Détermination de résidus de médicaments et ses métabolites dans les plantes sauvages. Essais d’exposition et évaluation de la bioactivité

Determination of drug residues and their metabolites in wild plants. Uptake assay and evaluation of bioactivity

Determinación de residuos de fármacos y sus metabolitos en plantas silvestres. Ensayos de exposición y evaluación de la bioactividad

• Auteur / Autrice : Sofía Barreales Suárez
• Direction : Stéphane Azoulay, Miguel Ángel Bello López, Rut María Fernández Torres
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 22/11/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE) en cotutelle avec Universidad de Sevilla (Espagne)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Nice)
• Jury : Président / Présidente : José Luis Gómez Ariza
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Azoulay, Miguel Ángel Bello López, Rut María Fernández Torres, José Luis Gómez Ariza, Tamara García Barrera, Mercedes Villar-Navarro, Audrey Di Giorgio, Juan Luis Pérez Bernal
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : José Luis Gómez Ariza, Tamara García Barrera

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contaminants d'intérêt émergent dans l'eau

Principes actifs (pharmacologie)

Teneur en médicaments

Plantes sauvages

Eau -- Teneur en médicaments

Mots clés libres

Lavandula dentata

Juncus sp.

Salicornia europaea

Médicaments

Essais d'exposition

Carbamazépine

Fluméquine

Ciprofloxacine

Enrofloxacine

Ibuprofène

Diclofénac

Parc National de Doñana

Métabolites

Enzymes

Inhibition enzymatique

Tyrosinase

Lipoxygénase

Collagénase

Élastase

Antioxydants

Lavandula dentata

Juncus sp.

Salicornia europaea

Drugs

Uptake assay

Carbamazepine

Fluméquine

Ciprofloxacin

Enrofloxacin

Ibuprofen

Diclofenac

Doñana National Park

Metabolites

Enzymes

Enzymatic inhibition

Tyrosinase

Lipoxygenase

Collagenase

Elastase

Antioxidants

Lavandula dentata

Juncus sp.

Salicornia europaea

Principios activos farmacológicos

Ensayos de exposición

Carbamazepina

Flumequina

Ciprofloxacina

Enrofloxacina

Ibuprofeno

Diclofenaco

Parque Nacional de Doñana

Metabolitos

Enzimas

Inhibición enzimática

Tirosinasa

Lipoxigenasa

Colagenasa

Elastasa

Antioxidantes

Résumé

Actuellement, la présence de substances pharmacologiques dans l'eau utilisée pour l'irrigation ou dans les matrices végétales est un problème pour l'environnement. En effet, il est de plus en plus nécessaire d’évaluer, surveiller et faire un diagnostic environnemental des zones affectées par la pollution afin de connaître les écosystèmes endommagés par la présence de polluants et ainsi évaluer les conséquences de ceux-ci sur les êtres vivants. Par conséquent, cette thèse se concentre sur les effets de la pollution afin d'accroître la connaissance de ses conséquences sur la flore indigène du Parc National de Doñana (Espagne), en fournissant des données qualitatives et quantitatives sur l'effet des substances pharmacologiquement actives (considérées comme polluants émergents) chez trois espèces de plantes typiques de cette région. De plus, les études, simulant à l'échelle du laboratoire la présence de principes actifs pharmacologiques, de leurs composés de dégradation et de leurs métabolites dans les matrices végétales de cet environnement naturel, évaluant également la capacité antioxydante et enzymatique ainsi que l'identification des molécules inhibitrices des enzymes utilisées dans cette étude dans une collection de 150 plantes du milieu protégé mentionné précédemment sont pratiquement inexistantes. Une procédure analytique a été optimisée et validée par chromatographie liquide à haute performance avec détection par spectrométrie de masse au temps de vol pour l'identification et la quantification de six principes pharmacologiques actifs, carbamazépine, fluméquine, ciprofloxacine, enrofloxacine, ibuprofène et diclofénac, en extraits de trois espèces végétales, Lavandula dentata et Juncus sp. et Salicornia europaea, espèces présentes dans différents habitats du Parc National de Doñana. Un essai d'exposition a été conçu et réalisé, irriguant les plantes sélectionnées avec des solutions aqueuses contenant des concentrations variables de produits pharmaceutiques. Les échantillons ont été analysés à 7, 15, 21 et 30 jours (fin du test) et l'accumulation des substances sélectionnées a été déterminée. De plus, des techniques d'analyse non ciblées à l'aide d'un logiciel approprié (MetaboLynxTM) ont été appliquées aux données des échantillons soumis à l'étude d'absorption afin d'identifier les métabolites et les produits de dégradation possibles et les voies métaboliques en cause. En outre, certaines méthodes ont été optimisées pour évaluer les activités antioxydantes et inhibitrices, en utilisant différentes enzymes (tyrosinase, élastase, collagénase et lipoxygénase), dans les extraits d'une sélection de 150 espèces végétales collectées et présentes dans le Parc National de Doñana, et/ou leur environnement, les échantillons ont été extraits à l'aide de solvants de polarité et de capacité d'extraction différentes : hexane, éthanol, eau : éthanol (1:1, v/v) et acétate d'éthyle. Ces méthodes ont été appliquées pour évaluer la capacité d'inhibition enzymatique ainsi que la capacité antioxydante des extraits et dans des échantillons choisis parmi les tests d'exposition indiquant comme prévu l'augmentation de la capacité inhibitrice des enzymes dans les échantillons soumis à de fortes concentrations de solutions dopantes. Une relation métabolique a été établie entre les molécules bioactives possibles d'extraits végétaux qui ne sont pas documentées dans la littérature pour leur activité d'inhibition enzymatique et les inhibiteurs connus de ces enzymes, expliquant ainsi l'existence d'une activité inhibitrice.

