Name: in vitro digestion of emulsions in a single droplet via multi subphase exchange of simulated gastrointestinal fluids
Uploaded: 2022-11-18T13:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In vitro Digestion of Emulsions in a Single Droplet via Multi Subphase Exchange of Simulated Gastrointestinal Fluids at JoVE.com

Denne forskning blev finansieret af projekter RTI2018-101309-B-C21 og PID2020-631-116615RAI00, finansieret af MCIN/AEI/10.13039/501100011033 og af "EFRU A way of making Europe". Dette arbejde blev (delvist) støttet af Biocolloid and Fluid Physics Group (ref. PAI-FQM115) ved Granada Universitet (Spanien).

1. Rengøringssekvens for alle glasvarer, der anvendes i overfladevidenskabelige eksperimenter
<ol><li>Skrub glasvarerne med en koncentreret rengøringsopløsning (se Materialetabel) fortyndet i vand (10%).</li>
	<li>Skyl grundigt med en sekvens af ledningsvand, propanol, destilleret vand og ultrarent vand. Tør i en kabine og opbevar i et lukket skab indtil brug.</li>
</ol>2. Forberedelse af prøver
<ol><li>Forbered kunstige fordøjelsesmedie...

<ol>
	<li>McClements, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biophysics+of+digestion:+Lipids.">The biophysics of digestion: Lipids.</a> Current Opinion in Food Science. 21, 1-6 (2018).</li><li>McClements, D. J., Li, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structured+emulsion-based+delivery+systems:+Controlling+the+digestion+and+release+of+lipophilic+food+components.">Structured emulsion-based delivery systems: Controlling the digestion and release of lipophilic food components.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 159 (2), 213-228 (2010).</li><li>Corstens, M. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Food-grade+micro-encapsulation+systems+that+may+induce+satiety+via+delayed+lipolysis:+A+review.">Food-grade micro-encapsulation systems that may induce satiety via delayed lipolysis: A review.</a> Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 57 (10), 2218-2244 (2017).</li><li>Aguilera-Garrido, A., del Castillo-Santaella, T., Galisteo-Gonz&#225;lez, F., G&#225;lvez-Ruiz, M. J., Maldonado-Valderrama, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigating+the+role+of+hyaluronic+acid+in+improving+curcumin+bioaccessibility+from+nanoemulsions.">Investigating the role of hyaluronic acid in improving curcumin bioaccessibility from nanoemulsions.</a> Food Chemistry. 351, 129301 (2021).</li><li>Rodr&#237;guez Patino, J. M., Carrera S&#225;nchez, C., Rodr&#237;guez Ni&#241;o, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implications+of+interfacial+characteristics+of+food+foaming+agents+in+foam+formulations.">Implications of interfacial characteristics of food foaming agents in foam formulations.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 140 (2), 95-113 (2008).</li><li>Wilde, P. J., Chu, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interfacial+&amp;+colloidal+aspects+of+lipid+digestion.">Interfacial &amp; colloidal aspects of lipid digestion.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 165 (1), 14-22 (2011).</li><li>Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A., Wege, H. A., Holgado-Terriza, J. A., Neumann, A. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Axisymmetric+drop+shape+analysis+as+penetration+Langmuir+balance.">Axisymmetric drop shape analysis as penetration Langmuir balance.</a> Review of Scientific Instruments. 70 (5), 2438-2444 (1999).</li><li>Maldonado-Valderrama, J., Muros-Cobos, J. L., Holgado-Terriza, J. A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bile+salts+at+the+air-water+interface:+Adsorption+and+desorption.">Bile salts at the air-water interface: Adsorption and desorption.</a> Colloids and surfaces B: Biointerfaces. 120, 176-183 (2014).</li><li>Maldonado-Valderrama, J., Terriza, J. A. H., Torcello-G&#243;mez, A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+digestion+of+interfacial+protein+structures.">In vitro digestion of interfacial protein structures.</a> Soft Matter. 9, 1043-1053 (2013).</li><li>Maldonado-Valderrama, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+in+vitro+digestion+at+oil-water+interfaces.">Probing in vitro digestion at oil-water interfaces.</a> Current Opinion in Colloid and Interface Science. 39, 51-60 (2019).</li><li>Brodkorb, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=INFOGEST+static+in+vitro+simulation+of+gastrointestinal+food+digestion.">INFOGEST static in vitro simulation of gastrointestinal food digestion.</a> Nature Protocols. 14 (4), 991-1014 (2019).</li><li>del Castillo-Santaella, T., Maldonado-Valderrama, J., Molina-Bolivar, J. A., Galisteo-Gonzalez, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+cross-linker+glutaraldehyde+on+gastric+digestion+of+emulsified+albumin.">Effect of cross-linker glutaraldehyde on gastric digestion of emulsified albumin.