Untersuchungen zur Zytotoxizität von Extrakten und Inhaltsstoffen der Kavawurzel (Piper methysticum G. Forst.)

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Ziel der Arbeit war eine „bioassay-orientierte Fraktionierung“ von Inhaltsstoffen der Kavawurzel. Als Testsystem wurde der Brine-Shrimp-Assay mit Artemia salina als Testorganismus eingesetzt, der ein schnelles Screening auf Zytotoxizität erlaubt.

Verschiedene Kavawurzelextrakte wurden hergestellt und miteinander verglichen.
Der acetonische Extrakt (bei Raumtemperatur extrahiert) wurde an Sephadex LH-20 vorfraktioniert. Es wurden sechs Fraktionen erhalten, die mittels HPLC-DAD und LC-ESI-MS charakterisiert wurden, um die Haupt- und Nebenkomponenten zu identifizieren. Im Brine-Shrimp-Assay zeigten die Fraktionen folgende zytotoxische Wirkungen: Fraktion 1 << Fraktion 2 ≈ Fraktion 3 > Fraktion 4 > Fraktion 5 > Fraktion 6. Fraktion 6 wirkte, wie Fraktion 1, nicht zytotoxisch.
Im nächsten Schritt wurden die aktivsten Fraktionen 2, 3 und 4 ausgewählt und mittels High-Speed Countercurrent Chromatography (HSCCC) getrennt. Die erhaltenen HSCCC-Fraktionen wurden im Brine-Shrimp-Assay, sowie mit HPLC-DAD und LC-ESI-MS untersucht. Dadurch wurde ein Bezug zwischen auftretender Zytotoxizität und der Zusammensetzung der Fraktionen hergestellt. Die ersten HSCCC-Fraktionen waren jeweils inaktiv oder nur sehr gering zytotoxisch. Sie enthielten polare Verbindungen, die nicht weiter untersucht wurden und Minorkavalactone. Bei den letzten HSCCC-Fraktionen, welche die restlichen Hauptkavalactone enthielten, war ein deutlicher Aktivitätsanstieg zu verzeichnen. Die Aktivitäten der HSCCC-Fraktionen der Sephadex-Fraktionen 2 und 3 waren in etwa vergleichbar, die der Sephadex-Fraktion 4 deutlich geringer. Die Hauptkomponenten der aktiven Fraktionen wurden isoliert und die Reinverbindungen separat im Brine-Shrimp-Assay untersucht. Kavain, Methysticin, 7,8-Dihydromethysticin und Yangonin waren nicht zytotoxisch. 5,6,7,8-Tetrahydroyangonin wirkte sehr gering zytotoxisch, Demethoxyyangonin mittelmäßig und 7,8-Dihydrokavain zeigte eine höhere Zytotoxizität als der Standard Podophyllotoxin.

Parallel wurde eine phytochemische Analyse des acetonischen Kavaextraktes durchgeführt. Die angewandten chromatographischen Techniken erlaubten die Isolierung und Charakterisierung einer Vielzahl an Verbindungen. Neben den Hauptkavalactonen war es möglich, einige Minorkavalactone zu isolieren und zu charakterisieren (5,6,7,8-Tetrahydroyangonin, 5,6-Dihydroyangonin, 5-Hydroxy-7,8-dihydrokavain, 5,6,7,8-Tetrahydro-11-methoxyyangonin, 11-Methoxy-5,6-dihydroyangonin und 11-Methoxyyangonin). Weiterhin wurden zwei Zimtsäurederivate (Zimtsäurebornylester und 3’,4’-Methylendioxyzimtsäurebornylester), sowie die drei Farbstoffe Flavokavin A, -B und -C und das Flavanon 5-Hydroxy-7-methoxyflavanon (Pinostrobin) charakterisiert. Den letzten beiden Verbindungsklassen angehörig sind Cardamonin bzw. 5-Hydroxy-7,4’-dimethoxyflavanon und 5,4’-Dihydroxy-7-methoxyflavanon (Sakuranetin). Sie konnten im Rahmen dieser Arbeit erstmalig aus der Kavawurzel isoliert und charakterisiert werden.
Mit den meisten der chiralen Inhaltsstoffe wurden außerdem CD-Messungen durchgeführt, die eine Festlegung der absoluten Konfiguration ermöglichten. Bislang waren sie noch nicht für die aus der Kavawurzel isolierten Verbindungen 5,6,7,8-Tetrahydroyangonin, 5,6-Dihydroyangonin, 5-Hydroxy-7,8-dihydrokavain, 5,6,7,8-Tetrahydro-11-methoxyyangonin, sowie der drei isolierten Flavanone 5-Hydroxy-7,4’-dimethoxyflavanon, 5-Hydroxy-7-methoxyflavanon und 5,4’-Dihydroxy-7-methoxyflavanon beschrieben.

