Gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un modo per incapsulare i nutrienti in un polimero biocompatibile, rendendo più facile il loro utilizzo per fortificare gli alimenti. Credito:Second Bay Studios
La nuova strategia per incapsulare i nutrienti rende più facile fortificare gli alimenti con ferro e vitamina A.
Circa 2 miliardi di persone in tutto il mondo soffrono di carenze di micronutrienti chiave come ferro e vitamina A. Due milioni di bambini muoiono a causa di queste carenze ogni anno e le persone che non ne assumono abbastanza possono sviluppare cecità, anemia e disturbi cognitivi .
I ricercatori del MIT hanno ora sviluppato un nuovo modo per fortificare gli alimenti base con questi micronutrienti incapsulandoli in un polimero biocompatibile che impedisce che i nutrienti vengano degradati durante la conservazione o la cottura. In un piccolo studio clinico, hanno dimostrato che le donne che mangiavano pane fortificato con ferro incapsulato erano in grado di assorbire il ferro dal cibo.
"Siamo davvero entusiasti che il nostro team sia stato in grado di sviluppare questo esclusivo sistema di somministrazione di nutrienti che ha il potenziale per aiutare miliardi di persone nei paesi in via di sviluppo e lo ha portato dall'inizio alle sperimentazioni cliniche sull'uomo", afferma Robert Langer , il David H. Koch Institute Professor al MIT e un membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.
I ricercatori ora sperano di condurre studi clinici nei paesi in via di sviluppo dove le carenze di micronutrienti sono comuni.
Langer e Ana Jaklenec, ricercatrice presso il Koch Institute, sono gli autori senior dello studio, che appare oggi (13 novembre 2019) in Science Translational Medicine . Gli autori principali del documento sono gli ex postdoc del MIT Aaron Anselmo e Xian Xu e lo studente laureato all'ETH di Zurigo Simone Buerkli.
Nutrimenti protettivi
La carenza di vitamina A è la principale causa mondiale di cecità prevenibile e può anche compromettere l'immunità, rendendo i bambini più suscettibili a malattie come il morbillo. La carenza di ferro può portare all'anemia e compromettere anche lo sviluppo cognitivo nei bambini, contribuendo a un "ciclo di povertà", afferma Jaklenec.
"Questi bambini non vanno bene a scuola a causa delle loro cattive condizioni di salute e quando crescono possono avere difficoltà a trovare un lavoro, quindi anche i loro figli vivono in povertà e spesso senza accesso all'istruzione", dice.
Il team del MIT, finanziato dalla Bill and Melinda Gates Foundation, ha deciso di sviluppare una nuova tecnologia che potrebbe aiutare con gli sforzi per fortificare gli alimenti con micronutrienti essenziali. La fortificazione ha avuto successo in passato con il sale iodato, ad esempio, e offre un modo per incorporare i nutrienti in un modo che non richiede alle persone di cambiare le proprie abitudini alimentari.
"Ciò che ha dimostrato di essere efficace per la fortificazione del cibo sono gli alimenti di base, qualcosa che è in casa e le persone usano ogni giorno", afferma Jaklenec. "Tutti mangiano sale o farina, quindi non devi cambiare nulla nelle loro pratiche quotidiane."
Tuttavia, la semplice aggiunta di vitamina A o ferro agli alimenti non funziona bene. La vitamina A è molto sensibile al calore e può essere degradata durante la cottura e il ferro può legarsi ad altre molecole negli alimenti, conferendo al cibo un sapore metallico. Per ovviare a ciò, il team del MIT ha deciso di trovare un modo per incapsulare i micronutrienti in un materiale che li proteggesse dalla scomposizione o dall'interazione con altre molecole, e quindi rilasciarli dopo essere stati consumati.
I ricercatori hanno testato circa 50 diversi polimeri e hanno optato per uno noto come BMC. Questo polimero è attualmente utilizzato negli integratori alimentari e negli Stati Uniti è classificato come "generalmente considerato sicuro".
Usando questo polimero, i ricercatori hanno dimostrato che potrebbero incapsulare 11 diversi micronutrienti, tra cui zinco, vitamina B2, niacina, biotina e vitamina C, oltre a ferro e vitamina A. Hanno anche dimostrato che potrebbero incapsulare combinazioni fino a quattro di i micronutrienti insieme.
I test in laboratorio hanno mostrato che i micronutrienti incapsulati erano illesi dopo essere stati bolliti per due ore. L'incapsulamento proteggeva anche i nutrienti dalla luce ultravioletta e dalle sostanze chimiche ossidanti, come i polifenoli, presenti nella frutta e nella verdura. Quando le particelle sono state esposte a condizioni molto acide (pH 1,5, tipico del pH dello stomaco), il polimero diventa solubile e si liberano i micronutrienti.
Nei test sui topi, i ricercatori hanno dimostrato che le particelle si rompono nello stomaco, come previsto, e il carico viaggia verso l'intestino tenue, dove può essere assorbito.
Potenziamento di ferro
Dopo il successo dei test sugli animali, i ricercatori hanno deciso di testare i micronutrienti incapsulati in soggetti umani. Il processo è stato condotto da Michael Zimmerman, professore di scienze della salute e tecnologia all'ETH di Zurigo che studia nutrizione e fortificazione alimentare.
Nella loro prima prova, i ricercatori hanno incorporato solfato di ferro incapsulato nel porridge di mais, un prodotto derivato dal mais comune nei paesi in via di sviluppo, e hanno mescolato il mais con una salsa vegetale. In quello studio iniziale, hanno scoperto che le persone che mangiavano il mais fortificato - studentesse universitarie in Svizzera, la maggior parte delle quali erano anemiche - non assorbivano tanto ferro quanto speravano i ricercatori. La quantità di ferro assorbita era poco meno della metà di quella assorbita dai soggetti che consumavano solfato di ferro non incapsulato.
Successivamente, i ricercatori hanno deciso di riformulare le particelle e hanno scoperto che se aumentassero la percentuale di solfato di ferro nelle particelle dal 3% a circa il 18%, potrebbero raggiungere tassi di assorbimento del ferro molto simili alla percentuale del solfato di ferro non incapsulato. In quella seconda prova, condotta sempre all'ETH, hanno mescolato il ferro incapsulato nella farina e poi l'hanno usata per cuocere il pane.
"La riformulazione delle microparticelle è stata possibile perché la nostra piattaforma era sintonizzabile e suscettibile di approcci di produzione su larga scala", afferma Anselmo. "Questo ci ha permesso di migliorare la nostra formulazione sulla base del feedback della prima prova."
Il passo successivo, dice Jaklenec, è provare uno studio simile in un paese in cui molte persone sperimentano carenze di micronutrienti. I ricercatori stanno ora lavorando per ottenere l'approvazione normativa dal Comitato congiunto di esperti sugli additivi alimentari dell'Organizzazione per l'alimentazione e dell'agricoltura e dell'Organizzazione mondiale della sanità. Stanno anche lavorando per identificare altri alimenti che sarebbero utili per fortificare e per aumentare il loro processo di produzione in modo che possano produrre grandi quantità di micronutrienti in polvere.
###
Riferimento:"Una piattaforma di microparticelle termostabile per la somministrazione orale di micronutrienti" di 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 e Ana Jaklenec, 13 novembre 2019, Medicina traslazionale scientifica .
DOI:10.1126/scitranslmed.aaw3680
Altri autori dell'articolo sono 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 e Diego Moretti.
