Stichting FOM 28 mei 2010, 2010/18

Lipide metabolisme 'live' gefilmd

Het metabolisme en de absorptie van vetten (lipiden) en bio-actieve moleculen, zoals cholesterol, vitaminen en medicijnen spelen een cruciale rol in voeding, met name bij ziektes zoals diabetes, vetzucht en hartfalen. Wetenschappers van het FOM-instituut AMOLF zijn er samen met Unilever R&D Vlaardingen als eerste in geslaagd om in modelsystemen 'real-time' informatie over de locatie van specifieke moleculen tijdens de stofwisseling van lipiden te verkrijgen. De onderzoekers laten zien dat bioactieve stoffen zoals progesteron en Vitamine D gelokaliseerd en gekwantificeerd kunnen worden binnen lipide druppels tijdens de stofwisseling. Ook kan het effect van de medicijnen op de stofwisseling en hun afgifte waargenomen worden. De resultaten van het onderzoek zijn worden dinsdag 25 mei 2010 on-line gepubliceerd door het vooraanstaande tijdschrift J. Am. Chem. Soc.
Figuur 1. Metabolische omzetting met pancreatisch lipase enzym vergroten Figuur 1. Metabolische omzetting met pancreatisch lipase enzym
De metabolische omzetting van een vet druppel door het pancreatisch lipase enzym: onverteerde vetten zijn aangegeven in rood; metabolische producten zijn groen. Het witte balkje geeft een lengte van 5 micrometer aan.
Figuur 2. Metabolische omzetting met progesteron vergroten Figuur 2. Metabolische omzetting met progesteron Metabolische omzetting van een vet druppel dat het hormoon progesteron bevat: de hormoon concentratie neemt voortdurend toe binnen de druppel, naarmate meer vet wordt verteerd.
De metabolische omzetting van vetten (lipiden) is een zeer complex proces: voedingsmiddelen bevatten een grote verscheidenheid aan lipiden, die in diverse vormen kunnen voorkomen. Bovendien worden regelmatig bio-actieve moleculen toegevoegd aan voedingsmiddelen om de gezondheid te bevorderen, zoals bijvoorbeeld vitamines en hormonen. Het begrijpen van de complexe processen die plaatsvinden bij de stofwisseling van lipiden en de afgifte van bio-actieve moleculen aan het lichaam, is essentieel voor het ontwikkelen van behandelingen voor voedinggerelateerde ziektes, zoals diabetes. Inzicht hierin kan bovendien de distributie van medicijnen die lipiden als medium gebruiken verbeteren. Ondanks dat evidente belang, zijn er nog veel onbeantwoorde vragen over de metabolische omzetting van lipiden. Deze vragen kunnen herleid worden tot de moeilijkheid om niet-invasief en real-time het gedrag van zowel de lipiden als de bio-actieve moleculen gedurende het verteringsproces te observeren.

De onderzoekers, onder leiding van Mischa Bonn, gebruikten multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) microspectroscopie om beelden te verkrijgen van microscopisch kleine vetdruppeltjes die verteerd worden door pancreatische lipase-enzymen (figuur 1). CARS is een chemisch-specifieke vorm van microscopie waarbij het contrast in een afbeelding wordt afgeleid van moleculaire vibraties. Omdat ieder molecuul anders vibreert, konden de onderzoekers onderscheid maken tussen het onverteerde vet (rood in figuur 1) en de verteringproducten (groen). Vervolgens losten ze het vrouwelijk hormoon progesteron of vitamine D op in druppels en bepaalden direct de lokale hormoonconcentratie in het druppeltje (figuur 2). De additiefconcentratie nam opvallend toe terwijl het vetdruppeltje werd verteerd, wat aangeeft dat het additief opgesloten bleef in de krimpende druppel, en dus niet vrijkwam.

Deze bevindingen bieden belangrijke nieuwe inzichten in de vertering van lipiden en laten zien dat het gedrag van bioactieve moleculen in lipidedruppels te volgen is met geavanceerde microscopie. De verwachting is dat deze techniek in combinatie met andere bestaande technieken een compleet beeld kan bieden van het complexe proces van de opname van voedsel en medicijnen in het lichaam. De volgende stappen in het onderzoek zullen zorgen voor een groter inzicht in de mogelijkheden tot het manipuleren van de samenstelling en grootte van lipidedruppels, die gevormd worden in de cellen na de opname van verteringproducten. Bonn's groep heeft al eerder laten zien hoe CARS microscopie gebruikt kan worden om de formatie en fasegedrag van lipidedruppels in beeld kan worden gebracht.

Dit onderzoek werd financieel ondersteund door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), Unilever R&D Nederland en de Senter Novem agency van het Nederlandse Ministerie voor Economische Zaken in het kader van het Food & Nutrition Delta 2 Program (subsidie DFN0642300).

Referentie:
Label-Free Imaging of Lipophilic Bioactive Molecules during Lipid Digestion by Multiplex Coherent Anti-Stokes Raman Scattering Microspectroscopy. James P. R. Day, Gianluca Rago, Katrin F. Domke, Krassimir P. Velikov, and Mischa Bonn, J. Am. Chem. Soc. DOI 10.1021/ja102069d