Die Kavaextrakte, Sephadex-Fraktionen sowie einige der Reinverbindungen wurden zusätzlich im Alamar BlueTM-Test auf Zytotoxizität in-vitro untersucht. Für die Sephadex-Fraktionen wurde folgender Verlauf der zytotoxischen Wirkung beobachtet: Fraktion 2 < Fraktion 3 > Fraktion 4 < Fraktion 5 < Fraktion 6. Die erste Fraktion war nicht aktiv. Im nächsten Schritt wurden keine HSCCC-Fraktionen getestet, sondern einige ausgewählte Reinverbindungen. Die Hauptkavalactone Kavain, Methysticin, 7,8-Dihydromethysticin, Yangonin und Demethoxyyangonin zeigten keine zytotoxische Aktivität, während die Flavokavine A, -B, -C sowie die Flavanone Pinostrobin und 5-Hydroxy-7,4’-dimethoxyflavanon zytotoxisches Potenzial aufwiesen. Letztere Verbindungen konnten die Gesamtaktivitäten der Sephadex-Fraktionen 5 und 6 erklären. Eine Quantifizierung der Inhaltsstoffe dieser Fraktionen zeigte, dass die Flavokavine jeweils ca. 65 % der beiden Fraktionen ausmachten.

Ein Vergleich der Ergebnisse des Brine-Shrimp-Assays mit denen des Alamar BlueTM-Tests zeigte die Unterschiede der Testsysteme auf. Während die Sephadex-Fraktionen im Alamar BlueTM-Test eine nahezu stetige Zytotoxizitätszunahme, beginnend mit Fraktion 2 und endend mit Fraktion 6, hervorriefen, reagierten die Nauplien A. salina genau entgegengesetzt. Die höchsten Toxizitäten waren für Fraktion 2 und 3 und die niedrigste für Fraktion 6 zu verzeichnen. Die Inaktivität der Fraktion 1 war beiden Systemen gemeinsam. Auffällige Unterschiede waren auch bei den Flavokavinen A, -B und -C sowie Pinostrobin und 5-Hydroxy-7,4’-dimethoxyflavanon zu verzeichnen. Eine Inaktivität im Brine-Shrimp-Assay stand einem deutlichen zytotoxischen Potential im Alamar BlueTM-Test gegenüber. Für eine „bioaktivitäts-orientierte Isolierung“ sollten deshalb beide Testsysteme benutzt werden, da die Nauplien des Brine-Shrimp-Assays anders auf die Inhaltsstoffe der Kavawurzel reagieren als die Hepatozyten des Alamar BlueTM-Tests.

Stichwortliste:

Kava Kava, Piper methysticum G. Forst., bioassay-orientierte Fraktionierung, Sephadex LH-20, High-Speed Countercurrent Chromatography (HSCCC), HPLC-DAD, LC-ESI-MS, Kavain, Methysticin, 7,8-Dihydromethysticin, Yangonin, 5,6,7,8-Tetrahydroyangonin, Demethoxyyangonin, 7,8-Dihydrokavain, 5,6-Dihydroyangonin, 5-Hydroxy-7,8-dihydrokavain, 5,6,7,8-Tetrahydro-11-methoxyyangonin, 11-Methoxy-5,6-dihydroyangonin, 11-Methoxyyangonin, Zimtsäurebornylester, 3’,4’-Methylendioxyzimtsäurebornylester, Flavokavin A, -B und –C, 5-Hydroxy-7-methoxyflavanon (Pinostrobin), Cardamonin, 5-Hydroxy-7,4’-dimethoxyflavanon, 5,4’-Dihydroxy-7-methoxyflavanon (Sakuranetin), absolute Konfiguration, Zytotoxizität, Brine-Shrimp-Assay, Artemia salina, Podophyllotoxin, phytochemische Analyse, in-vitro, Alamar BlueTM-Test, Quantifizierung