Een veranderde fysiologie van het maagdarmstelsel gaat vaak gepaard met ingrijpende veranderingen in de vertering. Door deze fysiologische aanpassingen te vertalen naar populatie specifieke verteringsmodellen, kunnen voedingsmiddelen en supplementen op maat ontwikkeld worden. Het TargetDigest-project (type ICON) beoogt dit te realiseren voor mensen met obesitas en mensen na metabole en bariatrische chirurgie.
De fysiologie van het maagdarmstelsel speelt een cruciale rol in de vertering en opname van voedingsstoffen. Wanneer deze fysiologie verstoord wordt, kan dit grote gevolgen hebben voor de hoeveelheid voedingsstoffen die ons lichaam kan opnemen. Wanneer de fysiologische veranderingen groot zijn, kunnen specifiek aangepaste voedingsmiddelen en supplementen nodig zijn om tekorten te voorkomen. Het TargetDigest-project heeft als doel om met de expertise van verschillende partners de fysiologie van een veranderd maagdarmstelsel in kaart te brengen (KU Leuven) en deze kennis te vertalen naar de ontwikkeling van populatie specifieke verteringsmodellen (KU Leuven en ProDigest) om zo optimaal afgestemde voedingsmiddelen en supplementen (BroodNodig en Metagenics) te creëren.
De focus van TargetDigest: mensen met obesitas en na metabole en bariatrische chirurgie
Het TargetDigest-project is specifiek gericht op mensen met obesitas en na een metabole en bariatrische chirurgie. Obesitas is nog altijd een groeiend gezondheidsprobleem in België. Ongeveer 15% van de volwassenen heeft obesitas, en dit percentage zal de komende jaren waarschijnlijk verder stijgen tot meer dan 20%1. Deze toename gaat gepaard met chronische aandoeningen, een verminderde levensverwachting en jaarlijks meer dan 1,2 miljoen sterfgevallen in Europa. De vraag naar effectieve behandelingen voor gewichtsverlies is dan ook sterk toegenomen.
De meest effectieve behandelingen voor obesitas zijn medicatie en metabole & bariatrische chirurgie, waarbij de laatste in de volksmond beter gekend is als maagverkleining. Hoewel medicatie effectief is, moet het doorgaans levenslang gebruikt worden, terwijl metabole en bariatrische chirurgie leidt tot duurzamere en doorgaans effectievere resultaten, zowel voor obesitas als voor bijkomende gezondheidsproblemen2,3.
Metabole en bariatrische chirurgie brengt niet alleen anatomische, maar ook fysiologische en metabole veranderingen met zich mee. Denk hierbij aan een veranderde zuurtegraad in de maag, galzoutconcentratie en de tijd die voeding nodig heeft om zowel de maag als de darmen te passeren4,5. Deze veranderingen kunnen in het bijzonder een grote invloed hebben op de afbraak en opname van nutriënten, zoals eiwitten. Een zure maagomgeving vormt immers de eerste cruciale stap in de eiwitvertering, terwijl deze zuurtegraad na metabole en bariatrische chirurgie vaak verminderd is. Daarnaast verloopt de darmpassage doorgaans sneller, waardoor er mogelijk minder tijd is voor voeding om volledig verteerd en opgenomen te worden. Aangezien een adequate eiwitopname essentieel is voor het behoud van spiermassa, zeker tijdens gewichtsverlies, is een optimale eiwitvertering van groot belang. Veel van deze veranderingen zijn echter nog niet goed in kaart gebracht, waardoor verder onderzoek noodzakelijk blijft6,7.
De eerste klinische studies binnen TargetDigest: verteringscondities en eiwitvertering
Op dit moment zijn er twee klinische studies bezig in het TargetDigest-project die fysiologische veranderingen in het maagdarmstelsel en specifiek ook de eiwitvertering onderzoeken in mensen met obesitas en na een metabole en bariatrische ingreep.
De eerste klinische studie brengt in kaart welke fysiologische veranderingen kunnen optreden tijdens de vertering van voedingsmiddelen en specifiek de verandering in concentratie van verteringsenzymen die nodig zijn om voeding af te breken. De concentratie van verteringsenzymen wordt gemeten in stalen die worden genomen op verschillende plaatsen in het maagdarmstelsel via een speciaal ontworpen sonde. Deze stalen kunnen unieke informatie bieden die nodig is voor het ontwikkelen van verteringsmodellen binnen het TargetDigest-project.
De tweede studie onderzoekt eiwitvertering waarbij gebruik wordt gemaakt van een eiwit gelabeld met stabiele isotopen. Het voordeel van stabiele isotopen is dat er exact kan worden getraceerd in het bloed hoe goed de eiwitten zijn verteerd en opgenomen in het lichaam.
