Etnobotanika a etnofarmakologie šumavských rostlin se speciálním ohledem na hojení ran

Bc. Marek Žinčák

Master's thesis

Ethnobotany and ethnopharmacology of plants from the Boehmerwald region with special emphasis on wound healing

Abstract:

Mezi všemi organismy, které člověk využívá ve svůj prospěch, rostliny vynikají jako jedny z nejzásadnějších poskytovatelů přírodních zdrojů. Uplatnění rostlin zahrnuje jak praktické využití pro výrobu potravin, oděvů a léků, tak symbolické využití například v umění a literatuře. Rostliny se od nejstarších dob používají v lidové medicíně i moderním lékařství, kde poskytují širokou škálu biologicky aktivních látek využívaných v léčbě nemocí a zranění. Tyto látky se používají buď v surové formě bylinných drog nebo se z rostlinných zdrojů extrahují, a pokud je to možné i syntetizují, pro použití v moderní medicíně. Mnoho z těchto využívaných bylinných drog a moderních léčiv zahrnuje produkty sekundární metabolismu, které jsou lidmi používány kvůli svým hojivým a mikrobiální účinkům. Tato práce se zabývá charakterizací in vitro antimikrobiální a potencionální cytotoxické aktivity 9 vzorků léčivých rostlin z oblasti NP Šumava. Pro stanovení životaschopnosti buněčných linií HaCaT byl použit MTT test, který je založen na metabolické přeměně tetrazolium bromidu (MTT) na formazan. Ke stanovení minimální inhibiční koncentrace (MIC) 7 vybraných patogenních mikroorganismů zahrnující rody Streptococcus a Staphylococcus byla použita mikrodiluční bujónová metoda. V rámci experimentů byla prokázána antimikrobiální aktivita u všech testovaných rostlin. Nejcitlivějším testovaným mikroorganismem byl S. epidermidis CCM 4418, který byl inhibován 8 z 9 testovaných extraktů. Nejúčinnější spektrum účinku bylo pozorováno u extraktu z Epilobium angustifolium, který vykazoval nejnižší inhibiční koncentrace u 5 ze 7 testovaných patogenů. Tento extrakt taktéž vykázal nejnižší inhibiční koncentraci z celého testu (IC80 = 128μg/ml). U zbylých rostlinných extraktů byla naměřena nízká antimikrobiální aktivita s MIC pohybující se v rozmezí 1024–2048 μg/ml. Výsledky MTT testu vykázaly závislost mezi viabilitou testovaných buněk a koncentrací i dobou účinku extraktů. Extrakty při 24hodinovém působení podpořili aktivitu HaCaT buněk, nicméně při 72hodinovém působení extrakty průměrně snižovali viabilitu buněk nebo byl účinek srovnatelný s kontrolou. Nejmenší aktivita buněk u 24hodinové inkubace byla sledována u extraktu z E. angustifolium při koncentraci 256ug/ml, kdy vykazovaná viabilita činila 95±10 %. Naopak největší aktivitu vykazovali buňky při nejnižších koncentracích všech 9 extraktů (2 a 4 μg/ml), kdy v některých případech šlo průměrně až o 40-50 % nárůst. Mezi nejvíce účinné extrakty ve zmíněných koncentracích patří Clinopodium vulgare (164±43 %), Melampyrum sylvaticum (169±53 %), Knautia arvensis (158±40 %) a Viola arvensis (154±33 %). U 72hodinové inkubace byl pozorován silnější negativní vliv extraktů na aktivitu keratinocytů v závislosti na koncentraci. U hodnot 128 a 256 μg/ml byl již zaznamenán výrazný negativní účinek 5 extraktů na proliferaci. Nejtoxičtěji se jeví extrakt z E. angustifolium, který při koncentraci 128ug/ml snížil viabilitu na 59±2 % a při 256ug/ml na 42±6 %. Žádný z testovaných extraktů neměl při 72hodinové inkubaci průkazný pozitivní vliv na proliferaci testovaných keratinocytů. Výsledky naznačují, že některé z testovaných rostlin by mohly být perspektivním zdrojem bioaktivních látek pro vývoj nových rostlinných léčiv. Nezbytný další výzkum v podobě in vivo testů a klinických studií by případně potvrdil, zda uvedené účinky jsou použitelné v lékařské praxi.

Abstract:

Among all the organisms that humans used for their benefit, plants stand out as one of the most essential providers of natural resources. Theu ses of plants range from practical uses for food, clothing and medicine to symbolic uses in, for example, art and literature. Plants have been used in folk medicine since ancient times and also in modern medicine, providing a wide range of biologically active substances used in the treatment of diseases and injuries. These substances are either used in the crude form of herbal drugs or extracted from plant sources, and synthesised if possible, for use in modern medicine. Many of these utilized herbal drugs and modern medicines include products of secondary metabolism that are used by humans for their healing and microbial effect. This work deals with the characterization of in vitro antimicrobial and potential cytotoxic activity of 9 medicinal plant samples from the Šumava NP area. The MTT assay, which is based on the metabolic conversion of tetrazolium bromide (MTT) to formazan, was used to determine the viability of HaCaT cell lines. The microdilution broth method was used to determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of 7 selected pathogenic microorganisms including the genera Streptococcus and Staphylococcus. The experiments showed antimicrobial activity in all the tested plants. The most sensitive microorganism tested was S. epidermidis CCM 4418, which was inhibited by 8 of the 9 extracts tested. The most potent spectrum of action was observed for the extract of Epilobium angustifolium, which showed the lowest inhibitory concentrations for 5 of the 7 pathogens tested. This extract also showed the lowest inhibitory concentration of the whole test (IC80 = 128 μg/ml). Low antimicrobial activity was measured for the remaining plant extracts with MICs ranging from 1024-2048 μg/ml. The MTT assay results showed a relationship between the viability of the tested cells and the concentration and duration of action of the extracts. The extracts promoted the activity of HaCaT cells at 24 h exposure, however, at 72 h exposure, the extracts on average reduced cell viability or the effect was comparable to the control. The lowest cell activity at 24 hour incubation was observed for the E. angustifolium extract at a concentration of 256ug/ml, when the reported viability was 95±10 %. On the other hand, the highest cell activity was observed at the lowest concentrations of all 9 extracts (2 and 4 μg/ml), with an average increase of 40-50 % in some cases. The most effective extracts in the mentioned concentrations include Clinopodium vulgare (164±43%), Melampyrum sylvaticum (169±53%), Knautia arvensis (158±40%) and Viola arvensis (154±33%). A stronger negative effect of the extracts on keratinocyte activity was observed for 72 h incubation as a concentration dependent effect. At the values of 128 and 256 μg/ml, a significant negative effect of the 5 extracts on proliferation was already observed. The extract of E. angustifolium appeared to be the most toxic, decreasing viability to 59±2% at 128ug/ml and to 42±6% at 256ug/ml. None of the tested extracts had a conclusive positive effect on the proliferation of the tested keratinocytes at 72 h incubation. The results suggest that some of the tested plants could be a promising source of bioactive compounds for the development of new plant drugs. Further research in the form of in vivo tests and clinical trials would be necessary to eventually confirm whether these effects are applicable in medical practice.

Keywords

cytotoxicita, antimikrobiální, etnobotanika, hojení ran, lidové léčitelství

Keywords

folk medicine, antimicrobial, cytotoxicity, ethnobotany, wound healing

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 17. 5. 2023
• Supervisor: Ing. Jan Tauchen, Ph.D.
• Reader: Markéta Houdková, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Master programme:
Food and Nutrition