Nieuwe methoden voor risico- en gezondheidsanalyse producten *

Veel gezondheids- en veiligheidsonderzoek vindt plaats naar de afzonderlijke stoffen die in voeding voorkomen. Zo richt het gezondheidsonderzoek zich op het meten van de gehalten aan bioactieve vitamines, mineralen en (secundaire) metabolieten en het veiligheidsonderzoek op de contaminanten in voeding, zoals dioxines, residuen van behandelingsmiddelen en mycotoxinen. Onze voeding is echter geen mengsel van stoffen in een neutrale omgeving, maar een complexe matrix waarin stoffen met elkaar interacteren. Door de bioactieve effecten van het hele product centraal te zetten, kunnen de werkelijke effecten van voeding beter worden voorspeld.

Door de interactie van de afzonderlijke componenten in een voedselproduct is het uiteindelijke effect op productniveau niet een simpele optelsom van de effecten van de afzonderlijke componenten. In een productmatrix kunnen componenten bijvoorbeeld aan elkaar vast gaan zitten, waardoor hun biobeschikbaarheid verandert. Ook kunnen bioactieve stoffen worden omgezet of afgebroken door andere stoffen of enzymen aanwezig in het product, of door het maag-darm-leversysteem van de mens (biotransformatie of metabolisatie). Ook kan het gebeuren dat andere componenten in het product de darmopname en doorlaatbaarheid van de bioactieve stof beïnvloeden. Onderzoek geeft voorbeelden voor deze effecten van productmatrix. Zo vonden Cheng et al. (1) dat het Botulinum neurotoxine type A twee keer minder toxisch is in magere melk dan in een waterige oplossing. Een ander voorbeeld is het flavonoid epigallocatechinegallate aanwezig in onder meer thee: de biobeschikbaarheid van deze stof is beduidend groter bij het innemen van enkel een extract van groene thee dan in combinatie met andere voedselproducten (2).

Bewustzijn

Het is belangrijk dat onderzoekers deze interacties meenemen in hun effectanalyses, zowel bij toxicologisch onderzoek als bij gezondheidsonderzoek, omdat realistische voorspellingen over een product pas gedaan kunnen worden als de bioactiviteit ook daadwerkelijk op productniveau is onderzocht. Weliswaar zijn er theoretische modellen voor gezondheids- of risicoanalyses van stoffen in de maak, maar ook die houden geen rekening met het enorme aantal mogelijke interacties tussen de verschillende componenten van het product of maaltijd. Bovendien zijn voedselproducten variabel in samenstelling, door variaties in gebruikte rassen, productie- en teeltmethoden, oogst- en slachtmomenten, voeders en additieven, bewaarperioden, verwerkingsmethoden (3). Hierdoor is het moeilijk, zo niet onmogelijk, om voor een specifiek product als appelsap, een vaste (generieke) uitspraak te doen over de potentiële gezondheids- of risico-effecten enkel op basis van inhoudsstoffenanalyse. Zelfs niet met een goed opgezette langdurige klinische studie met een groot aantal proefpersonen en alle mogelijke biomarkers. Want voor een vergelijkbaar, maar toch net weer ander appelsapproduct, zou het effect geheel anders kunnen uitpakken vanwege het gebruik van een ander appelras, een andere pasteurisatiemethode, of door toevoegingen of menging met bijvoorbeeld abrikoos. In principe zou je dus voor elke verandering aan een product een nieuwe klinische studie moeten uitvoeren. Dat maakt voedingsonderzoek echter onbetaalbaar en dus is er een grote behoefte aan methoden die op een snelle en relatief goedkope manier de gezondheids- en risico-effecten van een heel product kunnen analyseren, of in ieder geval goed kunnen benaderen. Binnen Wageningen UR (WUR) worden momenteel dergelijke methoden ontwikkeld.