De gegevens uit deze klinische studies maken het mogelijk om verteringsmodellen in het labo beter af te stemmen op wat er werkelijk in het menselijk lichaam gebeurt. Maar hoe werken zulke in vitro verteringsmodellen precies?
Modellen om vertering bij mensen te bestuderen in proefbuizen
De verteringsprocessen die zich in het menselijk lichaam voordoen (in vivo) kunnen in het labo gesimuleerd worden in proefbuizen (in vitro). Hoewel in vivo metingen de gouden standaard zijn, zijn ze duur, tijdsintensief en vereisen ze een zorgvuldige ethische verantwoording. In vitro verteringsmodellen bieden hiervoor een gecontroleerd, goedkoper alternatief.
Een typisch verteringsexperiment in proefbuizen simuleert opeenvolgend de mond-, maag- en dunne darmfase van het menselijk verteringsstelsel. Dit gebeurt bij gestandaardiseerde omstandigheden (enzymhoeveelheid, zuurtegraad, zoutconcentratie, etc.), en is gebaseerd op metingen in het lichaam van gezonde volwassenen, zonder anatomische veranderingen8. Voor levensmiddelentechnologen worden deze simulaties gebruikt om te bestuderen hoe absorbeerbare verteringsproducten gevormd worden in functie van de verteringstijd. Afbeelding 1 illustreert een typische experimentele opstelling van zo een in vitro verteringsexperiment.
Afbeelding 1: Experimentele opstelling voor simulatie van vertering in proefbuizen (in vitro) (gemaakt met BioRender.com).
Eerste resultaten van TargetDigest
In de eerste experimenten van het TargetDigest-project werd de impact onderzocht van veranderde verteringscondities bij mensen met obesitas en na metabole en bariatrische chirurgie op de vertering van eiwitten. Hierbij werden reeds partieel aangepaste verteringsmodellen (zonder aanpassingen voor enzymactiviteiten wat een doelstelling is tijdens een lopende klinische studie) gebruikt. Uit voorgaand in vivo onderzoek4,5 konden immers relevante pH-condities en verteringstijden gedefinieerd worden voor deze specifieke doelgroepen en reeds vertaald worden naar aangepaste verteringsmodellen. Er werden twee typische eiwitten die aanwezig zijn in melk gebruikt, caseïne en wei, met eigen oplosbaarheids- en structurele eigenschappen om inzicht te krijgen in de impact van de aangepaste verteringscondities voor deze specifieke doelgroepen.
Mensen met obesitas hebben een zuurdere maag
Wei is een heel oplosbaar en snel verteerbaar eiwit. Dit is zo bij gezonde volwassenen, maar ook onder omstandigheden relevant voor mensen met obesitas en na metabole en bariatrische chirurgie. De maaginhoud van mensen met obesitas is typisch iets zuurder dan bij gezonde volwassenen. Op die manier is de omgeving ideaal voor pepsine, het maagenzym dat eiwitten afbreekt, waardoor het nog beter werkt. Dit proces zorgt voor een snellere en hogere mate van wei-vertering in vergelijking met gezonde volwassenen. Daarentegen hebben mensen na metabole en bariatrische chirurgie typisch een mindere maagaanzuring, waardoor pepsine minder actief is en wei trager en in mindere mate verteert. Deze verschillen worden grafisch weergegeven in Afbeelding 29.
De invloed van de maagaanzuring is daarentegen helemaal anders voor caseïne. Caseïne is een veel trager verteerbaar eiwit in vergelijking met wei, doordat het in de zure maag volledig gaat samenklonteren. Door deze samenklontering is de invloed van de veranderde zuurtegraad bij mensen met obesitas en na metabole en bariatrische chirurgie beperkt en is de maagvertering zeer gelijkaardig aan die van gezonde volwassenen.
Tijdens de vertering in de dunne darm heeft de iets zuurdere omgeving bij mensen met obesitas ten opzichte van gezonde volwassenen een minder uitgesproken invloed op de eiwitvertering. We schrijven dit toe aan de betrokken enzymen, verantwoordelijk voor het afbreken van de eiwitten, die minder afhankelijk zijn van de zuurtegraad.
Afbeelding 2: Grafische voorstelling van statische in vitro verteringskinetiek van wei in functie van de tijd voor gezonde volwassenen (oranje), mensen met obesitas (blauw), en na metabole en bariatrische chirurgie (groen) (gemaakt met BioRender.com).
