Les ingénieurs du MIT ont développé un moyen d'encapsuler les nutriments dans un polymère biocompatible, ce qui facilite leur utilisation pour fortifier les aliments. Crédit :Second Bay Studios
Une nouvelle stratégie d'encapsulation des nutriments facilite l'enrichissement des aliments en fer et en vitamine A.
Environ 2 milliards de personnes dans le monde souffrent de carences en micronutriments essentiels tels que le fer et la vitamine A. Deux millions d'enfants meurent de ces carences chaque année, et les personnes qui ne consomment pas suffisamment de ces nutriments peuvent développer la cécité, l'anémie et des troubles cognitifs. .
Les chercheurs du MIT ont maintenant développé une nouvelle façon d'enrichir les aliments de base avec ces micronutriments en les encapsulant dans un polymère biocompatible qui empêche la dégradation des nutriments pendant le stockage ou la cuisson. Dans un petit essai clinique, ils ont montré que les femmes qui mangeaient du pain enrichi de fer encapsulé étaient capables d'absorber le fer de la nourriture.
"Nous sommes vraiment ravis que notre équipe ait pu développer ce système unique d'apport de nutriments qui a le potentiel d'aider des milliards de personnes dans le monde en développement, et l'a mené de sa conception jusqu'aux essais cliniques sur l'homme", déclare Robert Langer. , professeur de l'Institut David H. Koch au MIT et membre de l'Institut Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer.
Les chercheurs espèrent maintenant mener des essais cliniques dans les pays en développement où les carences en micronutriments sont courantes.
Langer et Ana Jaklenec, chercheuse à l'Institut Koch, sont les auteurs principaux de l'étude, qui paraît aujourd'hui (13 novembre 2019) dans Science Translational Medicine . Les auteurs principaux de l'article sont les anciens post-doctorants du MIT Aaron Anselmo et Xian Xu, et l'étudiante diplômée de l'ETH Zurich Simone Buerkli.
Protéger les nutriments
Le manque de vitamine A est la principale cause mondiale de cécité évitable, et il peut également altérer l'immunité, rendant les enfants plus sensibles aux maladies telles que la rougeole. La carence en fer peut entraîner une anémie et entrave également le développement cognitif chez les enfants, contribuant ainsi à un "cycle de pauvreté", explique Jaklenec.
"Ces enfants ne réussissent pas bien à l'école en raison de leur mauvaise santé, et lorsqu'ils grandissent, ils peuvent avoir des difficultés à trouver un emploi, de sorte que leurs enfants vivent également dans la pauvreté et souvent sans accès à l'éducation", dit-elle.
L'équipe du MIT, financée par la Fondation Bill et Melinda Gates, a entrepris de développer une nouvelle technologie qui pourrait contribuer aux efforts d'enrichissement des aliments en micronutriments essentiels. L'enrichissement s'est avéré efficace dans le passé avec du sel iodé, par exemple, et offre un moyen d'incorporer des nutriments d'une manière qui n'oblige pas les gens à changer leurs habitudes alimentaires.
"Ce qui s'est avéré efficace pour l'enrichissement des aliments, ce sont les aliments de base, quelque chose qui se trouve dans le ménage et que les gens utilisent tous les jours", déclare Jaklenec. "Tout le monde mange du sel ou de la farine, vous n'avez donc rien à changer dans leurs habitudes quotidiennes."
Cependant, le simple fait d'ajouter de la vitamine A ou du fer aux aliments ne fonctionne pas bien. La vitamine A est très sensible à la chaleur et peut être dégradée pendant la cuisson, et le fer peut se lier à d'autres molécules dans les aliments, donnant aux aliments un goût métallique. Pour surmonter cela, l'équipe du MIT a cherché un moyen d'encapsuler les micronutriments dans un matériau qui les empêcherait d'être décomposés ou d'interagir avec d'autres molécules, puis de les libérer après avoir été consommés.
Les chercheurs ont testé environ 50 polymères différents et se sont installés sur celui connu sous le nom de BMC. Ce polymère est actuellement utilisé dans les compléments alimentaires et aux États-Unis, il est classé comme "généralement considéré comme sûr".
En utilisant ce polymère, les chercheurs ont montré qu'ils pouvaient encapsuler 11 micronutriments différents, dont le zinc, la vitamine B2, la niacine, la biotine et la vitamine C, ainsi que le fer et la vitamine A. Ils ont également démontré qu'ils pouvaient encapsuler des combinaisons allant jusqu'à quatre de les micronutriments ensemble.
