MIT-ingenjörer har utvecklat ett sätt att kapsla in näringsämnen i en biokompatibel polymer, vilket gör det lättare att använda dem för att berika livsmedel. Kredit:Second Bay Studios
Ny strategi för att inkapsla näringsämnen gör det lättare att berika livsmedel med järn och vitamin A.
Cirka 2 miljarder människor runt om i världen lider av brist på viktiga mikronäringsämnen som järn och vitamin A. Två miljoner barn dör av dessa brister varje år, och människor som inte får i sig tillräckligt av dessa näringsämnen kan utveckla blindhet, anemi och kognitiva försämringar .
MIT-forskare har nu utvecklat ett nytt sätt att berika baslivsmedel med dessa mikronäringsämnen genom att kapsla in dem i en biokompatibel polymer som förhindrar att näringsämnena bryts ned under lagring eller tillagning. I en liten klinisk prövning visade de att kvinnor som åt bröd berikat med inkapslat järn kunde absorbera järn från maten.
"Vi är verkligen glada över att vårt team har kunnat utveckla detta unika näringstillförselsystem som har potentialen att hjälpa miljarder människor i utvecklingsvärlden, och tagit det hela vägen från början till kliniska prövningar på människor", säger Robert Langer , David H. Koch Institute Professor vid MIT och medlem av MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research.
Forskarna hoppas nu kunna genomföra kliniska prövningar i utvecklingsländer där brister på mikronäringsämnen är vanliga.
Langer och Ana Jaklenec, en forskare vid Koch Institute, är seniorförfattarna till studien, som visas idag (13 november 2019) i Science Translational Medicine . Tidningens huvudförfattare är tidigare MIT postdocs Aaron Anselmo och Xian Xu, och ETH Zürich doktorand Simone Buerkli.
Skydda näringsämnen
Brist på vitamin A är världens främsta orsak till blindhet som kan förebyggas, och det kan också försämra immuniteten, vilket gör barn mer mottagliga för sjukdomar som mässling. Järnbrist kan leda till anemi och även försämra kognitiv utveckling hos barn, vilket bidrar till en "cykel av fattigdom", säger Jaklenec.
"Dessa barn klarar sig inte bra i skolan på grund av sin dåliga hälsa, och när de växer upp kan de ha svårt att hitta ett jobb, så deras barn lever också i fattigdom och ofta utan tillgång till utbildning", säger hon.
MIT-teamet, finansierat av Bill och Melinda Gates Foundation, satte sig för att utveckla ny teknik som kan hjälpa till med ansträngningar att berika livsmedel med viktiga mikronäringsämnen. Förstärkning har tidigare visat sig vara framgångsrik med jodiserat salt, till exempel, och erbjuder ett sätt att införliva näringsämnen på ett sätt som inte kräver att människor ändrar sina matvanor.
"Vad som har visat sig vara effektivt för att berika mat är basföda, något som finns i hushållet och människor använder varje dag", säger Jaklenec. "Alla äter salt eller mjöl, så du behöver inte ändra någonting i deras vardagliga metoder."
Men att bara lägga till vitamin A eller järn till maten fungerar inte bra. Vitamin A är mycket känsligt för värme och kan brytas ned under tillagning, och järn kan binda till andra molekyler i maten, vilket ger maten en metallisk smak. För att övervinna det, försökte MIT-teamet hitta ett sätt att kapsla in mikronäringsämnen i ett material som skulle skydda dem från att brytas ned eller interagera med andra molekyler, och sedan släppa dem efter att ha konsumerats.
Forskarna testade cirka 50 olika polymerer och slog sig ner på en känd som BMC. Denna polymer används för närvarande i kosttillskott, och i USA klassificeras den som "allmänt betraktad som säker."
Med denna polymer visade forskarna att de kunde kapsla in 11 olika mikronäringsämnen, inklusive zink, vitamin B2, niacin, biotin och vitamin C, samt järn och vitamin A. De visade också att de kunde kapsla in kombinationer av upp till fyra av mikronäringsämnena tillsammans.
Tester i labbet visade att de inkapslade mikronäringsämnena var oskadda efter att ha kokats i två timmar. Inkapslingen skyddade även näringsämnen från ultraviolett ljus och från oxiderande kemikalier, såsom polyfenoler, som finns i frukt och grönsaker. När partiklarna exponerades för mycket sura förhållanden (pH 1,5, typiskt för pH i magen) blir polymeren löslig och mikronäringsämnena frigjordes.
I tester på möss visade forskarna att partiklar bröts ner i magen, som förväntat, och lasten färdades till tunntarmen, där den kan absorberas.
Iron boost
Efter de framgångsrika djurförsöken bestämde sig forskarna för att testa de inkapslade mikronäringsämnena i människor. Rättegången leddes av Michael Zimmerman, en professor i hälsovetenskap och teknik vid ETH Zürich som studerar kost och livsmedelsförstärkning.
I sitt första försök införlivade forskarna inkapslat järnsulfat i majsgröt, en majshärledd produkt som är vanlig i utvecklingsländerna, och blandade majsen med en grönsakssås. I den första studien fann de att människor som åt den berikade majsen - kvinnliga universitetsstudenter i Schweiz, av vilka de flesta var anemiska - inte absorberade så mycket järn som forskarna hoppades att de skulle göra. Mängden järn som absorberades var lite mindre än hälften av vad som absorberades av försökspersoner som konsumerade järnsulfat som inte var inkapslat.
Efter det beslutade forskarna att omformulera partiklarna och fann att om de ökade andelen järnsulfat i partiklarna från 3 procent till cirka 18 procent, kunde de uppnå järnabsorptionshastigheter som är mycket lik procentandelen för oinkapslat järnsulfat. I det andra försöket, som också genomfördes vid ETH, blandade de det inkapslade järnet till mjöl och använde det sedan för att baka bröd.
"Omformulering av mikropartiklarna var möjlig eftersom vår plattform var inställbar och mottaglig för storskaliga tillverkningsmetoder," säger Anselmo. "Detta gjorde det möjligt för oss att förbättra vår formulering baserat på feedbacken från den första försöket."
Nästa steg, säger Jaklenec, är att prova en liknande studie i ett land där många människor upplever brist på mikronäringsämnen. Forskarna arbetar nu med att få regulatoriskt godkännande från Joint Food and Agriculture Organization/World Health Organization Expert Committee on Food Additives. De arbetar också med att identifiera andra livsmedel som skulle vara användbara att berika, och med att skala upp sin tillverkningsprocess så att de kan producera stora mängder av de pulveriserade mikronäringsämnena.
###
Referens:"En värmestabil mikropartikelplattform för oral leverans av mikronäringsämnen" av 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 och Ana Jaklenec, 13 november 2019, Science Translational Medicine .
DOI:10.1126/scitranslmed.aaw3680
Andra författare till tidningen är 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 och Diego Moretti.