Focus op darm- en immuunsysteem

De proof of principle voor deze benadering zoeken de onderzoekers van WUR in methoden die de effecten van voeding op bepaalde darmfuncties in kaart brengen. Hierbij wordt het eerste deel van de spijsvertering gesimuleerd, waarna verschillende darmsystemen aan dit in vitro verteerde product worden blootgesteld. De te gebruiken darmsystemen lopen uiteen van in vitro studies (in de reageerbuis), ex vivo studies (met stukjes geïsoleerde darm) tot in situ studies (stukjes darm in hun natuurlijke omgeving). Het grootschalig monitoren van de aanwezigheid, stabiliteit, biotransformatie/metabolisatie en opname van stoffen in deze modellen geeft inzicht in de oorzaak voor verschillen tussen zuivere componenten en hele producten.

De volgende stap is het koppelen van de effecten die zijn gemeten in de verschillende darmsysteemmodellen aan de effecten die in vivo optreden. Dergelijke stappen zijn soms moeilijk te maken, zeker in humane studies. Diermodellen zoals minivarkens, waarvan het darm- en immuunsysteem veel overeenkomsten vertoont met dat van de mens, vormen een goed en experimenteel beter toegankelijk alternatief voor de mens. WUR is nu bezig om een database aan te leggen waarin de effecten van producten worden vastgelegd zoals die in de verschillende modellen zijn gemeten.

Gekweekte darmcellen

Door gebruik te maken van dierlijke of menselijke cellijnen die lijken op darmcellen en oneindig vermeerderd kunnen worden, zijn we in staat om in het laboratorium darmwandjes na te bootsen. Voordat een product wordt blootgesteld aan de darm, kan het product behandeld worden met een in vitro digestiemodel dat het bovenste deel van de spijsvertering (mond, maag en dunne darm) in de mens simuleert. Met het darmmodel kunnen vervolgens naast de opname/biobeschikbaarheid op productniveau ook de effecten op de darm zelf worden onderzocht. Hierbij valt te denken aan detoxificatie, zoals broccoli dat kan induceren (4) en effecten op genexpressie in de darmcel. Hieronder vallen ook de effecten op de Tight Junctions tussen de darmcellen, die de darm afschermen en er voor zorgen dat ongewenste componenten en pathogenen niet vanuit de darm het lichaam binnendringen. WUR doet dit soort onderzoek voornamelijk met hele producten (5). Ditzelfde model wordt ook succesvol ingezet om de passage door de darm en toxische effecten van contaminanten zoals zilver nanodeeltjes te identificeren (6).

Ex vivo darmmodel

Het Ussing chamber model is een fysiologisch systeem waarmee het transport en metabolisme van nutriënten, ionen en stoffen (o.a. medicijnen) over het epitheel van verschillende weefsels kan worden gemeten. Het meest bestudeerde weefsel in het Ussing chamber model is de darm. Door in de Ussing chamber een stukje darm, bijv. van varken of rat, tussen twee kweekcompartimenten op te spannen en aan de apicale kant de voedselproducten toe te voegen, kan niet alleen het metabolisme en transport van de inhoudsstoffen worden onderzocht, maar ook het effect op de genexpressie en het metaboliserend vermogen van de darmcellen. Op deze wijze wordt het dus mogelijk zowel de toxische en gezondheidbevorderende effecten op de darmcel, als de biobeschikbaarheid te onderzoeken bij verschillende voedingsmatrixen.

In situ analyse bij varkens

De in situ techniek is oorspronkelijk ontwikkeld om het effect van voedselproducten op ziekmakende bacteriën zoals Escherichia coli en Salmonella typhimurium in de dunne darm van varkens te meten (7). Naast de vloeistofopname (een belangrijke reactie van de darm op infectie met diarree als gevolg) kan ook het effect van voedselproducten op de activiteit van het darmepitheel op genexpressieniveau worden geanalyseerd. Zo kan het potentiële positieve effect van voedselproducten op het immuunsysteem van de darm in kaart worden gebracht. Door de darm van een dier op te delen in meerdere segmenten kunnen onderzoekers meerdere voedselproducten tegelijkertijd binnen één varken testen. Door de grote mate van (patho)fysiologische overeenkomst van het maagdarmkanaal tussen mensen en varkens zullen de analyses met varkens een goede voorspelling geven voor effecten die optreden bij de mens. Met deze in situ techniek is eerder gekeken naar het effect van gefermenteerde soja (tempé) en probiotica op de functionaliteit van de darm.

