In this article we report the isolation, characterization and evaluation of in vitro anti-colon cancer activity of a new gingerol derivative, namely (S,E)-5-hydroxy-1-(4-hydroxy-3- methoxyphenyl)tetradec-8-en-3-one, (N6), and a known sesquiterpene (1,2- Dihydroxybisabola-3,10-diene, N7), isolated from Zingiber officinale rhizomes for the first time, together with other five known compounds. 6-gingerol (N1), 8-gingerol (N2), 10- gingerol (N3), 4-gingerol (N4) and 4`-O-methyl-6-gingerol (N5).
The isolated compounds were identified using different spectroscopic techniques (1D and 2D-NMR, MS and IR). A modified chromatographic method was established and optimized to isolate the major gingerols (N1, N2, and N3) in grams. Thereafter the cytotoxic activity of the isolated compounds was evaluated against colorectal carcinoma cell line, Caco-2. It was observed that anti-colon cancer activity of N2 was superior to that of 5-FU, the classic reference cytotoxic agent. Additionally, the length of the aliphatic chain in 8-gingerol (N2) is optimum for the anticancer activity and any decrease, as in N1 and N4, or increase, as in N3, in the side chain length leads to gradient decrease in the cytotoxic activity.
Following this further, methylation of phenolic OH group (N5), leads to a dramatic decrease in the anticancer activity. Furthermore, loss of aromaticity (N7), results in complete loss of the cytotoxic activity. On the other hand, introducing a π-bond in the aliphatic side chain enhances the anti-cancer activity as depicted in N6. Taken together, the aromaticity, the side chain length as well as the presence of free phenolic group contribute significantly to the anti-colon cancer activity of gingerol and its derivatives. These results open up a new window in the rational design of gingerol-based semisynthetic drugs with improved anticolon cancer activity.
Inhaltsverzeichnis
1. Introduction
2. Results and discussion
2.1 Chemistry
2.2 Evaluation of cytotoxic activity
3. Conclusions
4. Experimental
4.1. General experimental information
4.2. Plant material
4.3.1. Extraction and isolation
4.3.2. Characterization
4.4 Cytotoxicity assay
Zielsetzung & Themen
Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Isolierung, Identifizierung und Evaluierung der in-vitro Anti-Kolonkrebs-Aktivität von Inhaltsstoffen der Ingwer-Rhizome (Zingiber officinale). Dabei soll insbesondere ein modifiziertes, effizientes chromatographisches Verfahren entwickelt werden, um größere Mengen reiner Gingerole zu gewinnen und deren Struktur-Wirkungs-Beziehungen in Bezug auf die zytotoxische Wirkung gegen die Caco-2 Krebszelllinie zu untersuchen.
- Isolierung und Charakterisierung eines neuen Gingerol-Derivats (N6) und eines neuen Sesquiterpens (N7)
- Optimierung der Trennung mittels MPLC zur Gewinnung hochreiner Gingerole in Gramm-Mengen
- Vergleich der zytotoxischen Aktivität isolierter Verbindungen mit dem Standardmedikament 5-FU
- Analyse der Struktur-Aktivitäts-Beziehungen (Kettenlänge, Sättigungsgrad, Aromatizität, phenolische Gruppen)
- Statistische Validierung der Ergebnisse durch MTT-Assays und ANOVA-Analysen
Auszug aus dem Buch
2. Results and discussion
The methanolic extract of the rhizomes of Zingiber officinale Roscoe was suspended in water and partitioned successively with petroleum ether, methylene chloride, ethyl acetate and n-butanol. The methylene chloride soluble fraction was subjected to a series of chromatographic techniques, leading to the isolation of a new gingerol related compound (N6) together with six known compounds (N1-N5), and N7 which is the first time to be isolated from ginger. The known compounds were identified as 6-gingerol (N1), 8-gingerol (N2), 10-gingerol (N3), 4-gingerol (N4), 4`-O-methyl-6-gingerol (N5), and 1,2-Dihydroxybisabola-3,10-diene (N7), Figure1, by comparison of their spectroscopic data with that reported in literature [21-25]. Studies of the isolation and purification of gingerols are scarce in the literature [26]. The major gingerols (6-, 8-, and 10-gingerol) were reported to be isolated in the range of milligrams with high purity using complicated chromatographic techniques as HSCCC [5], or semi-preparative HPLC [26]. Fortunately, it is firstly reported in our study to isolate the major gingerols in the range of grams using medium pressure liquid chromatography MPLC and reversed phase C18 silica gel. This method can be considered as a modification for [26] new methodology for purification of gingerols using HPLC system, Luna-C18, and methanol- water (75:25, v/v) as the mobile phase. In our study the best mobile phase was methanol- water (70:30, v/v) for isolation of the major gingerols, but if it is needed to isolate 4-gingerol, the best mobile phase will be methanol- water (60:40, v/v) as if methanol- water (70:30, v/v) system was used; 4-gingerol and 6-gingerol will be eluted as a mixture.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Introduction: Dieses Kapitel erläutert die traditionelle medizinische Bedeutung von Ingwer und beschreibt die Notwendigkeit einer effizienten Isolierungsmethode für bioaktive Inhaltsstoffe zur Erforschung von Krebstherapien.
