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MS-EN-14-Extracción de anetol, eucaliptol y cinamaldehído como agentes anti- SARS-CoV-2 para elaboración de gel antiviral sustentable de uso escolar


MS-EN-14-Extracción de anetol, eucaliptol y cinamaldehído como agentes anti- SARS-CoV-2 para elaboración de gel antiviral sustentable de uso escolar


Categoría: Medio Superior (Preparatoria)
Área de participación: Ciencias Exactas y Naturales

Equipo: GEAlesito Team

Miembros del equipo:
Dulce Anahí Anaya Monzón
Bárbara Ximena Gómez López

Asesor: Prof. Víctor Alberto Castro Torres

Escuela: Preparatoria GEA

Resumen

Resumen

Recientemente se han publicado trabajos científicos de diversos aceites esenciales extraídos a partir de plantas medicinales, los cuales han demostrado poseer actividad antiviral contra el SARS-Cov-2, tales como el cinamaldehído contenido en la canela, anetol en el anís y el eucaliptol en las hojas del eucalipto. Dichas plantas son fuentes naturales de fácil acceso, así como de un bajo costo, de donde podemos obtener mediante destilación por arrastre de vapor de vapor, los aceites esenciales y así formularlos dentro de un gel con propiedades antivirales, para su uso dentro de las instituciones educativas. Ello con la finalidad de generar un producto autosustentable, eficaz, útil y que se pueda fabricar dentro de los laboratorios de ciencias, para la comunidad estudiantil, así como disminuir el costo que pudiera implicar la adquisición de geles antibacteriales que únicamente incluyen alcohol como agente activo. La finalidad del proyecto incluiría el poder adicionar y extraer desde las plantas, aquellos componentes antivirales y generar un producto novedoso, en beneficio de las comunidades escolares.

Pregunta de Investigación

¿Podremos extraer anetol, eucaliptol y cinamaldehído para elaborar un gel con propiedades antivirales?

Planteamiento del Problema

Planteamiento del problema

La situación sanitaria actual, representa un reto para la preservación y prevención de la salud, impactando directamente a todos los sectores sociales. Se investigan actualmente diversos agentes antivirales especialmente anti SARS-Cov-2, en donde encontramos diversos aceites esenciales contenidos en plantas medicinales de uso tradicional. Es por ello que nos hacemos la interrogante de por qué no, incluir algunos de ellos (anetol, eucaliptol y cinamaldehído) dentro de un gel que pueda ser elaborado de manera sustentable, extrayendo dichos aceites a partir de las respectivas plantas medicinales.

Antecedentes

Antecedentes

La enfermedad por coronavirus (COVID-19) ha sido identificada como la causa de un brote de enfermedades respiratorias que se ha extendido por todo el mundo, por lo que la OMS la declara una Emergencia de Salud Pública de Importancia Internacional. El nombre de referencia actual para el coronavirus-2 del síndrome respiratorio agudo severo es SARS-CoV-2.1 El uso de las plantas medicinales para fines cosmético, religioso y medicinal data desde el origen de las civilizaciones.2 Los productos naturales encontrados en las plantas poseen diferentes composiciones químicas a partir de lo cual, se desarrollan fármacos antibacterianos, antifúngicos y antivirales.3 Dentro de estos compuestos químicos encontramos a los aceites esenciales, los cuales tienen múltiples estudios científicos como agentes antivirales contra diversos tipos, ya sean de ADN o ARN, entre los cuales destacan el virus del herpes simple tipo 1 y 2 (HSV-1 y HSV-2), poliovirus, adenovirus de la influenza tipo 3, virus del dengue tipo 2, coxsackievirus B-1 y virus Junin.4

Se ha demostrado que los aceites esenciales son potentes antivirales en estado puro o como mezclas.5 Los estudios más recientes, han evaluado más de 221 aceites esenciales, entre los que se encuentran el anetol contenido en el anís (Pimpinella anisum), eucaliptol de las hojas del eucalipto (Eucalyptus globulus) y el cinamaldehído en la corteza de la canela (Cinammomum verum), contra el SARS-CoV-2, tanto en células infectadas, como en modelos in vivo, encontrando que inhiben la replicación viral por penetración en la cápside del virus o interfiriendo en el funcionamiento de la hemaglutinina, proteína esencial en el mecanismo de penetración del virus hacia las células pulmonares.5 Dichos compuestos químicos, son tan potentes que demostraron la inhibición del virus a concentraciones entre 3.3 y 10 micro molar convirtiéndose en eficaces agentes anti SARS-CoV-2.6

 

Objetivo

Objetivo

Extraer los aceites esenciales anetol, eucaliptol y cinamaldehído a partir de anís, eucalipto y canela.

