environmental conditions and cultivation regime, that can hinder their commercial exploitation. Furthermore, plant-microorganism symbioses, such as the treatment with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) or endophytic bacteria, have showed growth- promoting and SM yield-enhancement in different cultivation systems. Among the different plant families recorded, Boraginaceae family is known from Paleocene and presents an important worldwide distribution of different plants species, mainly in Europe and Asia, in the Northern hemisphere. The family is composed from more than a hundred of different genera and more than 2000 plant species are recognized, among which the well- known Myosotis, Lithospermum, Alkanna and Anchusa spp. The different species are well- documented for their therapeutic proprieties attributed to their SM content such as flavonoids, phenylpropanoids, saponins or naphtoquinones (e.g. cardiotonic, antimicrobial, antipyretic, and anti-asthmatic). Among the most relevant compounds of the family are the lipophilic isohexenylnaphthazarins derivatives, Alkannin and Shikonin, known as red dyes sources with a plethora of biological properties (e.g. wound healing, antimicrobial, anti-inflammatory). In the current thesis, we dedicated our research on Anchusa officinalis due to their wide distribution in the Mediterranean basin, especially in Greece, and to the beneficial properties attributed to this plant species reported in the literature. To this end, in the two first chapters of the current study, we developed different symbiotic associations between Anchusa officinalis and various AMF species, belonging to the genus Rhizophagus, to evaluate the effect of the AMF treatments on plant metabolome. For this 13 purpose, both experiments were conducted under highly-controlled cultivations conditions and the plants were grown in a semi-hydroponic cultivation system for a maximum period of 30 days. At the end of the experiments, shoots and roots parts of the plants were subjected to an in-house extraction procedure for the assessment of their metabolome reprogramming. An untargeted UHPLC-HRMS metabolomic workflow coupled with a multivariate data analysis (PCA, PLS-DA and Volcano-plots analysis) was designed to identify the most impacted mass signals occurred from the symbioses. The huge amount of mass signals resulted from the analysis lead to the annotation of several up-regulated primary and secondary metabolites, identified by comparing MS/MS spectra with literature data and customized in-house libraries. To the best of our knowledge, this is the first time that a semi-hydroponic cultivation system was proposed for the growth of A. officinalis associated with AMF strains, in combination with a deep metabolic analysis for the identification of the most promising up-regulated compounds in both parts of the plant. These studies emphasized the impact of the AMF association on modulating plant metabolism and on their possible usage for increasing the production of valuable bioactive compounds and for the discovery of novel active agents. In Chapter I, an untargeted metabolomic approach combined with multivariate data analysis was conducted on two independent plant growth experiments associating A. officinalis to the AMF Rhizophagus irregularis MUCL 41833. The plants, mycorrhized (M) and non- mycorrhized (NM), were grown under a semi-hydroponic cultivation system during 9 and 30 days. AMF impact on PMs and SMs production was evaluated in shoots, roots and exudates of M and NM plants at the end of the two periods. In total, 35 different PMs (10) and SMs (25) significantly up-regulated from the plant-microbe symbiosis were tentatively identified. Our results demonstrated how specific biosynthetic pathways (e.g., phenylpropanoid and mevalonate pathways, biosynthesis of organic acids and key amino acids) are influenced by the AMF colonization thought a qualitative and quantitative production of different metabolites, especially after 9 days of growth in the semi-hydroponic cultivation system. Among the identified compounds, several promising structures, already known for their bioactives properties (e.g., rosmarinic acid, caffeic acid, ferulic acid syringic acid), as well as their methylated derivatives (e.g. methylrosmarinic acid, methylsyringin), were significantly affected in mycorrhized plants. In addition, two new salvianolic acid B derivatives and one new rosmarinic acid derivative were described for the first time in the current study, all presenting a common substitution pattern. 14 In Chapter II, we moved our efforts forward and proposed an untargeted metabolomics approach combined with multivariate data analysis, associating A. officinalis to four different AMF strains belonging to the same genus (Rhizophagus irregularis MUCL 41833, R. intraradices MUCL 49410, R. clarus MUCL 46238, R. aggregatus MUCL 49408) to test the hypothesis that different AMF strains affect the plant metabolome differently. Plants were grown 9 days under a semi-hydroponic cultivation system and the metabolic reprogramming in plants was assessed in roots and shoots of A. officinalis associated with the four different AMF strains. Our data showed a strong influence of specific primary (e.g. organic and amino acids) and secondary metabolites (e.g., phenylpropanoid derivatives, oleanane-type glycosides), which was in line with our previous recorded data. In total, 6 PMs and 36 SMs were significantly affected from the different AMF-plant symbiosis. Almost all the identified compounds (39) were up-regulated from the treatments with Rhizophagus irregularis MUCL 41833 and R. intraradices MUCL 49410, suggesting a stronger effect on plant metabolome as compared to the two other strains, R. clarus MUCL 46238 and R. aggregatus MUCL 49408. The experiment shed light