Vassleproteinnanofibriller laddade med järnnanopartiklar:ETH-forskare utvecklar ett nytt och mycket effektivt sätt att berika järn till mat och dryck.

Omkring 1,2 miljarder människor världen över lider av järnbrist, med kvinnor som är värre drabbade än män. I Europa, en av fem kvinnor runt 20 år lider av järnbrist. Typiska symtom inkluderar försämrad arbetsprestation, Trötthet, anemi och huvudvärk.

Att öka järnnivåerna genom kosten eller kosttillskott är knepigt, eftersom järnet måste vara i en form som kroppen kan ta upp framgångsrikt. Järn är också ett spårämne som kan förändra färgen, smak och lukt av maten den tillsätts, vilket gör det mycket mindre aptitretande.

Kombinerar proteinfibrer och järnnanopartiklar

De två ETH-professorerna Raffaele Mezzenga och Michael B. Zimmermann från institutionen för hälsovetenskap och teknik har upptäckt ett nytt sätt att berika mat och dryck med järn:med ett hybridmaterial tillverkat av ätbara vassleproteinnanofibriller och järnnanopartiklar. Den relevanta studien som tagits fram av Mezzengas doktorand Yi Shen i samarbete med Zimmermanns doktorand Lidija Posavec har precis publicerats i tidskriften Naturens nanoteknik .

Proteinnanofibrillerna bildas genom att denaturera naturligt vassleprotein genom att värma dem till 90°C, och ytterligare hydrolysera dem i stark syra tills de bildar de slutliga proteinfilamenten. Flera proteinfilament organiserar sig sedan i tjockare proteinnanofibriller.

Forskarna kombinerade dessa nanofibriller med nanopartiklar av järn som lätt kan absorberas av kroppen. För att producera dessa nanopartiklar, forskarna blandade järnklorid (FeCl3) direkt med proteinet nanofibriller i samma syralösning, skapade järnnanopartiklar på 20 nanometer som omedelbart band till proteinnanofibrillernas yta och stabiliserades effektivt. Detta är ett nyckeltrick, eftersom nanopartiklar av järn normalt inte är stabila:de tenderar att snabbt klumpa ihop sig och bilda aggregat som inte lätt kan blandas i mat eller dryck.

Järnbrist övervinns snabbt

För att testa effektiviteten av den nya järnföreningen, forskare administrerade det till råttor med järnbrist efter att ha fått en diet med låg järnhalt. Det nya preparatet botade djurens järnbrist och tillhörande anemi lika effektivt som järnsulfat (FeSO4), det vanligaste järntillskottet som används hos människor; FeSO4, dock, orsakar ofta oönskade sensoriska förändringar i livsmedel.

Det nya tillskottet var också lättsmält. Som författarna visade i ett ad-hoc in vitro-experiment, enzymerna i råttornas magar smälte helt och hållet vassleproteinet nanofibriller. Dessutom, sura tillstånd som i magen löste järnnanopartiklarna till järnjoner, som sedan snabbt kan tas upp i blodet och användas för att producera nya röda blodkroppar.

Det järnbelagda vassleproteinet nanofibriller kan administreras antingen i pulver eller flytande form, och den nya föreningen kan enkelt läggas till olika typer av livsmedel utan att påverka deras smak, lukt eller färg.

Inga biverkningar än så länge

För att identifiera potentiella risker och biverkningar, forskarna gjorde mikroskopiska tester på råttornas hjärna, hjärta, njurar och andra organ, efter att de hade ätit nanofibrillerna i 2 veckor. De var särskilt intresserade av vassleproteinet nanofibriller, som aldrig har använts i livsmedel eller kosttillskott tidigare. Ur ett strukturellt perspektiv, dessa strukturer liknar amyloidfibriller, som ackumuleras i hjärnan och har kopplats till Alzheimers sjukdom, men annorlunda än dem, i det aktuella fallet är gjorda av hydrolyserade ätbara livsmedelsproteiner.

ETH-forskarna ville därför försäkra sig om att eventuellt osmälta proteinfibrer i deras järntillskott inte ackumuleras i kroppen och potentiellt producerar vävnadsavvikelser. "När man undersökte råttornas organ och vävnader, vi hittade inga bevis för att nanopartiklar eller nanofibriller ackumulerades eller möjligen orsakade organförändringar", säger Mezzenga. En sak kan han vara säker på:"Vårt nya järntillskott har en enorm potential för att framgångsrikt bekämpa järnbrist på ett ekonomiskt och effektivt sätt".

Alternativ till befintliga produkter

Ingredienserna som används för att göra detta innovativa kosttillskott är billiga och i riklig tillgång. Vassleproteiner är en biprodukt från mejeriindustrin. Järnsalter är också billiga och lättillgängliga. Eftersom både processen och ingredienserna är lätta att arbeta med, detta järnkosttillskott skulle också vara ett bra alternativ för människor som bor i fattiga länder som är mer benägna att få järnbrist än de som bor i västerländska industriländer.

Forskarna har ansökt om patent på sin nya produkt och ser fram emot att diskutera med kommersiella partners för att utveckla tekniken ytterligare.