Elaborar un gel antiviral a partir de los aceites esenciales obtenidos.

Justificación

Justificación

El presente trabajo se enfoca en el aprovechamiento de las plantas medicinales, que poseen ciertos aceites esenciales, los cuales han sido evaluados en reportes recientes como agentes anti SARS-Cov-2 y que pueden ser extraídos con facilidad mediante destilación por arrastre de vapor. Ello con el objetivo de aprovechar los recursos naturales y disminuir el costo que implicaría poder comprarlos de manera industrial, con lo cual, le damos una orientación sustentable para su composición. Debido a la situación pandémica presente, es necesaria la preservación de la salud en materia de prevención, como lo hemos realizado desde hace más de año y medio, por ello hemos decidido incorporar estos aceites esenciales como parte de un gel de uso escolar, en donde el alcohol no sería el único agente activo, la cual,  convertiría nuestro producto en antiviral, ello en fundamento a los reportes más recientes sobre la actividad anti SARS-Cov-2 de los mismos. Por ello, consideramos que nuestro trabajo de investigación, así como experimental nos permitirá el desarrollo de un producto sustentable, para la prevención de posibles infecciones virales gracias a la incorporación en el mismo de los aceites esenciales anetol, eucaliptol y cinamaldehído.

Hipótesis

Hipótesis

El aislamiento de aceites esenciales con previos reportes como agentes antivirales incorporados en una formulación para gel de uso escolar, presentará actividad SARS-CoV-2.

Método (materiales y procedimiento)

Método

El material vegetal (anís, eucalipto y canela), fue adquirido en el Mercado de Sonora de la Ciudad de México.

Fragmentación del material vegetal: Las tres muestras vegetales fueron fragmentadas (figura 1) hasta reducir su tamaño, con la finalidad de romper células en donde se encuentran contenidos los aceites esenciales y realizar una extracción de los mismos con mayor eficiencia.

Figura 1. Fragmentación del material vegetal (Canela y eucalipto). El anís no requirió fragmentación.

   

Extracción de aceites esenciales: Para la extracción de cada uno de los aceites, utilizamos un equipo de destilación por arrastre de vapor como el que se muestra en la figura 2. El equipo está formado por un matraz balón de 250 mL, un matraz de 750 mL con tres bocas, conexión de tubo de vidrio, refrigerante con boquillas esmeriladas, sistema de reflujo con agua helada, dos parrillas de calentamiento y tapones de nitrilo.

Figura 2. Equipo para destilación por arrastre de vapor.

En el primer matraz se colocó agua destilada dentro de un baño de aceite a 150 oC. En el segundo matraz de tres bocas, se colocó el material vegetal fragmentado y humedecido con agua destilada. Este matraz con el material vegetal se puso en un baño maría a calentamiento constante (figura 3).

Figura 3. Anís humedecido dentro del matraz de 3 bocas en baño maría.

Se mantuvo el calentamiento sobre el matraz con agua, para producir vapor y arrastrar los aceites esenciales del material vegetal de forma gaseosa y condensarlos en el refrigerante enfriado mediante un sistema de recirculación con agua helada.

El mismo procedimiento de destilación por arrastre de vapor fue utilizado para cada una de las muestras de material vegetal, hasta la obtención de entre 15 a 20 mL de aceites esenciales combinados con agua del vapor (figura 4).

Figura 4. Anetol, eucaliptol y cinamaldehído obtenidos mediante la destilación por arrastre de vapor.

