Melkeiwitten spelen een belangrijke rol bij het stabiliseren en transporteren van essentiële nutriënten zoals calcium en zink. Hoe dit proces precies in zijn werk gaat, is nog niet goed onderzocht. In het door ChemistryNL gefinancierde project Protein-based nanocarriers for nutrient delivery kijken wetenschappers hoe dit transport te optimaliseren is. Ook onderzoeken ze of deze aanpak mogelijk uitgebreid kan worden naar andere essentiële nutriënten. Het doel is om nutriënttekorten bij specifieke doelgroepen tegen te gaan. Verrijkte voedingsmiddelen kunnen zo wellicht een alternatieve route bieden om de inname van nutriënten te verbeteren.
Nutriënttekorten vormen een belangrijke oorzaak van problemen bij veel mensen, vooral in landen met een laag welvaartsniveau. Bij sommige aandoeningen is de opname van nutriënten verstoord, maar ook slecht eten en armoede zijn redenen waardoor mensen onvoldoende van de essentiële nutriënten binnenkrijgen. Medici zetten nu vaak pillen of injecties in om de tekorten aan te vullen, maar die aanpak stuit vanwege het medicinale karakter soms op bezwaren. Melkeiwitten (caseïne) kunnen dan uitkomst bieden door bestaande voedingsmiddelen met extra nutriënten te verrijken. In eerste instantie wordt gekeken naar melk, maar wellicht kunnen de nanopeptiden ook aan andere voeding worden toegevoegd.
In melk vormen caseïne-eiwitten samen uiteenlopende structuren die zorgen voor het transport van de verschillende nutriënten, zoals calcium, zink en magnesium. Het onderzoek spitst zich in eerste instantie toe op het mechanisme waarmee de peptiden deze structuren vormen en hoe de nutriënten weer worden losgelaten. In tweede instantie kijken de wetenschappers of er een optimalisatie mogelijk is en of deze structuren ook geschikt gemaakt kunnen worden voor het transport van andere nutriënten.
Labtests en computersimulaties versterken elkaar
Ioana Ilie leidt als universitair docent computational chemistry aan de Universiteit van Amsterdam dit project, waarbij onder andere ook FrieslandCampina en het chemisch analysebedrijf InSpectT betrokken zijn. Ilie werkt samen met haar UvA-collega Alina Astefanei, die met complementaire technieken nanopeptiden bestudeert. Voor het project zijn twee postdocs aangesteld: een voor chemische analyse en een voor computermodellering. “Het is echt een interdisciplinair project met een analytische en een modelmatige kant en twee bedrijven.”
Het project bevindt zich nog in een vroege fase van fundamenteel onderzoek. Een belangrijk probleem is de complexiteit van het systeem. “Het meten van waar en hoe mineralen ingesloten worden in samengestelde eiwitten en hoe ze interacties aangaan, is lastig”, zegt Astefanei. Bij de computersimulaties bestaat het risico dat de modelmatige voorspellingen niet overeenkomen met experimentele waarnemingen. De onderzoekers willen dat ondervangen door experimentele gegevens te gebruiken in machine-learningmodellen en zo de modellen en voorspellingen te verfijnen. “Aan het eind van het project verwachten we een TRL 1 of 2, dus echt alleen meer inzicht in de mechanismes”, legt Ilie uit. “Wanneer we weten hoe dit werkt, kunnen we doorgaan met de valorisatie en het aanvragen van patenten. Daarvoor is wel aanvullende projectfinanciering noodzakelijk, waaraan we nu werken.”
Het voornemen van de consortiumpartners is om de inzichten en werkwijzen in wetenschappelijke open-accessartikelen te publiceren. Op de specifieke uitwerking daarvan in productformules willen de deelnemers vervolgens patenten aanvragen.
Klinische toepassing moet nog even wachten
Inmiddels is er een computermodel ontwikkeld dat gedeeltelijk verklaart hoe de nanopeptiden zich samenvoegen tot grotere structuren. Op basis van bekend experimenteel werk met eiwitbolletjes (micellen) hebben de onderzoekers eiwitten geïsoleerd en bestuderen ze nu de samengestelde structuren die ze vormen. De toepassing in de klinische praktijk laat nog zeker enkele jaren op zich wachten, verwacht Ilie. Na de productontwikkeling zijn toxicologische tests, klinische proeven en een goedkeuringstraject bij de toezichthouders nodig. “Ik verwacht niet dat het goedkeuringstraject zo lang duurt als bij een medicijnintroductie, maar het gaat alsnog een flinke tijd duren.”
Ondertussen willen de onderzoekers kijken of de ontwikkelde technieken ook breder toegepast kunnen worden dan alleen in koemelk. Ilie denkt aan andere dranken en plantaardige producten. “Niet iedereen drinkt melk, dus ligt het voor de hand te onderzoeken of ook andere voedingsmiddelen op deze manier verrijkt kunnen worden met nutriënten.” Ze verwijst daarbij naar ander onderzoek waarbij al haverpeptiden zijn gebruikt om ijzer te binden. Die zijn al gebruikt in klinische proeven bij vrouwen met bloedarmoede.
