Biotechnological Synthesis and Molecular Encapsulation of Natural Stilbenes and Lipophilic Derivatives for Biomedical and Food Applications

Resumen

Los estilbenos son compuestos fenólicos con numerosas bioactividades que los hacen de interés para la salud humana, como su actividad antimicrobiana, antioxidante, anti-inflamatoria, cardioprotectora, anticancerígena o anti-obesidad. Se trata de metabolitos secundarios producidos por determinadas plantas para protegerlas frente a situaciones de estrés biótico o abiótico, siendo la enzima estilbeno sintasa clave en este proceso de biosíntesis. Dentro de este grupo de compuestos bioactivos, destaca el resveratrol por ser el más investigado, sin embargo, existen otros estilbenos menos conocidos con mayor actividad. No obstante, la limitada producción, baja solubilidad en agua, facilidad para degradarse, así como baja biodisponibilidad de esta familia de compuestos bioactivos dificultan su correcta aplicación en la industria alimentaria, cosmética o farmacéutica. En esta Tesis Doctoral se han investigado varias estrategias con el objetivo de hacer frente a estas limitaciones mediante el empleo de diversas metodologías. Con el fin de abordar los problemas en la obtención de estilbenos naturales, se ha desarrollado un método para aumentar la síntesis enzimática de piceatanol y se ha optimizado la expresión de una nueva proteína estilbeno sintasa recombinante encontrada mediante análisis filogenéticos, los cuales también permitieron descubrir el origen y la evolución de estas proteínas en distintos reinos. Además, se caracterizaron y encapsularon algunos de los análogos del resveratrol más prometedores, logrando incrementar su solubilidad y estabilidad en disoluciones acuosas mediante complejos de inclusión con ciclodextrinas, determinando la estequiometria y las constantes de encapsulación, así como el tipo de ciclodextrina que formaba los complejos más estables. Por otra parte, para hacer frente a los problemas de biodisponibilidad de los estilbenos, se sintetizaron derivados hidrofóbicos de estilbenos que podrían actuar como precursores de estos para vehiculizarlos mejor a los tejidos diana. Los procesos de síntesis optimizados lograron rendimientos elevados con alta especificidad. Los derivados obtenidos fueron caracterizados fisicoquímicamente y encapsulados en ciclodextrinas para después analizar sus propiedades biológicas in vitro e in vivo. Se pudo observar que los derivados hidrofóbicos de estilbenos podían ser susceptibles de ser hidrolizados durante el proceso digestivo. No obstante, el uso de inhibidores contrarrestó eficazmente esta hidrólisis, ayudando a su mejor conservación. El efecto de la adición de agentes encapsulantes en este proceso también fue evaluado, caracterizando los complejos formados. En general, los derivados hidrofóbicos de estilbenos fueron más estables, menos metabolizables y más permeables que sus estilbenos originales, respaldando la modificación estructural de estilbenos. También se descubrió que las ciclodextrinas interfieren con los métodos de determinación de actividad antioxidante in vitro, pudiendo dar lugar a malinterpretaciones de actividad en su presencia. Esta interferencia parece estar causada por la encapsulación de los reactivos implicados en las reacciones. Por otra parte, se establecieron relaciones estructura-actividad entre la actividad citotóxica de varios análogos del resveratrol, permitiendo seleccionar aquellos estilbenos con un mayor potencial terapéutico. Los estudios in vivo con los derivados hidrofóbicos de estilbenos libres y/o encapsulados mostraron efectos beneficiosos sobre la obesidad y el cáncer, sin llegar a observarse efectos nocivos en los individuos tras su administración. Finalmente, se desarrollaron modelos de alimentos funcionales enriquecidos con uno de estos derivados, en su forma libre y encapsulada, monitorizando los parámetros de calidad y estabilidad del ingrediente bioactivo en distintas condiciones de almacenamiento, con el fin de evaluar la viabilidad de su aplicación en industria. En general, los resultados de esta Tesis Doctoral presentan distintos enfoques innovadores para abordar la problemática actual que restringe el uso de estilbenos, consiguiendo aumentar su producción, caracterización, solubilidad, estabilidad y biodisponibilidad, para poder ser utilizados de manera eficaz en biomedicina y en alimentación.