EXPLORING THE ANTI-INFLAMMATORY POTENTIAL OF ANTHOCYANIN-RICH CROPS

Anthocyanins (ACNs) are a class of purple-red pigments belonging to the flavonoid family largely present in the human diet. Their consumption is correlated to a lower risk of developing chronic diseases thanks to their ability to modulate several pathways, first and foremost inflammation. Being unhealthy diet one of the major, but most preventable, risk factors of inflammatory-related chronic diseases, there is a growing interest in developing and studying plant-based foods enriched in health-promoting phytonutrients, with a focus on climate change resilience and sustainability. We previously demonstrated that the consumption of an ACN-rich diet from purple corn protected mice from doxorubicin (DOX)-induced cardiotoxicity compared to mice consuming an ACN-free yellow diet. ACNs improved the short-/mid-term survival, but not the long-term one, probably due to their low bioavailability limiting the dose reaching the heart. Thus, besides investigating the molecular mechanisms involved, we aimed at finding a strategy to improve ACN bioavailability and bioactivity through nano-encapsulation of purple corn cob extract. In terms of circular economy, we developed nanoparticles of starch or zein (ZnNPs), both extractable from maize, and recently described in a paper (Massironi et al., 2025). Interestingly, ACNs loaded in ZnNPs were able to protect DOX-insulted HL-1 cardiomyocytes as a 12.5-fold higher dose of free ACNs. However, in an in vitro model of intestinal absorption based on Caco-2 cells, the main ACN of purple corn, cyanidin 3-glucoside (C3G), was maintained in the apical compartment at 80% when provided encapsulated, suggesting a possible increase in ACN stability and/or a delay in their release. Nonetheless, encapsulated ACNs showed a stronger anti-inflammatory effect against intestinal inflammation compared to free ACNs, thus suggesting a potential use of ACN loaded ZnNPs against inflammatory bowel diseases (IBDs). In parallel, we investigated the anti-inflammatory potential of extracts from three potato varieties from upland cultivation, which may represent a resilient source of beneficial phytonutrients. When provided at plasma-relevant doses, only the carotenoid-rich Desirée and the ACN-rich Bleuet varieties where able to counteract LPS-induced inflammation in THP-1 macrophages, whereas chlorogenic acid (CGA)-rich Kennebec showed an anti-inflammatory activity only at supraphysiological doses. We also observed that the high CGA in Bleuet extract interfered with ACN anti-inflammatory activity, since the isolated ACN fraction from Bleuet exhibited stronger anti-inflammatory effects than the whole Bleuet extract and the addition of CGA to the ACN fraction significantly reduced its anti-inflammatory effect, probably competing for the same membrane transporters. This could indicate a new starting point to develop/select ACN-rich varieties with a lower content of CGA, eventually representing a novel functional food. This work resulted in a recently published paper (Toccaceli et al., 2025).

Le antocianine (ACNs) sono una classe di pigmenti rosso-viola appartenenti alla famiglia dei flavonoidi e ampiamente presenti nella dieta umana. Il loro consumo è correlato con un minor rischio di patologie cronico-degenerative grazie alla loro capacità di regolare diversi pathway, primo tra tutti l’infiammazione. Poiché una dieta non equilibrata, povera di frutta e verdura, rappresenta uno dei maggiori fattori di rischio di patologie infiammatorie croniche, seppur uno dei più prevenibili, la comunità scientifica sta mostrando sempre più interesse nello sviluppo e nello studio di cibi vegetali arricchiti in fitocomposti benefici, con un occhio di riguardo per la resilienza al cambiamento climatico e alla sostenibilità. Il nostro gruppo di ricerca ha precedentemente dimostrato che topi che consumavano una dieta a base di mais rosso ricca di ACNs, erano protetti dalla cardiotossicità indotta dal chemioterapico doxorubicina (DOX) rispetto a topi nutriti con una dieta a base di mais giallo priva di ACNs. Le ACNs miglioravano la sopravvivenza nel breve-/medio-termine, ma non quella nel lungo termine, probabilmente a causa della bassa biodisponibilità di questi composti che ne limita la dose attiva in grado di raggiungere il cuore. Per questo motivo, oltre a studiare i meccanismi molecolari alla base della cardioprotezione, il nostro scopo è stato quello di trovare una strategia per migliorare la biodisponibilità e la bioattività delle ACNs mediante nano-incapsulamento dell’estratto di tutoli di mais rosso. In termini di economia circolare, abbiamo sviluppato nanoparticelle di amido o zeina (ZnNPs), entrambi estraibili dal mais, che abbiamo descritto in un articolo recentemente pubblicato (Massironi et al., 2025). Le ACNs incapsulate in ZnNPs sono state in grado di proteggere cardiomiociti HL-1 trattati con DOX con la stessa efficacia ottenuta con una dose 12.5 volte maggiore di ACNs libere. In un modello in vitro di assorbimento intestinale basato su cellule Caco-2, però, la principale ACN del mais rosso, cianidina 3-glucoside (C3G), si manteneva nel comparto apicale intorno all’80% quando fornita incapsulata, suggerendo un possibile miglioramento della sua stabilità e/o un ritardo nel rilascio. In effetti, le ACNs incapsulate hanno mostrato anche un maggior effetto anti-infiammatorio nei confronti dell’infiammazione intestinale in cellule Caco-2 rispetto alle ACNs libere, suggerendo una potenziale applicazione preventiva/terapeutica nei confronti delle malattie infiammatorie intestinali (IBDs). Parallelamente, abbiamo analizzato il potenziale anti-infiammatorio di estratti da tre varietà di patate coltivate in altura che potrebbero rappresentare una fonte resiliente e sostenibile di fitocomposti bioattivi. Quando fornite a concentrazioni plasmatiche, gli estratti ottenuti dalle varietà Desirée ricca in carotenoidi e Bleuet ricca in ACNs sono stati in grado di contrastare l’infiammazione indotta da LPS in macrofagi THP-1, mentre l’estratto della varietà Kennebec ricca in acido clorogenico (CGA) si è mostrato efficace solo a concentrazioni sovrafisiologiche. Abbiamo anche osservato che gli elevati livelli di CGA presenti nell’estratto Bleuet interferiscono con l’attività anti-infiammatoria delle ACNs, in quanto la frazione di ACNs isolata da Bleuet era molto più anti-infiammatoria dell’estratto Bleuet intero e, inoltre, l’aggiunta di CGA alla frazione di ACNs riduceva in maniera significativa il loro effetto anti-infiammatorio, probabilmente a causa della competizione per gli stessi trasportatori di membrana. Questo potrebbe suggerire un nuovo punto di partenza per selezionare o sviluppare nuove varietà di patate ricche di ACNs ma con un ridotto contenuto di CGA, che possano rappresentare un nuovo cibo funzionale. Questo lavoro ha portato alla stesura di un articolo di recente pubblicazione (Toccaceli et al., 2025).