De maag- en dunne-darmtransittijd is korter bij mensen na metabole en bariatrische chirurgie
Bij mensen na metabole en bariatrische chirurgie is de transittijd in zowel de maag als de dunne darm veel korter in vergelijking met gezonde volwassenen en mensen met obesitas. Toch heeft dit geen duidelijke impact op de in vitro caseïne- en wei-vertering. De uiteindelijke graad van vertering wordt bij de twee eiwitbronnen reeds vroeg tijdens de in vitro simulatie bereikt, waardoor de gesimuleerde transittijd geen groot effect heeft op deze relatief vlot verteerbare eiwitten.
Enzymconcentraties bij mensen na metabole en bariatrische chirurgie zijn nog onbekend
Hoewel enzymen cruciaal zijn voor de afbraak van voeding in het maagdarmstelsel, zijn de concentraties hiervan bij mensen na metabole en bariatrische chirurgie nog onbekend. Daarom is het belangrijk om deze condities te bepalen met humane in vivo data (lopende klinische studie). Deze informatie kan vervolgens vertaald worden naar in vitro condities, waardoor populatie specifieke in vitro verteringsmodellen voor mensen met obesitas en na metabole en bariatrische chirurgie verder geoptimaliseerd kunnen worden.
Verder verloop TargetDigest
In de volgende stappen van TargetDigest zullen de bedrijven binnen dit ICON-project de aangepaste verteringsmodellen gebruiken om supplementen (Metagenics) en voedingsproducten (bakkerij BroodNodig) te ontwikkelen die specifiek afgestemd zijn op mensen met obesitas of mensen na metabole en bariatrische chirurgie. Deze aangepaste verteringsmodellen zullen uiteindelijk van statische naar dynamische condities opgeschaald worden (ProDigest). Op langere termijn biedt dit ook perspectief voor de ontwikkeling van verteringsmodellen voor andere doelgroepen met een afwijkende verteringsfysiologie, waardoor voedingsproducten op maat kunnen worden ontwikkeld. Dit creëert kansen voor Vlaamse bedrijven om gepersonaliseerde producten te ontwerpen die bijdragen aan een optimale vertering en maximale nutritionele waarde.
Auteurs
Celien Derboven, Maaike de Kreek, Daphne Michels, Christophe Matthys en Tara Grauwet
Referenties
1 R. De Pauw, M. Claessens, V. Gorasso, S. Drieskens, C. Faes and B. Devleesschauwer, BMC Public Health, DOI:10.1186/s12889-022-13685-w.
2 S. B. Heymsfield and T. A. Wadden, New England Journal of Medicine, 2017, 376, 254–266.
3 L. Angrisani, A. Santonicola, P. Iovino, A. Vitiello, K. Higa, J. Himpens, H. Buchwald and N. Scopinaro, Obes. Surg., 2018, 28, 3783–3794.
4 N. Steenackers, T. Vanuytsel, P. Augustijns, E. Deleus, W. Deckers, C. M. Deroose, G. Falony, M. Lannoo, A. Mertens, R. Mols, R. Vangoitsenhoven, L. Wauters, B. Van der Schueren and C. Matthys, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2023, 183, 92–101.
5 N. Steenackers, L. Wauters, B. Van der Schueren, P. Augustijns, G. Falony, M. Koziolek, M. Lannoo, A. Mertens, A. Meulemans, J. Raes, R. Vangoitsenhoven, S. Vieira-Silva, W. Weitschies, C. Matthys and T. Vanuytsel, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, 2021, 167, 1–8.
6 P. Meeus, V. Dalcq, B. Swine, K. Declercq and D. Beauport, Bariatrische heelkunde, 2024.
7 K. Van den Heede, B. Ten Geuzendam, D. Dossche, S. Janssens, P. Louwagie, K. Vanderplanken and P. Jonckheer, Bariatric surgery in Belgium: organisation and payment of care before and after surgery, 2020.
8 A. Brodkorb, L. Egger, M. Alminger, P. Alvito, R. Assunção, S. Ballance, T. Bohn, C. Bourlieu-Lacanal, R. Boutrou, F. Carrière, A. Clemente, M. Corredig, D. Dupont, C. Dufour, C. Edwards, M. Golding, S. Karakaya, B. Kirkhus, S. Le Feunteun, U. Lesmes, A. Macierzanka, A. R. Mackie, C. Martins, S. Marze, D. J. McClements, O. Ménard, M. Minekus, R. Portmann, C. N. Santos, I. Souchon, R. P. Singh, G. E. Vegarud, M. S. J. Wickham, W. Weitschies and I. Recio, Nat. Protoc., 2019, 14, 991–1014.
9 C. Derboven, D. Duijsens, M. Cools, D. Michels, S. H. E. Verkempinck and T. Grauwet, to be submitted for publication.
Partners
