En stabil isotopstudie for å evaluere biotilgjengeligheten til et havreproteinbasert jernleveringssystem

Jernmangel (Fe) er den vanligste næringsmangelen på verdensbasis (1). Alternative løsninger er nødvendig for bedre absorpsjon på grunn av ulemper som er forbundet med gastrointestinale bivirkninger fra Fe-salttilskudd (2). I tillegg er Fe vanskelig å tilsette som forsterker til matvarer på grunn av de organoleptiske endringene som det forårsaker (3, 4). Å redusere partikkelstørrelsen til jernsalter forbedrer deres absorpsjon, og Fe-forbindelser av submikronstørrelse er en lovende løsning i matmatriser (5-7), selv om deres tendens til å oksidere og raskt aggregere i løsning begrenser bruken av dem i forsterkning (8, 9) .

En ny β-laktoglobulin (BLG) fibriller-Fe-forbindelse for bruk i Fe-befestning ble utviklet av Shen et al. fra melkeproteiner, og det er rapportert om dets evaluering i både in vitro-fordøyelse og in vivo (rotte) biotilgjengelighetsstudier (9). Det ble observert at materialets reduserende effekt, kolloidale stabilitet, forbedret sensorisk ytelse og høy biotilgjengelighet, noe som gjør det lovende for ernæringsmessige anvendelser (9).

I den nåværende studien brukes en lignende strategi for å isolere amyloidfibriller fra en vegansk og mer bærekraftig kilde, nemlig havreprotein. Den reduserende evnen til amyloidfibriller på Fe-saltet - FeCl3 i nærvær av natriumaskorbat (SA) eller natriumhydroksid (NaOH), begge matreagenser, har vist dannelsen av en blanding av Fe2+ og Fe3+-partikler uten observert aggregering (upubliserte data, Mezzenga Lab, ETH). En tidligere menneskelig studie utført av Baumgartner et al. viste at Fe3+-ioner fra submikronstørrelse jernfosfat hadde en lignende fraksjonert Fe-absorpsjon (FIA) sammenlignet med jernsulfat (FeSO4), gjeldende standard for omsorg (10). Amyloidfibrillsystemer av melkeprotein som effektive bærere for jernbefestning. Evalueringen in vitro fordøyelse og in vivo biotilgjengelighet viste at β-laktoglobulin (β-lg) fibriller av melkeprotein forsvant 4 timer etter å ha gitt dette amyloidrike tilskuddet i tarmkanalen umiddelbart. Videre viste hjerneseksjonen til musene supplert med β-lg amyloid fibril ingen amyloidpest etter 1 måneds fôring. (Mezzenga & Zhou et al, innsendt manuskript). β-laktoglobulin (β-lg) fibriller og plantebasert havre deler samme struktur i amyloidet av melkeprotein. (11) Fra disse resultatene er fibriller av havre forstått å være trygge for ernæring.

I tillegg har en fersk studie av Zhou et al. viste muligheten for å produsere amyloidfibriller fra havre i full analogi med de som ble oppnådd av BLG (11). I den nåværende studien vil OAT-fibrillen - Fe SA (Fe-havre 1) og OAT-fibrillen - Fe NaOH (Fe-havre 2) begge bli studert in vivo, alene er havrefibrilpulver tilsett jerntilskudd er løselig i vann og havre fibril pulver legge til jern supplement er løselig i vann i en mat matrise (acai puré og honning) for å vurdere deres løfte som Fe mat fortificants.

Dette først i menneskelig studie til kortsiktig mattrygghetsvurdering og negativ effekt av OAT-fibril - Fe SA (Fe-oat 1), OAT-fibril - Fe NaOH (Fe-oat 2) og i en matmatrise for å vurdere deres løfte som Fe matforsterkere.

