Grape Stem Extracts from Vitis vinifera cv. Areni Noir and cv. Rkatsiteli: Rkatsiteli Shows Stronger Antiproliferative Activity and Drives BCL-2/p53-Mediated Apoptosis in MCF-7 Breast Cancer Cells

Elk jaar creëert de wijnmakerij een enorme hoeveelheid restmateriaal. Voor elke ton druiven die wordt verwerkt, eindigt ongeveer een derde als afval, bestaande uit voornamelijk zaden, schillen en stengels. In Armenië, waar de wijnmakerij een diepgewortelde traditie is, blijft dit bijproduct vaak ongebruikt liggen, wat een risico vormt voor de bodem en het water. Toch schuilt er binnen deze weggegooide materie een verborgen potentieel. Wetenschappers weten al lang dat druiven krachtige natuurlijke stoffen bevatten die polyfenolen worden genoemd. Deze verbindingen werken als antioxidanten, die helpen bij het neutraliseren van schadelijke moleculen in het lichaam, en ze hebben veelbelovend gebleken bij het vertragen van de groei van kankercellen. De uitdaging is geweest om uit te zoeken welke specifieke druivenrassen de meest nuttige verbindingen bevatten en hoe die chemicaliën daadwerkelijk werken binnen een levende cel.

Een team van onderzoekers in Armenië besloot twee specifieke druivenrassen te onderzoeken die in hun land worden verbouwd: de rode Areni Noir en de witte Rkatsiteli. Ze richtten hun studie op de stengels, de houtachtige delen van de wijnstok die meestal na de oogst worden weggegooid. Het doel was om te zien of extracten van deze stengels de groei van borstkankercellen konden stoften, en zo ja, om het biologische mechanisme daarachter te begrijpen. Ze werkten met een specifieke lijn van borstkankercellen, bekend als MCF-7, wat een standaardmodel is dat in laboratoria wordt gebruikt om te bestuderen hoe potentiële behandelingen de tumorgroei beïnvloeden. De onderzoekers waren bijzonder geïnteresseerd in twee belangrijke eiwitten binnen de cellen: één die werkt als een rem om de cel dood te laten gaan, en een andere die werkt als een sensor om celdood te triggeren wanneer de cel onder stress staat. Door de twee druivenrassen te vergelijken, hoopten ze een natuurlijke bron te vinden die het evenwicht kon doen doorslaan naar het vernietigen van kankercellen.

De wetenschappers begonnen met het maken van vloeibare extracten van de gedroogde stengels van beide druivensoorten met behulp van een mengsel van water en alcohol. Vervolgens analyseerden ze de chemische samenstelling van deze vloeistoffen om te zien wat ze bevatten. De resultaten toonden aan dat beide extracten rijk waren aan een divers scala aan natuurlijke verbindingen, inclusief diverse zuren en flavonoïden. De twee variëteiten waren echter niet identiek. De stengels van de Rkatsiteli bleken bijzonder rijk aan een groep verbindingen genaamd flavan-3-olen, terwijl de Areni Noir-stengels hogere concentraties van een specifiek zuur bevatten dat bekend staat als galluszuur. Ondanks deze verschillen in hun chemische recepten, toonden beide extracten een vergelijkbaar vermogen om als antioxidant te fungる in een reageerbuis, wat betekent dat ze even goed waren in het neutraliseren van vrije radicalen in een eenvoudige chemische reactie.

Toen de onderzoekers deze extracten testten op de borstkankercellen, kwam er een duidelijk verschil aan het licht. Hoewel beide extracten de groei van de cellen vertraagden, was het extract van de Rkatsiteli-stengels aanzienlijk effectiever. Het verminderde het aantal levende kankercellen meer dan het Areni Noir-extract deed. Vanwege deze sterkere prestatie koos het team ervoor om hun diepere onderzoek te richten op het Rkatsiteli-extract om precies te begrijpen hoe het werkte. Ze observeerden dat het extract de cellen niet simpelweg onmiddellijk vergiftigde; in plaats daarvan fungeerde het meer als een traag werkend middel dat het vermogen van de cellen om zich over tijd te vermenigvuldigen, verstoorde.

Om het mechanisme te ontdekken, bekeken het team de interne omgeving van de cellen. Ze ontdekten dat het Rkatsiteli-extract een gecontroleerde toename van oxidatieve stress veroorzaakte, een toestand waarin de cel meer reactieve moleculen produceert dan normaal. Als reactie hierop versterkten de cellen hun eigen verdedigingssystemen, specifiek door de activiteit van een enzym genaamd superoxide dismutase te verhogen. Deze reactie suggereerde dat het extract de cellen niet alleen willekeurig beschadigde, maar een specifieke stressrespons triggerde. Belangrijker nog, de onderzoekers onderzochten de eiwitten die bepalen of een cel leeft of sterft. Ze ontdekten dat het extract de niveaus van een eiwit dat kankercellen normaal gesproken beschermt tegen de dood drastisch verminderde, terwijl het tegelijkertijd de niveaus van een eiwit verhoogde dat de cel signaleert om zichzelf te vernietigen. Deze verschuiving in het evenwicht tussen overlevings- en doodssignalen is een kenmerk van een proces dat apoptose wordt genoemd, waarbij een cel geprogrammeerd is om zichzelf uit te schakelen.

Om te zien of deze natuurlijke verbindingen fysiek konden interageren met de eiwitten die ze viseren, gebruikten de onderzoekers computersimulaties. Ze modelleerden hoe de belangrijkste chemische stoffen in de druivenstengels in de moleculaire structuren van de overlevings- en doodssignalerende eiwitten zouden passen. De simulaties identificeerden drie specifieke verbindingen — twee uit de druivenstengels en één die ermee gerelateerd is — die een sterk vermogen vertoonden om aan deze doelwitteiwitten te binden. Eén hiervan, een verbinding genaamd oleanolzuur, viel op omdat het een sterke bindingscapaciteit combineerde met een profiel dat suggereerde dat het veilig en stabiel zou zijn in het lichaam. Een andere, genaamd polydatin, toonde ook veelbelovende resultaten. Deze bevindingen ondersteunen het idee dat de mix van chemicaliën in het druivenstengelextract werkt door meerdere doelen tegelijk aan te vallen, in plaats van slechts één.

De studie concludeert dat de stengels van de Rkatsiteli-druif, een bijproduct dat vaak ongebruikt blijft bij de wijnproductie, een waardevolle bron zijn van natuurlijke verbindingen die in staat zijn om de groei van borstkankercellen te verstoren. Het onderzoek suggereert dat deze stengels werken door de eigen interne signalen van de cel te activeren om te stoppen met delen en te beginnen met sterven, een proces dat wordt gedreven door een specifieke verschuiving in de eiwitten die de celoverleving reguleren. Hoewel de bevindingen momenteel beperkt zijn tot laboratoriumexperimenten en computermodellen, benadrukken ze het potentieel om landbouwafval om te zetten in een bron van nieuwe, natuurlijke medicijnen. De auteurs merken op dat er verdere arbeid nodig is om de exacte verbindingen die verantwoordelijk zijn te isoleren en om ze in levende organismen te testen, maar de resultaten bieden een dwingende reden om nauwer te kijken naar wat er achterblijft nadat de wijn is gemaakt.