In vitro approach of dietary and host related factors affecting digestion of animal-origin foods under cystic fibrosis disease

Abstract

[ES] De entre las metodologías disponibles para estudiar la digestión de alimentos, los modelos de digestión in vitro se plantean como procedimientos válidos para este propósito. La digestión in vitro consiste en simular el proceso de digestión en el laboratorio, reproduciendo las condiciones fisiológicas en cuanto a composición de los fluidos digestivos (electrolitos y enzimas), pH, temperatura, fuerzas mecánicas y duración de las etapas oral, gástrica e intestinal. Abordar el estudio de la digestión de nutrientes es de especial relevancia en patologías que cursan con alteraciones pancreáticas o hepáticas, asociadas a una digestión de lípidos comprometida en la etapa intestinal, debido a la disminución de secreción de pancreatina, bicarbonato y sales biliares. Este es el caso de la fibrosis quística con insuficiencia pancreática, y los pacientes que padecen esta afección deben seguir la terapia de sustitución de enzimas pancreáticas, que consiste en el suministro exógeno de pancreatina encapsulada. Sin embargo, la dosis de este suplemento debe ajustarse a las características de los alimentos y no se dispone de ningún método válido para tal fin. Para hacer frente a este reto, en el proyecto financiado con fondos europeos MyCyFAPP se ha logrado desarrollar un método para ajustar la dosis óptima de los suplementos enzimáticos utilizados en la terapia. La presente tesis doctoral se realizó en el marco de dicho proyecto. Concretamente, esta tesis tiene como objetivo abordar el estudio de la digestión de lípidos en los alimentos de origen animal (carne y productos cárnicos, huevos, queso y pescado) en el contexto de la fibrosis quística. Para abordar este objetivo se aplicó un modelo de digestión in vitro estático con el fin de explorar el papel de las características inherentes a los alimentos (estructura de la matriz alimentaria como resultado del procesado) y los factores relacionados con el individuo (pH, concentración de sales biliares y concentración de pancreatina) como factores determinantes de la lipólisis en alimentos de origen animal. A lo largo de los cuatro capítulos presentados, centrados en el huevo, la carne, el queso y el pescado, se presenta un diseño experimental común para estudiar la lipólisis, la proteólisis y la degradación de la matriz. En cada estudio, las diferentes técnicas de procesado aplicadas a los alimentos evaluados también permitieron evaluar el efecto de las propiedades inherentes a los alimentos en los resultados del estudio. Los resultados han contribuido al desarrollo de un nuevo método basado en la evidencia para optimizar la terapia de reemplazo de enzimas pancreáticas e informan a la comunidad científica sobre nuevos conocimientos en el comportamiento de diferentes alimentos sometidos al proceso de digestión.

[CA] De les metodologies disponibles per estudiar la digestió d'aliments, els models de digestió in vitro es plantegen com a procediments vàlids per a aquest propòsit. La digestió in vitro consisteix en simular el procés de digestió al laboratori, reproduint les condicions fisiològiques pel que fa a la composició dels fluids digestius (electròlits i enzims), pH, temperatura, forces mecàniques i durada de les etapes oral, gàstrica i intestinal. Abordar l'estudi de la digestió de nutrients és d'especial rellevància en patologies que cursen amb alteracions pancreàtiques o hepàtiques, associades a una digestió de lípids compromesa en l'etapa intestinal, a causa de la disminució de secreció de pancreatina, bicarbonat i sals biliars. Aquest és el cas de la fibrosi quística amb insuficiència pancreàtica. Els pacients que pateixen aquesta afecció han de seguir la teràpia de substitució d'enzims pancreàtics, que consisteix en el subministrament exogen de pancreatina encapsulada. No obstant això, la dosi d'aquest suplement ha d'ajustar-se a les característiques dels aliments i actualment no es disposa de cap mètode vàlid per a tal fi. Per enfrontar a aquest repte, en el projecte finançat amb fons europeus, MyCyFAPP, s'ha aconseguit desenvolupar un mètode per a ajustar la dosi òptima dels suplements enzimàtics utilitzats en la teràpia. La present tesi doctoral es va realitzar en el marc d'aquest projecte. Concretament, aquesta tesi té com a objectiu abordar l'estudi de la digestió de lípids en els aliments d'origen animal (ous, carn i productes carnis, formatge i peix) en el context de la fibrosi quística. Per a abordar aquest objectiu es va aplicar un model de digestió in vitro estàtic amb la finalitat d'explorar el paper de les característiques inherents als aliments (estructura de la matriu alimentària com a resultat del processament) i els factors relacionats amb l'individu (pH, concentració de sals biliars i concentració de pancreatina) com a factors determinants de la lipòlisi en aliments d'origen animal. Als quatre capítols presentats, centrats en l'ou, carn, formatge i peix, es presenta un disseny experimental comú per a estudiar la lipòlisi, la proteòlisi i la degradació de la matriu. En cada estudi, les diferents tècniques de processament aplicades als aliments avaluats també van permetre avaluar l'efecte de les propietats inherents als aliments en els resultats de l'estudi. Els resultats han contribuït al desenvolupament d'un nou mètode basat en l'evidència per a optimitzar la teràpia de substitució d'enzims pancreàtics i informen la comunitat científica sobre nous coneixements en el comportament de diferents aliments sotmesos al procés de digestió.

[EN] Among the available methodologies to study food digestion, in vitro digestion models have raised as a valid procedure. In vitro digestion consists of simulating the digestion process in the laboratory, by reproducing the physiological conditions in terms of digestive fluids composition (electrolytes and enzymes), pH, temperature, mechanical forces and duration of the oral, gastric and intestinal stages. Addressing the study of nutrient digestion is of special relevance in pathologies coursing with pancreatic or hepatic alterations, which are associated with compromised intestinal lipid digestion due to reduced secretion of pancreatin, bicarbonate and bile salts. This is the case of Cystic Fibrosis along with pancreatic insufficiency, and the patients suffering this condition have to follow pancreatic enzyme replacement therapy, the exogenous supply of encapsulated pancreatin. However, the dose of this supplement should be adjusted to the specific characteristics of foods, and no valid method was available for such purpose. To tackle this challenge, the EU-funded project MyCyFAPP succeed to develop a method to adjust the optimal dose the enzyme supplements used in the therapy. The present doctoral thesis was conducted as a relevant part of this project. Concretely, this thesis aims at addressing the study of lipid digestion in foods to generate new knowledge regarding nutrient digestion in animal origin dietary sources (egg, meat and meat products, cheese and fish) in the context of Cystic Fibrosis. To address this goal a static in vitro digestion model was applied. The role of inherent-to-food characteristics (resulting food matrix structure from processing) and host related factors (pH and bile salts concentration and pancreatin concentration) were explored as determinants of lipolysis in animal-origin foods. Along the four chapters presented, focused on egg, meat, cheese and fish, a common experimental design was applied to study lipolysis, proteolysis and matrix degradation. In each study, different processing techniques applied to the assessed foods allowed for evaluating the effect of inherent-to-food properties on the study outcomes as well. The results have contributed to the development of a new evidence-based method to optimise pancreatic enzyme replacement therapy, and inform the scientific community about new insights on the behaviour of different foods undertaking the digestion process.