Identificación de los aceites esenciales: Una vez obtenidos los aceites esenciales, se extrajeron con 10 mL de éter etílico para retirar el agua capturada en el proceso de destilación. Los aceites esenciales libres de agua, los comparamos con sus respectivas referencias proporcionadas por el Instituto de Química de la UNAM, mediante cromatografía en capa fina, con el objetivo de corroborar que sus factores de retención coincidieran según el tipo de aceite esencial. Como puede observarse en la figura 5, los tres aceites correspondieron a sus referencias en la placa cromatográfica.

Figura 5. Cromatografía en capa fina, se compara el aceite obtenido con la referencia pura (Ctrl).

Preparación de gel base: Se realizó un primer ensayo de elaboración de gel, utilizando una disolución etanólica en agua al 70%, glicerina como humectante, trietanolamina y carbómero-110 como agente gelificante. Para este primer ensayo usamos la proporción que se indica en la Tabla 1 y se realizó la incorporación de los ingredientes de manera mecánica, mediante agitadores de vidrio.

Relación para 1000 mL de gel
Ingrediente Cantidad
Agua 260 g
Etanol (70%) 730 g
Glicerina 4 g
Trietanolamina 6 g
Carbómero-110 2 g

Tabla 1. Proporciones para la preparación de gel (Ensayo 1).

 

Preparación de gel con aceites esenciales anti SARS-CoV-2: El segundo ensayo de preparación del gel, incluimos los aceites esenciales, dejándolos en una proporción del 3% del contenido total del gel. Usamos las proporciones que se indican en la tabla 2.

Relación para 1000 mL de gel
Ingrediente Cantidad
Anetol 10 mL
Eucaliptol 10 mL
Cinamaldehído 10 mL
Agua 255 mL
Etanol (70%) 700 mL
Glicerina 7 mL
Trietanolamina 8 mL
Carbómero-110 2.5 g

Tabla 2. Proporciones utilizadas en mL para la elaboración del gel antiviral.

 

Este segundo proceso lo realizamos mediante una parrilla con agitación magnética y en un vaso de precipitados de 1000 mL equipado con una barra magnética. El sistema se puso en agitación constante, y se procedió a agregar el carbómero-110 mediante un proceso de tamizado con ayuda de un colador convencional (figura 6).

Figura 6. Sistema con agitación magnética y adición de carbómero-110 tamizado.

 

Una vez preparada la disolución acuosa con el carbómero, adicionamos la glicerina hasta su completa disolución. El siguiente paso fue la adición de los aceites esenciales diluidos previamente en 5 mL de etanol al 70% y posteriormente se adicionó el etanol restante manteniendo la agitación vigorosa del sistema acuoso. Finalmente se incorporó la trietanolamina para concluir el proceso de gelificación (figura 7). Antes de la gelificación completa, se vertió el gel dentro de los recipientes contenedores y fue etiquetado con nuestro nombre designado al proyecto (GEAlesito).

Figura 7. Envasado del gel, antes del proceso de gelificación completo.

 

 

 

 

Galería Método

Resultados

Resultados

Los resultados en nuestro presente trabajo fueron los siguientes:

Se obtuvieron 20 mililitros de cada unos de los aceites esenciales planteados (anetol, eucaliptol y cinamaldehído).

Identificación de los tres aceites esenciales mediante cromatografía en capa fina.

En el primer ensayo reparamos un gel base sin aceites esenciales.

En el segundo ensayo obtuvimos un el gel antiviral (GEAlesito) con los aceites esenciales incorporados (anetol, eucaliptol y cinamaldehído).

Galería Resultados

Discusión

Discusión

Las circunstancias actuales que atravesamos debido a la pandemia por SARS-CoV-2, nos mantiene en una alerta constante en materia de cuidado y prevención de la salud, por lo que es de suma importancia contar con los elementos que nos ayuden en la medida de lo posible a preservar nuestra integridad. En el marco de la importancia de dicha situación, se resalta el uso de las plantas medicinales como tradición ancestral para el combate a diversas enfermedades causadas por bacterias, hongos o inclusive virus, siendo esta alterativa un método económico y práctico para acceder a diversas sustancias con las actividades farmacológicas mencionadas. Los aceites esenciales como se ha citado, pueden estar dentro de mezclas o como sustancias puras, tal es el caso del anetol, eucaliptol o cinamaldehído extraídos en el presente proyecto y los cuales, cuentan con los reportes científicos suficientes como potentes agentes anti-SARS-CoV-2. Dentro de nuestra labor, pudimos extraer los tres aceites esenciales y corroborar su presencia en las muestras obtenidas, mediante la destilación por arrastre de vapor, un método económico, fácil y sustentable para conseguir estos componentes. Gracias a esta metodología se pudieron obtener en la cantidad suficiente para formar parte de un gel con actividad antiviral. Debido a que dichos aceites funcionan en el rango de 3.3 y 10 micromolar, consideramos que un 3% de su presencia dentro de nuestro gel, es más que suficiente para poder eliminar a los virus como se ha mencionado, ya que pueden intervenir en la replicación del mismo, o de manera más específica inhibir componentes como la hemaglutinina o incluso por sus características oleosas, penetrar fácilmente la cápside e intervenir en los mecanismos replicativos.