Des tests en laboratoire ont montré que les micronutriments encapsulés étaient sains et saufs après avoir été bouillis pendant deux heures. L'encapsulation a également protégé les nutriments de la lumière ultraviolette et des produits chimiques oxydants, tels que les polyphénols, présents dans les fruits et légumes. Lorsque les particules ont été exposées à des conditions très acides (pH 1,5, typique du pH dans l'estomac), le polymère est devenu soluble et les micronutriments ont été libérés.
Lors de tests sur des souris, les chercheurs ont montré que les particules se décomposaient dans l'estomac, comme prévu, et que la cargaison se rendait dans l'intestin grêle, où elle pouvait être absorbée.
Boost de fer
Après le succès des tests sur les animaux, les chercheurs ont décidé de tester les micronutriments encapsulés sur des sujets humains. L'essai a été dirigé par Michael Zimmerman, professeur de sciences et technologies de la santé à l'ETH Zurich, qui étudie la nutrition et l'enrichissement des aliments.
Dans leur premier essai, les chercheurs ont incorporé du sulfate de fer encapsulé dans de la bouillie de maïs, un produit dérivé du maïs courant dans les pays en développement, et ont mélangé le maïs avec une sauce végétale. Dans cette première étude, ils ont découvert que les personnes qui mangeaient du maïs enrichi - des étudiantes universitaires en Suisse, dont la plupart étaient anémiques - n'absorbaient pas autant de fer que les chercheurs l'espéraient. La quantité de fer absorbée était un peu moins de la moitié de celle absorbée par les sujets qui consommaient du sulfate de fer non encapsulé.
Après cela, les chercheurs ont décidé de reformuler les particules et ont découvert que s'ils augmentaient le pourcentage de sulfate de fer dans les particules de 3% à environ 18%, ils pourraient atteindre des taux d'absorption du fer très similaires au pourcentage de sulfate de fer non encapsulé. Dans ce deuxième essai, également mené à l'ETH, ils ont mélangé le fer encapsulé dans de la farine, puis l'ont utilisé pour faire du pain.
"La reformulation des microparticules a été possible parce que notre plate-forme était réglable et se prêtait à des approches de fabrication à grande échelle", explique Anselmo. "Cela nous a permis d'améliorer notre formulation sur la base des retours d'expérience du premier essai."
La prochaine étape, dit Jaklenec, est d'essayer une étude similaire dans un pays où de nombreuses personnes souffrent de carences en micronutriments. Les chercheurs travaillent actuellement à l'obtention de l'approbation réglementaire du Comité mixte d'experts de l'Organisation des Nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture/Organisation mondiale de la santé sur les additifs alimentaires. Ils travaillent également à l'identification d'autres aliments qu'il serait utile d'enrichir et à l'intensification de leur processus de fabrication afin de pouvoir produire de grandes quantités de micronutriments en poudre.
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Référence :"Une plate-forme de microparticules thermostables pour l'administration orale de micronutriments" par Aaron C. Anselmo, Xian Xu, Simone Buerkli, Yingying Zeng, Wen Tang, Kevin J. McHugh, Adam M. Behrens, Evan Rosenberg, Aranda R. Duan, James L. Sugarman, Jia Zhuang, Joe Collins, Xueguang Lu, Tyler Graf, Stephany Y. Tzeng, Sviatlana Rose, Sarah Acolatse, Thanh D. Nguyen, Xiao Le, Ana Sofia Guerra, Lisa E. Freed, Shelley B. Weinstock, Christopher B. Sears, Boris Nikolic, Lowell Wood, Philip A. Welkhoff, James D. Oxley, Diego Moretti, Michael B. Zimmermann, Robert Langer et Ana Jaklenec, 13 novembre 2019, Médecine translationnelle scientifique .
DOI :10.1126/scitranslmed.aaw3680
Les autres auteurs de l'article sont Yingying Zeng, Wen Tang, Kevin McHugh, Adam Behrens, Evan Rosenberg, Aranda Duan, James Sugarman, Jia Zhuang, Joe Collins, Xueguang Lu, Tyler Graf, Stephany Tzeng, Sviatlana Rose, Sarah Acolatse, Thanh Nguyen , Xiao Le, Ana Sofia Guerra, Lisa Freed, Shelley Weinstock, Christopher Sears, Boris Nikolic, Lowell Wood, Philip Welkhoff, James Oxley et Diego Moretti.
