Pharmacological evaluation of plant extracts from the Province of Cuanza Norte (Angola)

Abstract

[EN] Introduction: Studies on African medicinal plants have been limited to some geographically areas, and even though many native plants are recognized and documented, other valuable medicinal plant species have not been studied. Angola has an important socio-cultural diversity and is one of the richest floristic regions of the world. Objectives: This study aims to perform an ethnopharmacological study in the Province of Cuanza Norte (Angola); also, a review of ethnobotanical studies from Angola Provinces; and finally, to perform a pharmacological evaluation (antioxidant, antibacterial and cytotoxic) of plant extracts selected from the Province of Cuanza Norte (Angola). Methods: At first it was performed an ethnopharmacological study in order to document the use of medicinal plants from the Province of Cuanza Norte (Angola). The field work was conducted from December 2018 to January 2019 and informants were selected in accordance with community recognition as traditional healers. Medicinal plants were listed along with their popular name, traditional use, part used, and method of preparation. The second part of the work aimed to perform a review of ethnobotanical studies from Angola. To achieve this objective a literature review search was carried out in PubMed, ScienceDirect, and Google Scholar databases, with no data restriction, in Portuguese and English languages. Ethnobotanical studies which collected information based on field work and on different traditional medicinal uses of plants from municipalities and provinces of Angola, were included. Therefore, from the plants listed in the field work performed by us and from the plants listed in the review of ethnobotanical studies, three medicinal plants were selected for further analysis, based on their importance in the country, published studies, and their traditional uses. Finally, the last part of the work aims to evaluate in vitro antioxidant, antibacterial and cytotoxicity activities of the selected plants: Adansonia digitata, Garcinia kola, and Gardenia ternifolia. In the experimental study it was used aqueous and methanolic extracts of the three African medicinal plants selected. Total phenolic content (TPC), total flavonoid content (TFC), and in vitro antioxidant activity were investigated. Also, their cytotoxic activity against HepG2 cell line, and antibacterial activity against Escherichia coli and Staphylococcus aureus, were assessed. Results: For the ethnopharmacological study, a total of 131 species of medicinal plants were cited by the informants of Cuanza Norte. Mukumbi (Lannea welwitschii), Santa Maria (Chenopodium ambrosioides) and Ditumbata (Boerhavia difusa) were the most cited species, following by Embondeiro (Adansonia digitata), Papaia (Carica papaya), and Mbrututu (Cochlospermum angolense). Informants were contacted through “snowball” method and through semi-structured interviews. Leaves were the most frequently material used, and maceration the major form of plants preparation. The main categories of use were infectious and parasitic diseases (e.g., Malaria); undefined pains and illness; diseases of the digestive system; and endocrine, nutritional, and metabolic diseases (e.g., Diabetes). It is also important to inform that some of the traditional indications are supported by data from scientific literature. Regarding the review of ethnobotanical studies performed in Angola, 7 ethnobotanical studies were found from 6 Provinces (Bié, Bengo, Huíla, Cuanza Norte, Namibe, Uíge). In some cases, informants were contacted through “snowball” method and through semi-structured interviews. In general, informants were persons who were known within the community for having high knowledge and experience about the use of plants.In the studies analyzed, the majority of the plants cited by the informants were not endemic to Angola, which may be related to the high deforestation rate in Africa. Some of the predominant families in the studies analyzed were Fabaceae, Asteraceae and Euphorbiaceae. Leaves were the predominant used plant part in the studies and decoction was the most common found method of plants preparation. The majority of the plants are used traditionally for digestive disorders. Some authors showed that few studies have been conducted for some plant species, including for G. ternifolia. Some authors also revealed that A. digitata can be used for different purposes, showing the high importance for the Angolan population. Therefore, because of the high importance of A. digitata in Angola, and the small numbers of studies regarding G. kola and G. ternifolia, those were the plants selected for further in vitro pharmacological studies. Regarding the in vitro antioxidant activity of A. digitata, G. kola, and G. ternifolia, IC50 values ranged from 6.1 ± 0.1 to 846.0 ± 20.9 µg/mL. G. kola methanolic extract showed the best TPC (131.4 ± 5.7 mg GAE/g) and the one of A. digitata showed the best TFC (46.0 ± 5.0 mg QE/g). Methanolic extracts showed higher TPC, TFC and antioxidant activity in general, compared to aqueous extracts. Considering the antibacterial activity, methanolic extracts of G. kola and G. ternifolia had the lowest MIC value of 0.625 mg/mL against Gram-positive S. aureus. Regarding cytotoxic activity for HepG2, A. digitata and G. kola extracts presented no cytotoxicity at any of the tested concentrations (5-500 µg/mL). Conclusions: Preserving the ethnobotanical knowledge in order to protect the biodiversity and to discover new therapeutic molecules is crucial in countries like Angola, where the traditional medicine plays an important role in their health care system. The results found in this work highlight the therapeutic potentiality of African flora and provide preliminary knowledge about the selected medicinal plants, partly explaining their use in the traditional medicine practice of Angola and other African countries. [ES] Introducción: Los estudios sobre plantas medicinales africanas se han limitado a algunas áreas geográficas, y aunque se reconocen y documentan muchas plantas nativas, no se han estudiado otras especies de plantas medicinales