The presence of pharmaceuticals in environmental waters or plant matrices suppose a challenge for environment preservation, which makes necessary to evaluate, monitor and carry out an environmental diagnosis of the areas affected by pollution in order to know the ecosystems damaged by the presence of pollutants and thus evaluate the consequences of these on living beings. For this reason, this Thesis focuses its study on the effects of pollution on the native flora of the Doñana National Park (Spain), providing qualitative and quantitative data on the effect of pharmacologically active substances (such as emerging contaminants) in three plant species in this area, in addition similar studies are virtually nonexistent. This work aims to increase knowledge about the consequences of anthropogenic pressure in the ecosystem of Doñana National Park, simulating at laboratory scale the presence of pharmaceuticals, their degradation compounds and metabolites, in plant matrices from this natural environment. The antioxidant and enzymatic capacity as well as the identification of inhibitory molecules to the enzymes used in this study were evaluated in a collection of 150 selected plants from Doñana. An analytical procedure using high resolution liquid chromatography with detection of mass spectrometry - flight time has been optimized and validated for the identification and quantification of six active pharmacological principles, carbamazepine, flumequine, ciprofloxacin, enrofloxacin, ibuprofen and diclofenac, in extracts from three plant species: Lavandula dentata, Juncus sp. and Salicornia europaea. An uptake study has been carried out, irrigating the selected plants with aqueous solutions containing variable concentrations of the pharmaceuticals. The samples have been analyzed at 7, 15, 21 and 30 days (end of the assay) and the accumulation of the selected substances have been determined. Additionally, non-targeted analytical techniques using appropriate software (MetabolynxTM) have been applied to data from the samples subjected to the uptake study to identify possible metabolites and degradation products and possible metabolic routes involved. Additionally, some methods were optimized to evaluate antioxidant and inhibitory activities, using different enzymes (tyrosinase, elastase, collagenase and lipoxygenase), in the extracts of a selection of 150 plants from the Doñana National Park. For this purpose, the specimens were extracting using solvents of different polarity and extracting capacity: hexane, ethanol, water: ethanol (1:1, v/v) and ethyl acetate. These methods were applied to evaluate the enzymatic inhibition capacity as well as antioxidant capacity of the extracts.

Actualmente, la presencia de sustancias farmacológicas en el agua utilizada para el riego o en las matrices de las plantas es un problema para el medioambiente, siendo cada vez, más necesario evaluar, monitorizar y realizar un diagnostico medioambiental de las zonas afectadas por la contaminación para conocer los ecosistemas dañados por la presencia de los contaminantes y así evaluar la consecuencia de estos en los seres vivos. Por lo tanto, esta tesis centra su estudio en los efectos de la contaminación para aumentar el conocimiento de sus consecuencias sobre la flora autóctona del Parque Nacional de Doñana (España), aportanto datos cualitativos y cuantitativos sobre el efecto de las sustancias farmacológicamente activas (consideradas como contaminantes emergentes) sobre tres especies vegetales típicas de esta región. Prácticamente son inexistentes los estudios que simulan a nivel de laboratorio la presencia de principios activos farmacológicos, sus compuestos de degradación y metabolitos en las matrices de las plantas en este medio natural, evaluando también la capacidad antioxidante y enzimática, así como la identificación de las moléculas inhibidoras de las enzimas utilizadas en este estudio en un conjunto de 150 plantas del mencionado entorno protegido. Se ha optimizado y validado un procedimiento analítico mediante cromatografía líquida de alta resolución con detección por espectrometría de masas en tiempo de vuelo para la identificación y cuantificación de seis principios activos farmacológicos, carbamazepina, flumequina, ciprofloxacina, enrofloxacina, ibuprofeno y diclofenaco, en extractos de tres especies de plantas, Lavandula dentata y Juncus sp. y Salicornia europaea, especies presentes en diferentes hábitats del Parque Nacional de Doñana. Se ha dieseñado y llevado a cabo una prueba de exposición, regando las plantas seleccionadas con soluciones acuosas que contenían concentraciones variables de productos farmacéuticos. Las muestras se analizaron a los 7, 15, 21 y 30 días (final de la prueba) y se determinó la acumulación de las sustancias seleccionadas. Asimismo, se aplicaron técnicas analíticas no específicas utilizando programas informáticos adecuados (MetabolynxTM) a los datos de las muestras del estudio de absorción para identificar posibles metabolitos y productos de degradación y las vías metabólicas implicadas. Además, se han optimizado algunos métodos para evaluar las actividades antioxidantes e inhibidoras, utilizando diferentes enzimas (tirosinasa, elastasa, colagenasa y lipoxigenasa), en extractos de una selección de 150 especies de plantas recolectadas y presentes en el Parque Nacional de Doñana, y/o su entorno, las muestras se extrajeron utilizando disolventes de diferente polaridad y capacidad de extracción: hexano, etanol, agua: etanol (1:1, v/v) y acetato de etilo. Estos métodos se aplicaron para evaluar la capacidad de inhibición de las enzimas, así como la capacidad antioxidante de los extractos y en muestras seleccionadas a partir de ensayos de exposición, lo que indica, como era de esperar, el aumento de la capacidad inhibitoria de las enzimas en muestras sometidas a altas concentraciones de soluciones de dopantes. Se ha establecido una relación metabólica entre las posibles moléculas bioactivas de extractos de plantas que no están documentadas en la literatura por su actividad inhibidora de enzimas y los inhibidores conocidos de estas enzimas, lo que explica la existencia de actividad inhibidora.