Store molekyler fra kostfibre kan ændre tarmmiljøet gennem fysiske kræfter

Store molekyler fra kostfibre, kaldet polymerer, kan fysisk påvirke miljøet i tyndtarmen ved at få faste partikler til at gruppere sig (eller aggregere), ifølge forskning offentliggjort i eLife .

Studiet, udført i mus, giver ny indsigt i, hvordan forskellige typer faste partikler findes i tyndtarmen – inklusive mikrober, celleaffald, partikler til medicinafgivelse, og madgranulat – bevæger sig sammen gennem tarmen. Dette er vigtigt, fordi størrelsen og sammensætningen af ​​sådanne aggregater potentielt kan påvirke tarmmiljøet, herunder hvordan næringsstoffer og lægemiddelpartikler optages under fordøjelsen.

"Når partikler i tarmen danner aggregater, kan det påvirke optagelsen af ​​lægemidler og næringsstoffer, samt mikroorganismers funktion i tarmen. Men lidt er forstået om, hvordan disse aggregater dannes, " siger førsteforfatter Asher Preska Steinberg, en kandidatstuderende i kemi ved California Institute of Technology, Pasadena, OS.

En mangfoldighed af polymerer findes naturligt i tarmen; de omfatter sekreter (såsom muciner og immunglobuliner) og diætpolymerer, herunder kostfibre. Det er velkendt, at værtsudskilte polymerer kan forårsage aggregering af mikrober gennem kemisk binding. Imidlertid, dette nye arbejde viser, at polymerer fra kostfibre også kan forårsage aggregering gennem fysiske interaktioner, der er afhængige af polymerernes fysiske egenskaber, såsom deres molekylvægt og koncentration, i stedet for kemiske interaktioner.

"Vi tænker ofte på kostfibre i forbindelse med ernæring og fodring af vores tarmmikrober, men som alle polymerer, de er også styret af polymerfysikkens love. Vi ønskede at undersøge, om fysiske kræfter induceret af disse polymerer spiller en rolle i at strukturere partikler i tyndtarmen, " forklarer Preska Steinberg.

At gøre dette, holdet undersøgte først interaktionerne mellem polystyrenpartikler, der var tæt belagt med polyethylenglycol (PEG), og indholdet af musens tyndtarm. PEG-coating er tidligere blevet brugt til at minimere kemiske interaktioner mellem partikler og biopolymerer, giver teamet mulighed for at fokusere på rollen som fysiske interaktioner. De opdagede først, at de PEG-belagte partikler, som er almindeligt anvendt til medicinafgivelse, grupperes som aggregater i tyndtarmsvæsken.

Analyse af væsken viste senere, at polymerer faktisk bidrager til aggregeringen af ​​PEG-coatede partikler, og at graden af ​​aggregering afhænger af polymerernes koncentration og molekylvægt.

Holdet udførte derefter test med immunglobuliner og et mucin, kaldet MUC2, på PEG-coatede partikler. De fandt ud af, at selvom MUC2 kan spille en rolle i aggregeringen af ​​PEG-coatede partikler, det var ikke nødvendigt for at aggregering kunne finde sted.

"I stedet, vores resultater tydede på, at aggregering kan kontrolleres ved hjælp af polymerer fra fibre, som musene spiste, " siger seniorforfatter Rustem Ismagilov, Ethel Wilson Bowles og Robert Bowles professor i kemi og kemiteknik ved California Institute of Technology. "Hvad mere er, denne aggregering er tunbar. Ved at fodre musene med kostfibre af forskellig molekylvægt, vi fandt ud af, at vi var i stand til at kontrollere aggregering i deres tarmvæske."

"Denne tidligere undervurderede rolle af kostfiberpolymerer kan også forekomme i sammenlægningen af ​​andre partikler i tarmen, og det vil være vigtigt for os at undersøge dette nærmere, " slutter Ismagilov.