El método de extracción asistida por ultrasonido (UAE) fue optimizado para extraer compuestos bioactivos de tejidos. Se investigaron el tiempo de extracción, la relación sólido-líquido (/) y el porcentaje de etanol utilizando un diseño rotacional compuesto central y metodología de superficie de respuesta (RSM). La actividad antioxidante (DPPH) y el contenido fenólico total (TPC) sirvieron como variables de respuesta. Se obtuvieron las condiciones de extracción más eficientes para las hojas (64.88% de etanol, 26.07 min, 6.23% /; R = 0.93) y ramas delgadas (73.81% de etanol, 31.34 min, 11% /; R = 0.74). Para las ramas gruesas, no se obtuvo un modelo predictivo significativo, y los puntos óptimos se definieron en función de los mejores resultados observados de TPC y DPPH (50% de etanol, 35 min, 11% /). Los extractos optimizados fueron analizados mediante cromatografía líquida-espectrometría de masas en tándem asociada con redes moleculares, búsqueda en la biblioteca GNPS (Red Social de Productos Naturales Global) y herramientas de aprendizaje automático. El perfil metabolómico indicó que las hojas contenían principalmente alcaloides (46.34%), aminoácidos y péptidos (19.51%), y derivados de shikimato y fenilpropanoides (12.20%). Las ramas delgadas mostraron predominancia de alcaloides (35.97%), aminoácidos y péptidos (20.86%), y carbohidratos (12.23%), mientras que las ramas gruesas contenían alcaloides (46.34%), aminoácidos y péptidos (25.00%), y ácidos grasos (14.26%). Además, los extractos mostraron una actividad citotóxica significativa contra líneas celulares de cáncer de AGP-01 (ascitis gástrica maligna), AHOL (glioblastoma humano) y A549 (cáncer de pulmón) con valores de IC50 inferiores a 50 g/mL.