Forskare vid Binghamton University tror att förståelse av nanopartiklars förmåga att påverka vår metabola bearbetning kan vara avgörande för att förmedla metabola störningar och fetma, båda är på uppgång och har kopplats till bearbetade livsmedel.

Anthony Fiumera, docent i biologiska vetenskaper, och Gretchen Mahler, biträdande professor i biomedicinsk teknik, samarbetar i ett forskningsprojekt finansierat av ett Binghamton University Transdisciplinary Areas of Excellence (TAE)-anslag för att upptäcka vilken roll intagna nanopartiklar spelar i fysiologin och funktionen hos tarm- och tarmmikrobiomet.

Tarmmikrobiomet är populationen av mikrober som lever i den mänskliga tarmen, bestående av tiotals biljoner mikroorganismer (inklusive minst 1, 000 olika arter av kända bakterier). Nanopartiklar, som ofta läggs till bearbetade livsmedel för att förbättra textur och färg, har kopplats till förändringar i tarmfunktionen. När bearbetade livsmedel blir vanligare inslag i vår kost, det har skett en betydande ökning av koncentrationerna av dessa partiklar som finns i människokroppen.

Fiumera arbetar in vivo med fruktflugor medan Mahler arbetar in vitro med en 3D-cellkulturmodell av mag-tarmkanalen (GI) för att förstå hur intag av nanopartiklar påverkar glukosbearbetningen och tarmmikrobiomet. Genom att använda kompletterande forskningsmetoder, forskarna har hjälpt till att främja varandras förståelse av nanopartiklar.

Använda fruktflugor, Fiumera tittar på effekterna av nanopartiklar på utvecklingen, fysiologi och biokemisk sammansättning, såväl som det mikrobiella samhället i flugans mag-tarmkanalen. Flugmodellen erbjuder två fördelar:1) forskning kan göras på ett brett spektrum av egenskaper som kan förändras av förändringar i metabolism och 2) de metaboliska processerna inom flugan liknar dem hos människor. Fiumera syftar också till att undersöka vilka gener som är associerade med svar på nanopartiklarna, vilket i slutändan kan hjälpa oss att förstå varför individer reagerar olika på nanopartiklar.

För detta projekt, Mahler utökade sin GI-kanalmodell till att inkludera en kommensal tarmbakterieart och använde modellen för att bestämma en mer detaljerad mekanism för rollen av nanopartikelexponering på tarmbakterier och tarmfunktion. Tidiga resultat har visat att intag av nanopartiklar förändrar glukosabsorptionen, och att närvaron av nyttiga tarmbakterier eliminerar dessa effekter.

Mahler undersökte redan nanopartiklar när hon kontaktade Fiumera och föreslog att de skulle kombinera sina respektive expertis. Med hjälp av studenterna Gabriella Shull och John Fountain och doktoranden Jonathan Richter, Fiumera och Mahler har börjat avslöja några effekter av att inta nanopartiklar. Eftersom de använder realistiska, låga koncentrationer av nanopartiklar, effekterna är små, men så småningom kan vara additiv.

Att koppla samman fakulteter över discipliner för att stimulera utvecklingen av nya idéer är syftet med Binghamtons fem TAE.