Metalloxid-Nanopartikel – die in der Natur allgegenwärtig sind und häufig als Lebensmittelfarbstoffe und Antibackmittel in der kommerziellen Zutatenindustrie verwendet werden – können laut einer neuen Studie von Wissenschaftlern der Cornell and Binghamton University Teile des menschlichen Darms schädigen und stören.
Ihre Arbeit wurde am 9. Februar in der Zeitschrift veröffentlicht Antioxidantien.
„Wir haben festgestellt, dass bestimmte Nanopartikel – Titandioxid und Siliziumdioxid – die normalerweise in Lebensmitteln verwendet werden, die Darmfunktion negativ beeinflussen können“, sagte Seniorautor Elad Tako, außerordentlicher Professor für Lebensmittelwissenschaften am College of Agriculture and Life Sciences. „Sie wirken sich negativ auf wichtige Verdauungs- und Absorptionsproteine aus.“
In ihrer Forschung verwendete die Gruppe für den Menschen relevante Dosen von Titandioxid und Siliziumdioxid im In-vivo-System des Tako-Labors, das eine ähnliche gesundheitliche Reaktion wie die des menschlichen Körpers bietet.
Die Wissenschaftler injizierten die Nanopartikel in Hühnereier. Nach dem Schlüpfen der Hühner entdeckten die Wissenschaftler Veränderungen der funktionellen, morphologischen und mikrobiellen Biomarker im Blut, im Duodenum (oberer Darm) und im Blinddarm (einem mit dem Darm verbundenen Beutel).
Die Wissenschaftler fanden Verschiebungen in der Zusammensetzung der Darmbakterienpopulationen. Der Mineralstofftransport der Tiere war beeinträchtigt und die Bürstensaummembran (die Verdauungs- und Absorptionsoberfläche des Darms) war gestört.
„Wir konsumieren diese Nanopartikel täglich“, sagte Tako, Fakultätsmitglied am Cornell Atkinson Center for Sustainability. „Wir wissen nicht wirklich, wie viel wir konsumieren; wir kennen die langfristigen Auswirkungen dieses Konsums nicht wirklich. Hier konnten wir einige dieser Auswirkungen nachweisen, was ein Schlüssel zum Verständnis der Magen-Darm-Gesundheit und -Entwicklung ist.“ “
Darüber hinaus untersuchte die Gruppe Zinkoxid, einen Mikronährstoff, und Eisenoxid, ein Nahrungsergänzungsmittel zur Eisenanreicherung. Zinkoxid-Nanopartikel unterstützen die Darmentwicklung sowie einen Ausgleichsmechanismus nach Darmschäden. Eisenoxid-Nanopartikel sind eine mögliche Option für die Eisenanreicherung, allerdings mit potenziellen Veränderungen der Darmfunktion und -gesundheit.
Zuvor hatten die Binghamton-Wissenschaftler zelluläre In-vitro-Bewertungen durchgeführt und verschiedene Nanopartikel gescreent, die üblicherweise in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet werden. Die Gruppe beschränkte ihre Forschung auf spezifische Metalloxid-Nanopartikel und stellte für den Menschen geeignete Testdosierungen sicher.
„Zwischen unseren beiden Universitäten verwendete unsere Forschung eine schöne Reihe von Systemen, die sich gegenseitig ergänzen“, sagte Gretchen Mahler, Professorin für Biomedizintechnik in Binghamton und vorläufige Vizepräsidentin und Dekanin der Graduiertenschule.
„Wir haben unsere In-vitro-Darmmodelle des Dünndarms verwendet, um Assays durchzuführen und Nanopartikeldosierungen zu überprüfen“, sagte Mahler. „Wir können dann validieren, was wir in vitro beobachtet haben, indem wir das Tiermodell von Elad Tako verwenden.“
Die Wissenschaftler plädieren nicht dafür, die Verwendung dieser Nanopartikel zu beenden.
„Basierend auf den Informationen schlagen wir vor, einfach bewusst zu sein“, sagte Tako. „Die Wissenschaft muss auf der Grundlage unserer Ergebnisse weitere Untersuchungen durchführen. Wir öffnen die Tür für Diskussionen.“
Co-Autoren waren neben Tako und Mahler die Cornell-Doktorandinnen Jacquelyn Cheng (Erstautorin) und Nikolai Kolba; Binghamton Postdoktorandin Alba García-Rodríguez; und Cláudia Marques, außerordentliche Professorin für Biowissenschaften in Binghamton.
Die Forschung ist Teil der Sonderausgabe der Zeitschrift über Nahrungsergänzungsmittel und oxidativen Stress.
Mehr Informationen:
Jacquelyn Cheng et al, Exposition gegenüber Metalloxid-Nanopartikeln in Lebensmittelqualität verändert intestinale mikrobielle Populationen, Funktionalität und Morphologie der Bürstensaummembran, in vivo (Gallus gallus), Antioxidantien (2023). DOI: 10.3390/antiox12020431