La formulación de nuestro gel, en el primer ensayo, funcionó de manera perfecta, ya que gelificó correctamente y se tornó cristalino al final del proceso, sin embargo, la sensación pegajosa al inicio de la aplicación, se debió a la falta de humectación en el mismo, lo cual, fue resuelto en el siguiente procedimiento. En el segundo ensayo de preparación del gel, se ajustaron las cantidades utilizadas en el primer paso, ya que se incluyeron los aceites esenciales en este paso y observamos que era mejor adicionarlos disueltos previamente en el etanol previamente preparado al 70%. La gelificación obtenida con el carbómero-110 fue la deseada, obteniendo el producto esperado, sin embargo, el aspecto cristalino del primer ensayo, no se logró, en donde suponemos que interfirieron los aceites esenciales, ya que principalmente el cinamaldehído presentaba una coloración intensa.

Nuestro producto final fue etiquetado bajo la denominación GEAlesito y fue evaluado dentro de la comunidad escolar, no presentando ningún efecto nocivo sobre la piel de las personas que nos apoyaron en la evaluación. Así mismo, fue corregido el problema de humectación con la adición de mayor cantidad de glicerina y ajustando la proporción de la misma. El aspecto final del gel, es amarillo pálido con un olor predominante a canela intensa (figura 8).

Figura 8. Presentación final de nuestro gel antiviral GEAlesito.

Conclusiones

Se lograron aislar e identificar el anetol, eucaliptol y cinamaldehído a partir del anís, eucalipto y canela, mediante destilación por arrastre de vapor.

Se realizó con éxito la preparación de un gel para uso escolar, incorporando aceites esenciales con actividad anti-SARS-CoV-2.

No se presentó ningún tipo de reacción alérgica indeseada en la piel de las manos, en quienes se aplicaron las pruebas.

Bibliografía

  1. WHO. Novel Coronavirus–China. 2020. https://www.who.int/csr/don/12- january-2020-novel-coronavirus-china/en/. Accessed 1 Feb 2020.
  2. F. Jamshidi-Kia, Z. Lorigooini, H. Amini-Khoei, Medicinal plants: past history and future perspective, J. herbmed pharmacol. 7 (1) (2018).
  3. S. Mathur, C. Hoskins, Drug development: lessons from nature, Biomed. Rep. 6 (6) (2017 Jun 1) 612–614.
  4. A. Allahverdiyev, N. Duran, M. Ozguven, andS. Koltas, Antiviral activity of the volatile oils of Melissa officinalis L. against Herpessimplexvirustype-2, Phytomedicine 11 (7–8) (2004) 657–661.
  5. M.W. Jackwood, R. Rosenbloom, M. Petteruti, D.A. Hilt, A.W. McCall, S. M. Williams, Avian coronavirus infectious bronchitis virus susceptibility to botanical oleoresins and essential oils in vitro and in vivo, Virus Res. 149 (2010) 86–94.
  6. C.C. Wen, Y.H. Kuo, J.T. Jan, P.H. Liang, S.Y. Wang, H.G. Liu, et al., Specific plant terpenoids and lignoids possess potent antiviral activities against severe acute respiratory syndrome coronavirus, J. Med. Chem. 50 (2007) 4087–4095.


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Summary

Research Question

Problem approach

Background

Objective

Justification

Hypothesis

Method (materials and procedure)

Results

Discussion

Conclusions

Bibliography