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