Tillskott av bröstmjölksoligosackarider kan hjälpa till att förbättra tarmhälsan hos vuxna

Tillskott av bröstmjölksoligosackarider (HMO), sockerarter som finns i bröstmjölk, kan hjälpa till att förbättra människors tarmhälsa, enligt ny forskning som utförts vid Quadram Institute.

Med hjälp av mycket avancerad "gut-on-chip" -teknologi, de visade att jäsningsprodukter från HMO:er gjorde tarmfodret mindre "läckande". En läckande tarmbarriär har kopplats till tarmsjukdomar som celiaki, Crohns sjukdom, och irritabelt tarmsyndrom samt en rad tillstånd som påverkar resten av kroppen.

Denna studie ger vetenskapligt bevis på att HMO kan användas för att utveckla strategier för att motverka dessa tillstånd och förbättra tarmhälsan hos vuxna.

Bröstmjölksoligosackarider (HMO) är komplexa osmältbara sockerarter som naturligt finns i bröstmjölk. De är särskilt intressanta på grund av deras kvantitet och strukturella mångfald, som ligger till grund för flera fördelaktiga fördelar för hälsobabbarna.

De är kända för sin prebiotiska effekt hos spädbarn, där de fungerar som mat för tarmbakterier, särskilt bifidobakterier. Dessa tarmbakteriers dominans i tarmen säkerställer en sund tarmmikrobiota och minskar risken för farliga tarminfektioner hos spädbarn.

Förutom deras visade fördelaktiga roll för spädbarnshälsan, en ny klinisk prövning visade att två specifika HMO, 2'-O-fukosyllaktos (2'FL) och/eller lakto-N-neotetraos (LNnT), är säkra och tolereras väl hos vuxna och är modulatorer av den vuxna tarmmikrobioten med en ökning av bifidobakterier.

Detta tyder på att HMO -tillskott kan vara en värdefull strategi för att modulera hälsa hos vuxna. Dock, HMO:s inverkan på tarmbarriärfunktionen har i stort sett underexplorerats.

För att ta itu med detta, ett samarbete upprättades mellan Quadram Institute, ett livsmedels- och hälsoforskningscenter på Norwich Research Park, STORBRITANNIEN, och Glycom, ett danskbaserat bioteknikföretag och världens ledande leverantör av HMO.

Deras studie, publicerad i tidningen Näringsämnen , finansierades delvis av Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC).

En simulator av det mänskliga tarmmikrobiella ekosystemet (SHIME®) användes för att bestämma HMO:s påverkan på den vuxna tarmmikrobiotkompositionen och funktionen.

Dessa experiment utfördes på ProDigest, ett avknoppningsföretag från Center of Microbial Ecology and Technology (CMET), ligger vid Ghent University i Belgien.

Resultaten visade att jäsning av 2'FL, LNnT och kombinationer därav ledde till en ökning av bifidobakterier, åtföljs av en ökning av kortkedjiga fettsyror.

Professor Nathalie Juges team i Quadram Institute använde sedan produkterna från denna jäsning för att studera påverkan av fermenterade HMO på tarmbarriärfunktionen hos cellinjer och avancerade gut-on-chip-modeller.

Caco2 -celler är en cellrad som ursprungligen härstammar från människans tarm och används flitigt i forskning, med ett arrangemang av dem i ett enda lager som en etablerad modell för att studera tarmen och dess permeabilitet.

En signifikant minskning av permeabilitet observerades med användning av Caco2 -cellmonoskikt med fermenterade HMO, åtföljd av en ökning av specifika proteiner som är kända för att upprätthålla barriärintegritet, täta korsningsproteiner och cytokiner.

Även om dessa resultat är lovande, de behöver fortfarande översättas till forskning hos människor men att studera interaktionerna på cellnivå i tarmen är mycket svårt.

För att bedöma översättningen av resultaten till människor, laget använde avancerade in vitro -modeller av den mänskliga tjocktarmen som utvecklats av Emulate Inc, ett bioteknikföretag baserat i Boston, USA. De är specialiserade på Organs-on-Chips-teknik-en mänsklig cellbaserad teknik som återskapar funktion på organnivå för att modellera organ i friska och sjuka tillstånd.

Intestine-Chip är en mikrokonstruerad plattform som möjliggör samodling av epitelceller som utgör tarmfodret med vävnadsspecifika mikrovaskulära endotelceller under mikrofluidiska förhållanden. Denna metod som utvecklats av Emulate återskapar den cellulära mikromiljön, inklusive gränssnitt mellan vävnad och vävnad, medieflöde, och mekaniska krafter, som flöde och stretch.

Genom ett BBSRC -flexibelt talangmobilitetskonto som tilldelats Dr Tanja Suligoj i Juge Lab, ett gut-on-chip-system har etablerats i Quadram Institute för att stödja translationella studier av tarmen.

I samarbete med Norwich Research Park (NRP) Biorepository och Norfolk and Norwich University Hospital (NNUH), tarmbiopsier från friska, samtyckande vuxna användes för att generera organoider. Organoider är självorganiserade kluster av celler som växer för att replikera vävnader av organ - i detta fall den proximala, tvärgående och distala områden i tjocktarmen.

Dessa såddes sedan på chips för att generera tjocktarmskanaler som odlades under mikrofluidiska förhållanden för att återskapa strukturen och funktionen av tarmepitelet. Med hjälp av detta system, de visade en signifikant ökning av vissa tight-junction-proteiner över alla tre gut-on-chips efter behandling med fermenterad 2-'FL.

Tagen tillsammans, dessa data visade att förutom att stödja bifidobakteriell tillväxt och en hälsosam mikrobiota, HMO har förmågan att modulera immunfunktionen och tarmbarriären, stödja HMO:s potential att ge hälsofördelar hos vuxna.

HMO används för att förbättra hälsan hos spädbarn, som tillskott i formelmjölk, men detta arbete visar den potentiella applikationen för vuxna, särskilt för personer med störningar kopplade till läckande tarm, som IBS.

Mer forskning behövs, särskilt hos personer med det tillstånd vi vill behandla, men denna studie belyser också potentialen för tarm-på-chip-plattformen som en fysiologisk modell, baserat på mänskliga biopsier, för att få mekanistisk insikt i tarmbarriärfunktionen. "

Nathalie Juge, Proffesor, Quadram Institute

• RUDN-genetiker hittar ett bifidobakteriellt protein som kan minska inflammation vid COVID-19
• Studie visar bristande kunskap om koloskopi bland högriskpatienter