Utilizzando una tecnologia "gut-on-chip" altamente avanzata, hanno dimostrato che i prodotti di fermentazione degli HMO hanno reso il rivestimento dell'intestino meno "permeabile". Una barriera intestinale che perde è stata collegata a condizioni intestinali come la celiachia, Morbo di Crohn, e sindrome dell'intestino irritabile, nonché una serie di condizioni che colpiscono il resto del corpo.
Questo studio fornisce prove scientifiche che gli HMO possono essere utilizzati per sviluppare strategie per contrastare queste condizioni e migliorare la salute dell'intestino negli adulti.
Gli oligosaccaridi del latte umano (HMO) sono zuccheri complessi indigeribili naturalmente presenti nel latte materno. Sono particolarmente interessanti per la loro quantità e diversità strutturale, che è alla base di molteplici benefici benefici per la salute dei bambini.
Sono ben noti per il loro effetto prebiotico nei neonati, dove servono come cibo per i batteri intestinali, soprattutto bifidobatteri. Il predominio di questi batteri intestinali nell'intestino garantisce un microbiota intestinale sano e riduce il rischio di pericolose infezioni intestinali nei neonati.
Oltre al loro ruolo benefico dimostrato nella salute dei bambini, un recente studio clinico ha mostrato che due HMO specifici, 2'-O-fucosillattosio (2'FL) e/o latto-N-neotetraosio (LNnT), sono sicuri e ben tollerati negli adulti e sono modulatori del microbiota intestinale adulto con aumento dei bifidobatteri.
Ciò suggerisce che l'integrazione di HMO può essere una valida strategia per modulare la salute negli adulti. Però, l'impatto degli HMO sulla funzione della barriera intestinale è stato ampiamente sottovalutato.
Per affrontare questo, è stata instaurata una collaborazione tra l'Istituto Quadram, un centro di ricerca alimentare e sanitaria nel Norwich Research Park, UK, e Glicom, un'azienda biotecnologica con sede in Danimarca e fornitore leader mondiale di HMO.
Il loro studio, pubblicato sulla rivista Nutrienti , è stato in parte finanziato dal Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC).
Un simulatore dell'ecosistema microbico intestinale umano (SHIME®) è stato utilizzato per determinare l'influenza degli HMO sulla composizione e sulla funzione del microbiota intestinale adulto.
Questi esperimenti sono stati eseguiti presso ProDigest, una società spin-off del Centro di ecologia e tecnologia microbica (CMET), con sede presso l'Università di Gand in Belgio.
I risultati hanno mostrato che la fermentazione di 2'FL, LNnT e loro combinazioni hanno portato ad un aumento dei bifidobatteri, accompagnato da un aumento degli acidi grassi a catena corta.
Il team della prof.ssa Nathalie Juge del Quadram Institute ha quindi utilizzato i prodotti di questa fermentazione per studiare l'influenza degli HMO fermentati sulla funzione di barriera intestinale delle linee cellulari e sui modelli avanzati gut-on-chip.
Le cellule Caco2 sono una linea di cellule originariamente derivate dall'intestino umano e ampiamente utilizzate nella ricerca, con una loro disposizione in un singolo strato che è un modello stabilito per studiare l'intestino e la sua permeabilità.
È stata osservata una significativa riduzione della permeabilità utilizzando monostrati di cellule Caco2 con HMO fermentati, accompagnato da un aumento di proteine specifiche note per aiutare a mantenere l'integrità della barriera, proteine a giunzione stretta e citochine.
Sebbene questi risultati siano promettenti, devono ancora essere tradotti in ricerca sull'uomo ma studiare le interazioni a livello cellulare all'interno dell'intestino è molto difficile.
Per valutare la traduzione dei risultati negli esseri umani, il team ha utilizzato modelli avanzati in vitro dell'intestino crasso umano sviluppati da Emulate Inc, una società di biotecnologie con sede a Boston, STATI UNITI D'AMERICA. Sono specializzati nella tecnologia Organs-on-Chips, una tecnologia basata su cellule umane che ricrea la funzione a livello di organo per modellare organi in stati sani e malati.
L'Intestine-Chip è una piattaforma micro-ingegnerizzata che consente la co-coltura di cellule epiteliali che compongono il rivestimento intestinale con cellule endoteliali microvascolari tessuto-specifiche in condizioni microfluidiche. Questa metodologia sperimentata da Emulate ricrea il microambiente cellulare, comprese le interfacce tessuto-tessuto, flusso mediatico, e forze meccaniche, come il flusso e l'allungamento.
Attraverso un conto di mobilità dei talenti flessibile BBSRC assegnato alla dott.ssa Tanja Suligoj nel Juge Lab, un sistema gut-on-chip è stato istituito nel Quadram Institute per supportare gli studi traslazionali dell'intestino.
In collaborazione con il Norwich Research Park (NRP) Biorepository e il Norfolk and Norwich University Hospital (NNUH), biopsie intestinali umane da sani, adulti consenzienti sono stati utilizzati per generare organoidi. Gli organoidi sono gruppi di cellule auto-organizzati che crescono per replicare i tessuti degli organi - in questo caso il prossimale, regioni trasversali e distali del colon.
Questi sono stati poi seminati su chip per generare Colon Intestine-Chips che sono stati coltivati in condizioni microfluidiche per ricreare la struttura e la funzione dell'epitelio intestinale. Utilizzando questo sistema, hanno mostrato un aumento significativo di alcune proteine a giunzione stretta in tutti e tre i gut-on-chips dopo il trattamento con 2-'FL fermentato.
Presi insieme, questi dati hanno mostrato che oltre a supportare la crescita dei bifidobatteri e un microbiota sano, Gli HMO hanno la capacità di modulare la funzione immunitaria e la barriera intestinale, sostenere il potenziale degli HMO di fornire benefici per la salute negli adulti.
Gli HMO vengono utilizzati per migliorare la salute dei neonati, come integratori nel latte artificiale, ma questo lavoro mostra la potenziale applicazione per gli adulti, in particolare per quelli con disturbi legati all'intestino permeabile, come IBS.
Sono necessarie ulteriori ricerche, in particolare nelle persone con la condizione che vogliamo trattare, ma questo studio evidenzia anche il potenziale della piattaforma gut-on-chip come modello fisiologico, sulla base di biopsie umane, per ottenere intuizioni meccanicistiche sulla funzione della barriera intestinale".
Nathalie Juge, Professore, Istituto Quadram
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