O gênero Mikania é um dos mais representativos da família Asteraceae com cerca de 450 espécies, sendo este contemplado recentemente com estudos filogenéticos porém um estudo quimiotaxonômico abrangente ainda não foi reportado para o gênero. Além disso algumas espécies são usadas indistintamente na medicina popular, sendo conhecidas como guaco, sendo as mais comuns M. glomerata e M. laevigata. Devido a grande semelhança morfológica dessas duas espécies estas têm sido usadas com frequência uma em substituição da outra, além do fitoterápico a base de guaco estar envolvido em um cenário com divergências regulatórias e apresentar falta de parâmetros adequados para seu controle de qualidade. O estudo metabolômico não direcionado de cerca de cem espécies de Mikania foi realizado usando-se LC-MS, GC-MS e RMN de 1H como técnicas analíticas ortogonais para oferecer uma proposta de classificação quimiotaxonômica para o gênero e um suporte ao controle de qualidade de fitoterápicos a base de guaco e das matérias-prima vegetais. Um método analítico seletivo foi densenvolvido por LC-UV-MS usando ferramentas de Quality-by-Design (QbD) e validado para quantificação por LC-UV dos ácidos cinamoilgrandiflórico, benzoilgrandiflórico e caurenóico (ACIN, ACAU, ABEN), cumarina (CUM), siringaldeído (SIR) e ácido 2-hidroxicinâmico (AHC) em M. glomerata e M. laevigata. Este método foi usado para a aquisição da impressão digital metabólica nos estudos metabolômicos não direcionados por LC-MS assim como nos estudos direcionados por LC-UV o qual contribuiu para validação dos estudos metabolômico não direcionados. O protocolo para os estudos metabolômicos foi desenhado avaliando-se os riscos envolvido em cada uma das etapas sendo estabelecidos critérios de aceitação e protocolos para validação de cada uma delas, sendo de extrema importância para garantir a confiabilidade e robustez dos resultados. Planejamento fatorial foi usado como estratégia para otimização da extração de metabólitos para a análise por LC-MS e otimização da extração e derivatização dos metabólitos para a análise por GC-MS. O pré-processamento dos dados brutos foi validado usando-se amostras controle de qualidade associado a análises por PCA e HCA, sendo a matriz validada de dados obtida pela fusão dos dados de LC-MS, GC-MS e RMN de 1H submetida a análise estatística multivariada como HCA e OPLS-DA resultando em uma proposta de classificação quimiotaxonômica para o gênero Mikania. Quatro grupos foram observados refletindo em partes os estudos filogenéticos, sendo 12 metabólitos evidenciados como discriminantes, revelando a importância dos diterpenos e lactonas sesquitepênicas como possíveis classificadores quimiotaxonômicos do gênero. A estratégia de combinar diferentes técnicas analíticas nos estudos metabolômicos do gênero Mikania demonstrou ser uma ferramenta muito poderosa e valiosa para fornecer informação complementar e ortogonal entre as técnicas, podendo uma técnica cobrir as limitações da outra contribuindo para o acesso de uma visão abrangente do conteúdo metabólico das espécies de Mikania e aplicação na classificação quimiotaxonômica, assim como evidenciar possíveis parâmetros de controle de qualidade alternativos para as matérias-primas vegetais e fitoterápicos que contêm espécies medicinais do gênero Mikania.

The genus Mikania is one of the most representative from Asteraceae family comprising about 450 species. Phylogenetic studies on the genera have been recently reported however a broad chemotaxonomic studies have not been reported so far. Many Mikania species are used in the popular medicine known as guaco, being the most common M. glomerata and M. laevigata and due to their high morphological similarity, they have been very often mislabeled becoming an issue on herbal medicines production and safe plant-based raw material intake. Moreover there are regulatory divergences related to the guaco herbal medicine production and lack of suitable parameters for its quality control. Untargeted metabolomics studies based on orthogonal techniques UHPLC-MS, GC-MS and NMR 1H were conducted on about one hundred Mikania species in order to provide a chemotaxonomic classification proposal for the genus and supporting information for the quality control of guaco herbal medicines. A selective analytical method was developed based on Analytical Quality-by-design (AQbD) approach and validated for the quantitation of six substances: cinnamoylgrandifloric acid (ACIN) bezoylgrandifloric acid (ABEN), kaurenoic acid (ACAU), coumarin (CUM), syringaldeyde (SIR) and 2-hydroxycinnamic acid (AHC) in M.glomerata and M. laevigata. This method was used to carry out the untargeted metabolomics studies by LC-MS as well as targeted metabolomics studies by LC-UV, which successfully contributed for the untargeted metabolomics studies validation. An overall protocol for the metabolomics studies was designed based on a risk-assessment approach contributing for the acceptance criteria establishment in order to validate each step involved in the metabolomics pipeline, representing an essential strategy in order to assure the trustability and robustness of the outcomes. Factorial design was used as strategy for metabolites extraction optimization for the LC-MS analysis and metabolites extraction and derivatization optimization for GC-MS analysis. The raw data preprocessing was validated using quality control samples in addition to PCA and HCA, being the validated matrix of fused LC-MS, GC-MS and NMR 1H data further analyzed by HCA and OPLS-DA, resulting in a chemotaxonomic classification proposal for the Mikania genus. Four main groups were observed reflecting the phylogenetic studies in some extent, being 12 metabolites highlighted as discriminants demonstrating the importance of diterpenes and sesquiterpene lactones as possible chemotaxonomic classifiers for Mikania genus. The strategy of combining different analytical techniques in the metabolomic studies showed to be a powerful and valuable tool in order to provide complementary and orthogonal information. In order words, analytical limitation presented by one of the techniques could be covered by another orthogonal technique contributing to the access of a global overview of the metabolic content of Mikania species. Thus, metabolomics studies could be applied on the chemotaxonomic classification and reveal alternative methods for guaco herbal medicine and botanical materials quality control.