Det mesta alkoholen kommer in i blodomloppet via slemhinnan i magen och tarmarna. I dag är konsekvenserna av detta obestridda:även små mängder alkohol försämrar människors koncentrations- och reaktionsförmåga, vilket ökar risken för olyckor.
Att dricka stora mängder regelbundet är skadligt för ens hälsa:vanliga konsekvenser inkluderar leversjukdom, inflammation i mag-tarmkanalen och cancer. Enligt Världshälsoorganisationen dör cirka 3 miljoner människor varje år av överdriven alkoholkonsumtion.
Forskare vid ETH Zürich har nu tagit fram en proteingel som bryter ner alkohol i mag-tarmkanalen. I en studie som nyligen publicerats i tidskriften Nature Nanotechnology , de visar att hos möss omvandlar gelén alkohol snabbt, effektivt och direkt till ofarlig ättiksyra innan den kommer in i blodomloppet, där den normalt skulle utveckla sina berusande och skadliga effekter.
"Gelen flyttar nedbrytningen av alkohol från levern till matsmältningskanalen. Till skillnad från när alkohol metaboliseras i levern, produceras ingen skadlig acetaldehyd som en mellanprodukt", förklarar professor Raffaele Mezzenga från Laboratory of Food &Soft Materials vid ETH Zürich. Acetaldehyd är giftigt och är ansvarigt för många hälsoproblem som orsakas av överdriven alkoholkonsumtion.
I framtiden kan gelén tas oralt före eller under alkoholkonsumtion för att förhindra att alkoholhalten i blodet stiger och att acetaldehyd skadar kroppen. Till skillnad från många produkter som finns tillgängliga på marknaden, bekämpar gelén inte bara symptomen på skadlig alkoholkonsumtion utan också dess orsaker.
Ändå är gelén bara effektiv så länge det fortfarande finns alkohol i mag-tarmkanalen. Detta betyder att det kan göra väldigt lite för att hjälpa till med alkoholförgiftning, när alkoholen väl har passerat in i blodomloppet. Det hjälper inte heller att minska alkoholkonsumtionen generellt.
"Det är hälsosammare att inte dricka alkohol alls. Men gelén kan vara av särskilt intresse för människor som inte vill ge upp alkohol helt, men som inte vill belasta sina kroppar och inte aktivt söker effekterna av alkohol", säger Mezzenga.
Forskarna använde vanliga vassleproteiner för att tillverka gelen. De kokade dem i flera timmar för att bilda långa, tunna fibriller. Tillsats av salt och vatten som lösningsmedel gör att fibrillerna tvärbinds och bildar en gel. Fördelen med en gel jämfört med andra leveranssystem är att den smälts mycket långsamt. Men för att bryta ner alkoholen behöver gelén flera katalysatorer.
Forskarna använde individuella järnatomer som huvudkatalysator, som de fördelade jämnt över ytan av de långa proteinfibrillerna. "Vi sänkte fibrillerna i ett järnbad så att säga så att de kan reagera effektivt med alkoholen och omvandla den till ättiksyra", säger ETH-forskaren Jiaqi Su, första författaren till studien.
Små mängder väteperoxid behövs för att utlösa denna reaktion i tarmen. Dessa genereras av en uppströmsreaktion mellan glukos och guldnanopartiklar. Guld valdes som katalysator för väteperoxid eftersom ädelmetallen inte smälts och därför förblir effektiv längre i matsmältningskanalen. Forskarna packade in alla dessa ämnen – järn, glukos och guld – i gelén. Detta resulterade i en flerstegs kaskad av enzymatiska reaktioner som i slutändan omvandlar alkohol till ättiksyra.
Forskarna testade effektiviteten av den nya gelén på möss som bara fick alkohol en gång och på möss som regelbundet fick alkohol i tio dagar.
Trettio minuter efter engångsdosen alkohol minskade den profylaktiska appliceringen av gelén alkoholhalten hos mössen med 40 %. Fem timmar efter alkoholintag hade deras alkoholhalt i blodet sjunkit med så mycket som 56 % jämfört med kontrollgruppen. Skadlig acetaldehyd ackumulerades mindre i dessa möss, och de uppvisade kraftigt minskade stressreaktioner i deras lever, vilket återspeglades i bättre blodvärden.
Hos mössen som fick alkohol i tio dagar kunde forskarna påvisa inte bara en lägre alkoholnivå utan också en bestående terapeutisk effekt av gelén:mössen som fick gelen dagligen utöver alkohol visade betydligt mindre viktminskning , mindre leverskador och därmed bättre fettomsättning i levern samt bättre blodvärden.
Andra organ i mössen, såsom mjälten eller tarmen, samt deras vävnader visade också mycket mindre skador orsakade av alkohol.
I en tidigare studie av att administrera järn genom vassleproteinfibriller, hade forskarna upptäckt att järn reagerar med alkohol och bildar ättiksyra. Eftersom denna process var för långsam och för ineffektiv vid den tiden, ändrade de formen i vilken de fäste järnet till proteinfibrillerna.
"Istället för att använda större nanopartiklar valde vi individuella järnatomer, som kan fördelas jämnare på ytan av fibrillerna och därför reagerar mer effektivt och snabbare med alkoholen", säger Mezzenga.
Forskarna har redan ansökt om patent på gelen. Även om det fortfarande krävs flera kliniska tester innan det kan godkännas för mänsklig användning, är forskarna övertygade om att detta steg också kommer att bli framgångsrikt, eftersom de redan har visat att vassleproteinfibrillerna som utgör gelén är ätbara.
Mer information: Jiaqi Su, Single-site järnförankrade amyloidhydrogeler som katalytiska plattformar för alkoholavgiftning, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-024-01657-7. www.nature.com/articles/s41565-024-01657-7
Journalinformation: Nanoteknik
Tillhandahålls av ETH Zürich