In vivo analyse

Bij in vivo studies is het belangrijk ook de opname van de potentiële gezonde of risicocomponenten te analyseren, om zo de uiteindelijke beoordelaars te overtuigen van het werkingsmechanisme van de potentiële werkzame stof. Het analyseren van deze componenten in bloed is niet makkelijk en vereist state-of-the-art analytische apparatuur. In veel onderzoeken zijn componenten in bloed, speeksel, urine of borstmelk geanalyseerd op basis waarvan de opname van een product kon worden bepaald.

Beoordeling voedingsmiddelen

Eisen aan de veiligheid van voedingsmiddelen zijn vastgelegd in EU Verordening 178/2002 (General Food Law). Daarnaast zijn er specifieke verordeningen voor productcategorieën, zoals EU Verordening 258/97 (Novel Food Regulation). De communicatie naar de consument over de gehaltes aan nutriënten en over de gezondheidseffecten daarvan is geregeld in EU Verordening 1924/2006 (Nutrition and Health Claims Regulation) en in EU Verordening 1169/2011 (Food Labelling Regulation). Hoewel de teneur in de berichtgeving soms anders doet vermoeden, bieden de regels rond veiligheid en gezondheidseffecten van voedingsmiddelen ook kansen via een case-by-case benadering, zolang de onderbouwing maar zorgvuldig is. Door gebruik te maken van relevante analyses en methoden die mechanismen onderbouwen zijn er kansen om innovaties sneller, meer kostenbewust, met minder gebruik van proefdieren en met een grotere kans van slagen naar de markt te brengen.

Referenties

• 1Cheng LW, Onisko B, Johnson EA, Reader JR, Griffey SM, Larson AE, Tepp WH, Stanker LH, Brandon DL, Carter JM. Effects of purification on the bioavailability of botulinum neurotoxin type A. Toxicology. 2008, 249(2-3):123-9.

• 2Chow HH, Hakim IA, Vining DR, Crowell JA, Ranger-Moore J, Chew WM, Celaya CA, Rodney SR, Hara Y, Alberts DS. Effects of dosing condition on the oral bioavailability of green tea catechins after single-dose administration of Polyphenon E in healthy individuals. Clin Cancer Res. 2005, 11(12):4627-33.

• 3Capanoglu E, Beekwilder J, Boyacioglu D, De Vos CHR, Hall RD. The effect of industrial food processing in potentially health-beneficial tomato antioxidants. Critical Review in Food Science and Nutrition 2010, 50 (10): 913-930.

• 4Vreeburg RA, Bastiaan-Net S, Mes JJ. Normalization genes for quantitative RT-PCR in differentiated Caco-2 cells used for food exposure studies. Food Funct. 2011, 2(2):124-9.

• 5Vreeburg RA, van Wezel EE, Ocaña-Calahorro F, Mes JJ. Apple extract induces increased epithelial resistance and claudin 4 expression in Caco-2 cells. J Sci Food Agric. 2012, 92(2):439-44.

• 6Bouwmeester H, Poortman J, Peters RJ, Wijma E, Kramer E, Makama S, Puspitaninganindita K, Marvin HJ, Peijnenburg AA, Hendriksen PJ. Characterization of translocation of silver nanoparticles and effects on whole-genome gene expression using an in vitro intestinal epithelium coculture model. ACS Nano 2011, 5:4091-103.

• 7Van der Meulen J, Hulst MM, Smits MA, Schuurman T. Small intestinal segment perfusion test in piglets: future applications in studying probiotics-gut crosstalk in infectious diarrhoea? Benef Microbes. 2010 Nov;1(4):439-45.

Dit artikel verscheen in Voeding Nu nummer 3/4 van maart/april 2013 op bladzijde 24