valiosas. Angola tiene una importante diversidad sociocultural y es una de las regiones de mayor riqueza florística del mundo. Objetivos: Este trabajo tiene como objetivo realizar un estudio etnofarmacológico en la Provincia de Cuanza Norte (Angola); realizar una revisión de los estudios etnobotánicos de las provincias de Angola; y finalmente llevar a cabo una evaluación farmacológica (antioxidante, antibacteriana y citotóxica) de extractos de plantas selecionadas de la Provincia de Cuanza Norte (Angola). Métodos: En un primer momento se realizó un estudio etnofarmacológico con el fin de documentar el uso de plantas medicinales de la Provincia de Cuanza Norte (Angola). El trabajo de campo se realizó de diciembre de 2018 a enero de 2019 y los informantes fueron seleccionados de acuerdo con el reconocimiento de la comunidad como curanderos. Las plantas medicinales se enumeraron junto con su nombre popular, uso tradicional, parte utilizada y método de preparación. La segunda parte del trabajo tenía como objetivo realizar una revisión de los estudios etnobotánicos de Angola. Para lograr este objetivo se llevó a cabo una revisión bibliográfica en las bases de datos PubMed, ScienceDirect y Google Scholar, sin restricción de datos, en los idiomas portugués e inglés. Se incluyeron aquellos estudios etnobotánicos que recopilaban información, a partir de trabajo de campo, sobre diferentes usos medicinales tradicionales de las plantas de municipios y provincias de Angola. De las plantas listadas en el trabajo de campo realizado por nosotros y de las plantas enumeradas en la revisión de estudios etnobotánicos, se seleccionaron tres plantas medicinales para su posterior análisis, en función de su importancia en el país, los estudios publicados y sus usos tradicionales. Finalmente, la última parte del trabajo consistió en evaluar in vitro las actividades antioxidantes, antibacterianas y de citotoxicidad de las plantas seleccionadas: Adansonia digitata, Garcinia kola y Gardenia ternifolia. En el estudio experimental se utilizaron extractos acuosos y metanólicos de las tres plantas medicinales africanas seleccionadas. Se estudió el contenido fenólico total (TPC), el contenido total de flavonoides (TFC) y la actividad antioxidante in vitro. Además, se evaluó su actividad citotóxica frente a la línea celular HepG2 y su actividad antibacteriana contra Escherichia coli y Staphylococcus aureus. Resultados: En nuestro estudio etnofarmacológico se citaron un total de 131 especies de plantas medicinales por parte de los informantes de Cuanza Norte. Mukumbi (Lannea welwitschii), Santa María (Chenopodium ambrosioides) y Ditumbata (Boerhavia difusa) fueron las especies más citadas, seguido de Embondeiro (Adansonia digitata), Papaia (Carica papaya), y Mbrututu (Cochlospermum angolense). Los informantes fueron contactados a través del método de “bola de nieve” y a través de entrevistas semiestructuradas. Las hojas fueron el material más utilizado y la maceración la principal forma de preparación de la planta. Las principales categorías de uso fueron enfermedades infecciosas y parasitarias (p. ej., paludismo); dolor y enfermedades indefinidos; enfermedades del sistema digestivo; y enfermedades endocrinas, nutricionales y metabólicas (p. ej., diabetes). Es importante mencionar que algunas de las indicaciones tradicionales están respaldadas por datos de la literatura científica. En cuanto a la revisión de los estudios etnobotánicos realizados en Angola, se encontraron 7 estudios etnobotánicos de 6 Provincias (Bié, Bengo, Huila, Cuanza Norte, Namibe, Uíge). En algunos casos, los informantes fueron contactados a través del método de “bola de nieve” y también a través de entrevistas semiestructuradas. Por lo general, los informantes eran personas que se conocían dentro de la comunidad por tener un alto conocimiento y experiencia en el uso de las plantas. En los estudios analizados, la mayoría de las plantas citadas por los informantes no eran endémicas de Angola, lo que puede estar relacionado con la alta tasa de deforestación en África. Algunas de las familias predominantes en los estudios analizados fueron Fabaceae, Asteraceae y Euphorbiaceae. Las hojas fueron la parte de la planta más usada en los estudios y la decocción el método de preparación de plantas más común. La mayoría de las plantas se utilizan tradicionalmente para trastornos digestivos. Algunos autores mostraron que hay especies de plantas para las que se han realizado pocos estudios, entre ellas G. ternifolia. También se encontraron estudios que indicaban que A. digitata puede ser utilizada con diferentes propósitos, siendo de gran importancia para la población angoleña. Por lo tanto, debido a la gran importancia de A. digitata en Angola y a los pocos estudios encontrados sobre G. kola y G. ternifolia, esas fueron las plantas seleccionadas para posteriores estudios farmacológicos in vitro. En cuanto a la actividad antioxidante in vitro de A. digitata, G. kola y G. ternifolia, los valores de IC50 oscilaron entre 6,1 ± 0,1 y 846,0 ± 20,9 µg/mL. El extracto metanólico de G. kola presentó el mejor TPC (131,4 ± 5,7 mg GAE/g) y el de A. digitata presentó el mejor TFC (46,0 ± 5,0 mg QE/g). Los extractos metanólicos mostraron mejores valores de TPC, TFC y actividad antioxidante en general, en comparación con los extractos acuosos. En lo quese refiere a la actividad antibacteriana, los extractos metanólicos de G. kola y G. ternifolia presentaron el valor MIC más bajo de 0,625 mg/mL frente a S. aureus grampositivo. En cuanto a la actividad citotóxica frente a HepG2, los extractos de A. digitata y G. kola no presentaron citotoxicidad en ninguna de las concentraciones ensayadas (5-500 µg/mL). Conclusiones: Preservar el conocimiento etnobotánico para proteger la biodiversidad y descubrir nuevas moléculas terapéuticas es crucial en países como Angola, donde la medicina tradicional juega un papel importante en su sistema de salud. Los resultados de este trabajo destacan la potencialidad terapéutica de la flora africana y proporcionan un conocimiento preliminar sobre las tres plantas medicinales seleccionadas, que justifica en parte su uso en la medicina tradicional de Angola y de otros países africanos.