2. Results and discussion: Hier werden die Ergebnisse der Isolierung neuer Verbindungen sowie der Vergleich der zytotoxischen Potenziale der Ingwer-Inhaltsstoffe gegenüber 5-FU detailliert diskutiert.
3. Conclusions: Das Fazit fasst zusammen, dass die isolierten Verbindungen aufgrund ihrer Strukturmerkmale vielversprechende Ansätze für die Entwicklung neuer Anti-Kolonkrebs-Medikamente darstellen.
4. Experimental: Dieses Kapitel liefert die wissenschaftliche Dokumentation der verwendeten Materialien, Geräte, Methoden zur Extraktion, Reinigung und die statistische Auswertung der Versuchsreihen.
Schlüsselwörter
Gingerols, Zingiber officinale, MPLC, Colorectal carcinoma, Caco-2, Cytotoxicity, 5-FU, Struktur-Aktivitäts-Beziehung, Krebsprävention, Isolierung, Phytochemikalien, Anti-Kolonkrebs-Aktivität
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser wissenschaftlichen Arbeit grundlegend?
Die Arbeit befasst sich mit der Isolierung und biochemischen Charakterisierung von Inhaltsstoffen aus Ingwer-Rhizomen und der Untersuchung ihrer Wirksamkeit gegen menschliche Darmkrebszellen.
Welches sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Phytochemie, der Optimierung chromatographischer Trennverfahren (MPLC) und der pharmakologischen Bewertung von Naturstoffen als potenzielle Zytostatika.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Identifizierung neuer Gingerol-Derivate und die Evaluation deren Anti-Kolonkrebs-Aktivität im Vergleich zum gängigen Chemotherapeutikum 5-FU.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es werden spektroskopische Verfahren (1D/2D-NMR, MS, IR) zur Identifizierung, MPLC zur Stofftrennung sowie der MTT-Assay zur Messung der zellulären Zytotoxizität eingesetzt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil konzentriert sich auf die Extraktionsprozesse, die Identifizierung der isolierten Verbindungen und die detaillierte Auswertung der Dosis-Wirkungs-Beziehungen der isolierten Gingerole.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Gingerole, MPLC, Colorectal carcinoma, zytotoxische Aktivität, Caco-2 Zellen und Struktur-Aktivitäts-Beziehungen.
Warum wird 5-FU als Vergleichssubstanz herangezogen?
5-FU (5-Fluorouracil) gilt als Standardmedikament in der adjuvanten und palliativen Chemotherapie bei Darmkrebs und dient daher als Referenz zur Beurteilung der Wirksamkeit der Ingwer-Derivate.
Welchen Einfluss hat die Kettenlänge der Gingerole auf die Wirkung?
Die Studie zeigt, dass eine optimale Kettenlänge der aliphatischen Seitenkette für die maximale zytotoxische Aktivität entscheidend ist; sowohl Verkürzungen als auch Verlängerungen führen zu einer verminderten Wirksamkeit.
Welche Rolle spielt die phenolische OH-Gruppe bei der Aktivität?
Die freie phenolische Gruppe ist essenziell für die Anti-Kolonkrebs-Aktivität; eine Methylierung dieser Gruppe führt zu einer signifikanten Verringerung der Wirksamkeit.
- Arbeit zitieren
- Farid Badria (Autor:in), 2013, New Gingerol Derivative against Human Colorectal Carcinoma Caco-2 Cells, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/509328