Studien vil være en enkeltsenter, prospektiv cross-over-studie der hvert emne mottar 6 testbetingelser. Studien vil bli utført ved Institute of Nutrition, Mahidol University, Nakhon Pathom, Thailand. Studien er godkjent av det etiske styret ved Mahidol University og vil bli registrert på www.clinicaltrials.gov. Alle forsøkspersoner vil gi skriftlig informert samtykke før noen studieprosedyrer finner sted. Under screeningen, ca. 2 uker før studiestart, vil kvinner bli kvalifisert. Studieprosedyrene vil bli forklart for dem i detalj på et lokalt språk, og etter å ha innhentet informert samtykke, vil en venepunkturblodprøve (6 mL) bli samlet inn for bestemmelse av hemoglobin (Hb), serumferritin (SF), c-reaktivt protein (CRP), talassemi og graviditet. Vekt vil bli målt til nærmeste 0,1 kg og høyde til nærmeste 0,5 cm, for å beregne BMI. Det vil bli gjennomført et intervju for å vurdere andre inkluderings- og eksklusjonskriterier. Kvinner vil bli invitert til screening til 52 kvalifiserte kvinner har blitt registrert for å delta i studien. Hvert forsøksperson vil fullføre de seks jernabsorpsjonsstudiene der de vil motta supplerende jerndoser på 4 mg jern fra de seks produktene: (i) Fe-havre 1 alene, (ii) Fe-havre 1 med 30 mL acai-puré med honning, (iii) Fe-havre 2 alene, (iv) Fe-havre 2 med 30 mL acai-puré med honning, (v) FeSO4 alene, (vi) FeSO4 med 30 mL acai-puré og honning. Polyfenolinnholdet i acai-puréen vil bli målt ved Human Nutrition Laboratory.

Forsøksfasen vil vare i 37 dager. De tre første merkede jerndosene vil bli administrert på dag 1, 3 og 5 mellom kl. 07.00 og 09.00 om morgenen etter en faste over natten. Etter den tredje intervensjonen vil det være en venteperiode på 14 dager for å tillate inkorporering av det merkede jernet i erytrocytter. På dag 19, 21 og 23 vil det fjerde, femte og sjette intervensjonsproduktet bli gitt til deltakerne. Det skal sikres at randomiseringen av intervensjonsproduktene gjøres på en slik måte at det ikke gis to intervensjoner med samme stabile isotop til deltakerne i samme uke. Produktene 1, 3 og 5 fra listen vil bli gitt i løpet av en uke, og 2, 4 og 6 i den andre uken. Det vil være tre blodprøvepunkter unntatt screeningen: en baseline prøvetaking på dag 1, prøvetaking på dag 17 og en siste prøvetaking 14 dager etter det fjerde intervensjonsproduktet, på dag 37, den siste dagen av studien. Disse venøse blodprøvene vil bli samlet for å bestemme Hb, SF og CRF, og erytrocytt isotopisk berikelse.

Kvinner vil bli randomisert for intervensjonsadministrasjonen ved hjelp av en Python-kode. Deltakerne vil konsumere de merkede intervensjonsproduktene i form av en løsning under oppsyn av etterforskerne med eller uten acai-puré avhengig av intervensjonstype for dagen. Etter å ha inntatt testproduktene, vil deltakerne avstå fra å spise eller drikke i 3 timer.

Fe-oat 1- og Fe-oat 2-løsningene vil bli produsert ved ETH Zürich ved Laboratory of Food and Soft Materials med kjemikalier av matkvalitet eller farmakopé og ved bruk av 57Fe- eller 58Fe-anriket elementært jernpulver (Chemgas, Boulogne, Frankrike), og vurderer forskriftene om god produksjonspraksis. SOP for tilberedning av Fe-oat 1 og 2 vil bli gitt på forespørsel. De merkede FeSO4-løsningene vil bli tilberedt ved Human Nutrition Laboratory (HNL) fra 54Fe-anriket elementært jernpulver (Chemgas, Boulogne, Frankrike). Jernpulveret vil bli oppløst ved romtemperatur i 1,7 M svovelsyre (1,21 ml/100 mg Fe) i 100 ml HDPE-flasker (Semadeni, Ostermundingen, Sveits) spylt med argon. De resulterende løsningene bringes til en konsentrasjon på 4 mg Fe/g løsning med sterilt rent vann. Løsningene deles i 1 g porsjoner i PFA-ampuller. Hetteglassene skylles med argon, lukkes tett og oppbevares ved 4-8°C frem til bruk. Reagensene vil være av European Pharmacopoeia-reagenskvalitet (svovelsyre 95-97 %, Sigma-Aldrich, Buchs, Sveits; Aqua ad iniect. B. Braun, Kantonsapotheke Zürich).