on specific substitution pattern as a result of the symbiosis which were shared among the up-regulated compounds. In total, we described four new mevalonate derivatives and one new acetylated saponin as well as a new acetylated derivative of methylsyringin. All the compounds showed a common substitution at C-6 of the glucose moiety. Besides the valuable bioactive ingredients produced by the aforementioned plant species for the development of innovative cosmeceutical and pharmaceutical formulations, it is worth mentioning that the last decade there is an increased interest for the detection of some SMs (e.g. natural toxins) which can potentially be a source of severe adverse effects for human health. Among them, pyrrolizidine alkaloids (PA) are the most widely distributed naturally occurring SMs of high toxicological relevance. Their high toxicity have triggered the development of different PA quantitative methodologies based on commercially available PAs. However, the limited amount of certified standards currently available, hinders the actual detection of many PAs in several medicinal plants of commercial interest. For this reason, in Chapter III, it was of extreme importance to shed light on the huge structural variability of toxic PAs occurring in nature and on their distribution in herbal extracts of industrial interest. In addition, we developed a validated quantification methodology for the evaluation of the total PA content as retronecine-equivalents excluding any time-consuming pre-purification step and the use of commercial standards. In more details, in the current study 15 we performed a UHPLC-TOF/MSe comparative PA screening on eleven crude extracts obtained from different plants belonging to Boraginaceae, Fabaceae and Asteraceae families, which was combined with a hierarchical clustering approach of the extracts. In total, 105 compounds were tentatively annotated by using a diagnostic fragment filtering (DFF) strategy, and by comparing their MS/MS pattern with those from the literature and customized in-house libraries. Our data were divided in four categories as followed: (1) open-chain monoesters of PA; (2) open-chain di-esters of PA; (3) macrocyclic PAs; (4) glycosidic derivatives of PAs. The findings of the current study pointed out that the distribution of PAs is family-dependent. Interestingly, we described the presence of 18 new glycosidic derivatives and gave some additional structural information concerning the position of the glycosidic moiety in the structures, scarcely reported in literature. For the quantitative part, the total PA-content was expressed as retronecine-equivalents (RE), directly from their crude matrices assuring a good sensitivity (LLOD and LLOQ values of 3.46 pg mL-1 and 11.52 pg mL-1), accuracy (96.96 – 105.19 %) and precision (2.81 – 7.60 % RSD). Our data showed a total PA concentration varying from 8.64 ± 0.08 to 3096.28 ± 273.72 μg RE/g extract dry weight (EDW) in Alkanna graeca and Crotalaria retusa. The study highlighted a retronecine-based PA quantification methodology which may advantageously be exploited for the analysis of extracts of industrial interest. In addition, we showed that the effectiveness of the pre-purification steps, which are widely recommended in the literature for its benefits in both reducing matrix load and concentrating PAs from complex matrices, resulted ambiguous in relation to major PAs in the extracts. Τo conclude, our efforts were mainly concentrated in developing a strong metabolic workflow combined with multivariate data analysis which can be easily applied for the evaluation of the plant-AMF association for the enhancement of PMs and SMs production in medicinal plants. Secondly, we focused on the development of a highly sensitive analytical methodology for the annotation and th

Public’s perceptions of the emerging role of Cannabidiol (CBD) products

Cannabidiol (CBD) products, derived from hemp (Cannabis sativa) are becoming more popular as people seek alternative ways of managing their health; sales rose 333% in the US in 20181. The market value of CBD is estimated to be worth £1billion by 20252. The objectives were to explore the public’s perceptions and use of CBD products including where products are sourced, how knowledge is obtained and opinions on quality, safety and efficacy of CBD products. A questionnaire comprising open and closed questions was developed to consider quantitative and qualitative perspectives. An online platform, SurveyMonkey, was used to distribute the survey using social and professional networks (September - November 2019), which led to snowball sampling. A total of 596 responses were collected (63% female, 40% White-British) internationally. In total, 11% (n=66) claimed to use CBD products including oils, balm, tinctures and vapes for a range of ailments such as pain, stress and anxiety. Participants who did not personally use CBD products (n=530), 35% claimed they would like to try them, while 42% of participants knew of someone who was already using a CBD product for conditions such as arthritis and epilepsy and “generally improving quality of life”. Knowledge of CBD was commonly attributed to social media and news articles. Perception on safety and efficacy were positive with the notion of natural medicines being superior. Quality of products was associated with well-known brands or products which had a marketing authorisation; participants identified it was difficult to determine the quality of products brought online and better regulation is required. This study identifies that people continue to seek natural alternatives to supplement and maintain their health, thus the popularity of CBD continues to rise. The lack of clinical evidence to help make informed decisions about using CBD products needs to be addressed with more research