Le fractionnement à ultra-micro-échelle (FUME), un outil puissant pour la découverte de molécules bioactives
Citation
McCallum, J.L., Vacon, J.N.D., Kirby, C.W. (2020). Ultra-Micro-Scale-Fractionation (UMSF) as a powerful tool for bioactive molecules discovery. Molecules, [online] 25(16), http://dx.doi.org/10.3390/molecules25163677
Résumé en langage clair
Une nouvelle approche de fractionnement guidé par bioessai (isolement d’un agent chimique pur à partir d’un agent d’origine naturelle) a été mise au point et validée avec 6 extraits végétaux différents. Cette nouvelle méthode combine les avantages de la chromatographie liquide à ultra haute performance (UPLC) avec les essais biologiques par microtitrage (une technique où des mélanges de produits chimiques sont séparés et analysés), pour l'analyse des fractions à microéchelle obtenues à l’aide d’une colonne UPLC pour la première fois. La nouvelle méthode améliore le flux de travail des travaux de recherche, tout en réduisant la taille des échantillons, le temps de séparation et d’analyse par échantillon, les volumes de solvants requis et les volumes de déchets chimiques générés, et les temps de séchage; tout en améliorant le rendement en chromatographie et la résolution. Cette approche permet d’obtenir en une seule étape des microfractions contenant des composés purs à partir d’extraits végétaux bruts, par exemple, une seule feuille, une seule fleur ou un seul fruit, lesquels fournissent souvent suffisamment d’extrait pour l’analyse. À l’aide de cette approche, nous avons testé les effets d’extraits préparés à partir de baies de genévrier des montagnes Rocheuses (Juniperus scopulorum Hook), de fleurs de millepertuis (Hypericum perforatum), de fruits de viorne flexible (Viburnum lentago), de fruits du Cornouiller du Canada (Cornus canadensis), de fruits de symphorine de l’Ouest (Symphoricarpos occidentalis) et les cônes (inflorescences) du houblon (Humulus lupulus) chez l’artémia de San Francisco (Artemia franciscana), un organisme modèle établi pour la découverte de produits naturels anticancéreux (cytotoxiques). Les extraits de houblon possédaient une puissante bioactivité, les acides bêta (lupulones) étant les principaux composants cytotoxiques. Parmi les principaux acides bêta du houblon, la lupulone était le plus actif, suivie de l’adlupulone et de la colupulone, la CL50 (une mesure de la puissance) de la lupulone et de l’adlupulone étant de l’ordre de l’uM. Ces résultats confirment pour la première fois l’activité anticancéreuse des composantes du houblon chez un organisme multicellulaire intact.
Résumé
© 2020 par les auteurs. Nous décrivons ici en détail la mise au point et la validation d’une technique de fractionnement à ultra-micro-échelle (FUME) pour la découverte de molécules bioactives d’origine végétale, combinant les avantages de la séparation par chromatographie liquide à ultra haute performance couplée à la spectrométrie de masse (UPLC-MS) et la sélection au moyen d'un essai biologique sur plaque de microtitrage. Cette nouvelle approche en une étape utilise simultanément la technologie UPLC pour collecter des données sur le profil chimique tout en réalisant un fractionnement à haute résolution, ce qui améliore considérablement le flux de travail par rapport aux méthodes reposant sur la chromatographie liquide à haute performance (HPLC), l’extraction en phase solide ou la séparation par chromatographie flash. Avec la technique FUME, les chercheurs peuvent utiliser de plus petites quantités de produits de départ, réduire les quantités de solvants nécessaires durant le fractionnement, réduire les longs temps de séchage des solvants, remplacer les coûteuses cartouches d’extraction en phase solide à usage unique par des colonnes d'analyse UPLC réutilisables et réduire le fractionnement à moins de 10 min, tout en générant simultanément des données de profil chimique concernant les fractions actives et en bénéficiant d’une résolution chromatographique supérieure. Cette technique permet de purifier, d’identifier et d’analyser facilement et en une seule étape les composants bioactifs individuels des extraits bruts, éliminant ainsi les effets synergiques ambigus souvent signalés dans les recherches menées sur les produits naturels d’origine végétale. Nous présentons une étude de cas fructueuse illustrant la polyvalence de cette technique pour identifier la lupulone comme principale composante cytotoxique du houblon (Humulus lupulus L.), à l’aide d’un modèle de crevettes des salines Artémia franciscana. Ces résultats confirment les études antérieures faites sur des bioessais cellulaires utilisant un organisme multicellulaire plus complexe et permettent de les enrichir, et nous aident à mieux comprendre les relations structure-fonction entre les métabolites secondaires du houblon et de la famille des cannabacées.