Grote moleculen uit voedingsvezels, polymeren genoemd, kan de omgeving in de dunne darm fysiek beïnvloeden door vaste deeltjes te laten groeperen (of aggregeren), volgens onderzoek gepubliceerd in eLife .

De studie, uitgevoerd bij muizen, geeft nieuw inzicht in hoe verschillende soorten vaste deeltjes in de dunne darm worden aangetroffen, waaronder microben, celresten, deeltjes voor medicijnafgifte, en voedselkorrels - bewegen samen door de darm. Dit is belangrijk omdat de grootte en samenstelling van dergelijke aggregaten mogelijk de darmomgeving kunnen beïnvloeden, inclusief hoe voedingsstoffen en medicijndeeltjes worden geabsorbeerd tijdens de spijsvertering.

"Wanneer deeltjes in de darm aggregaten vormen, kan dit de opname van medicijnen en voedingsstoffen beïnvloeden, evenals de functie van micro-organismen in de darm. Maar er is weinig bekend over hoe deze aggregaten zich vormen, " zegt eerste auteur Asher Preska Steinberg, een afgestudeerde student scheikunde aan het California Institute of Technology, Pasadena, ONS.

Een diversiteit aan polymeren bestaat van nature in de darm; ze omvatten secreties (zoals mucinen en immunoglobulinen) en voedingspolymeren, inclusief voedingsvezels. Het is algemeen bekend dat door de gastheer uitgescheiden polymeren de aggregatie van microben kunnen veroorzaken door chemische binding. Echter, dit nieuwe werk laat zien dat polymeren uit voedingsvezels ook aggregatie kunnen veroorzaken door fysieke interacties die afhankelijk zijn van de fysieke eigenschappen van de polymeren, zoals hun molecuulgewicht en concentratie, in plaats van chemische interacties.

"We denken vaak aan voedingsvezels in de context van voeding en het voeden van onze darmmicroben, maar zoals alle polymeren, ze worden ook beheerst door de wetten van de polymeerfysica. We wilden onderzoeken of fysieke krachten die door deze polymeren worden geïnduceerd een rol spelen bij het structureren van deeltjes in de dunne darm, " legt Preska Steinberg uit.

Om dit te doen, het team bestudeerde eerst de interacties tussen polystyreendeeltjes die dicht waren bedekt met polyethyleenglycol (PEG), en de inhoud van de dunne darm van de muis. PEG-coating is eerder gebruikt om chemische interacties tussen deeltjes en biopolymeren te minimaliseren, waardoor het team zich kan concentreren op de rol van fysieke interacties. Ze ontdekten voor het eerst dat de PEG-gecoate deeltjes, die vaak worden gebruikt bij het toedienen van medicijnen, groep samen als aggregaten in de dunne darm vloeistof.

Analyse van de vloeistof onthulde later dat polymeren inderdaad bijdragen aan de aggregatie van PEG-gecoate deeltjes, en dat de mate van aggregatie afhangt van de concentratie en het molecuulgewicht van de polymeren.

Het team voerde vervolgens tests uit met immunoglobulinen en een mucine, genaamd MUC2, op PEG-gecoate deeltjes. Ze ontdekten dat hoewel MUC2 een rol kan spelen bij de aggregatie van PEG-gecoate deeltjes, het was niet vereist om aggregatie te laten plaatsvinden.

"In plaats daarvan, onze resultaten suggereerden dat aggregatie kan worden gecontroleerd met behulp van polymeren van vezels die de muizen aten, " zegt senior auteur Rustem Ismagilov, Ethel Wilson Bowles en Robert Bowles hoogleraar scheikunde en chemische technologie aan het California Institute of Technology. "Bovendien, deze aggregatie is afstembaar. Door de muizen voedingsvezels met verschillende molecuulgewichten te geven, we ontdekten dat we de aggregatie in hun darmvloeistof konden beheersen."

"Deze voorheen ondergewaardeerde rol van voedingsvezelpolymeren kan ook voorkomen bij de aggregatie van andere deeltjes in de darm, en het zal belangrijk voor ons zijn om dit verder te onderzoeken, ’, besluit Ismagilov.