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 145, 899-905 (2016).</li><li>Macierzanka, A., Torcello-G&#243;mez, A., Jungnickel, C., Maldonado-Valderrama, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bile+salts+in+digestion+and+transport+of+lipids.">Bile salts in digestion and transport of lipids.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 274, 102045 (2019).</li><li>Maldonado-Valderrama, J., Torcello-G&#243;mez, A., del Castillo-Santaella, T., Holgado-Terriza, J. A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subphase+exchange+experiments+with+the+pendant+drop+technique.">Subphase exchange experiments with the pendant drop technique.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 222, 488-501 (2015).</li><li>Bellesi, F. A., Ruiz-Henestrosa, V. M. P., Maldonado-Valderrama, J., Del Castillo Santaella, T., Pilosof, A. M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+interfacial+in+vitro+digestion+of+protein+and+polysaccharide+oil/water+films.">Comparative interfacial in vitro digestion of protein and polysaccharide oil/water films.</a> Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 161, 547-554 (2018).</li><li>Del Castillo-Santaella, T., Sanmart&#237;n, E., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A., Arboleya, J. C., Maldonado-Valderrama, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+digestibility+of+&#946;-lactoglobulin+by+pulsed+light+processing:+A+dilatational+and+shear+study.">Improved digestibility of &#946;-lactoglobulin by pulsed light processing: A dilatational and shear study.</a> Soft Matter. 10 (48), 9702-9714 (2014).</li><li>Infantes-Garcia, M. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vitro+gastric+lipid+digestion+of+emulsions+with+mixed+emulsifiers:+Correlation+between+lipolysis+kinetics+and+interfacial+characteristics.">In vitro gastric lipid digestion of emulsions with mixed emulsifiers: Correlation between lipolysis kinetics and interfacial characteristics.</a> Food Hydrocolloids. 128, 107576 (2022).</li><li>del Castillo-Santaella, T., Cebri&#225;n, R., Maqueda, M., G&#225;lvez-Ruiz, M. J., Maldonado-Valderrama, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+in+vitro+digestibility+of+food+biopreservative+AS-48.">Assessing in vitro digestibility of food biopreservative AS-48.</a> Food Chemistry. 246, 249-257 (2018).</li><li>Torcello-G&#243;mez, A., Maldonado-Valderrama, J., J&#243;dar-Reyes, A. B., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A., Mart&#237;n-Rodr&#237;guez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pluronic-covered+oil-water+interfaces+under+simulated+duodenal+conditions.">Pluronic-covered oil-water interfaces under simulated duodenal conditions.</a> Food Hydrocolloids. 34, 54-61 (2014).</li><li>Minekus, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+standardised+static+in+vitro+digestion+method+suitable+for+food+-+an+international+consensus.">A standardised static in vitro digestion method suitable for food - an international consensus.</a> Food &amp; Function. 5 (6), 1113-1124 (2014).</li><li>Wege, H. A., Holgado-Terriza, J. A., Cabrerizo-V&#237;lchez, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+a+constant+surface+pressure+penetration+langmuir+balance+based+on+axisymmetric+drop+shape+analysis.">Development of a constant surface pressure penetration langmuir balance based on axisymmetric drop shape analysis.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 249 (2), 263-273 (2002).</li><li>del Castillo-Santaella, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyaluronic+acid+and+human/bovine+serum+albumin+shelled+nanocapsules:+Interaction+with+mucins+and+in+vitro+digestibility+of+interfacial+films.">Hyaluronic acid and human/bovine serum albumin shelled nanocapsules: Interaction with mucins and in vitro digestibility of interfacial films.</a> Food Chemistry. 383, 132330 (2022).</li><li>Aguilera-Garrido, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+serum+albumins+in+delivery+systems:+Differences+in+interfacial+behaviour+and+interacting+abilities+with+polysaccharides.">Applications of serum albumins in delivery systems: Differences in interfacial behaviour and interacting abilities with polysaccharides.</a> Advances in Colloid and Interface Science. 290 (5), 102365 (2021).</li></ol>

Denne artikel beskriver en generaliseret protokol til måling af in vitro fordøjelse af grænsefladelag ved hjælp af vedhængsdråbeudstyr. Protokollen kan justeres til eksperimentets specifikke krav ved at indstille sammensætningen af fordøjelsesbufferne, som er baseret på INFOGEST11,20 harmoniseret protokol for at lette sammenligning med litteratur. Fordøjelsesenzymerne og biosurfactanterne kan tilsættes individuelt, sekventielt eller sammen. De...

At forstå, hvordan fedt fordøjes, hvilket involverer emulsionsfordøjelse, er vigtigt for rationelt at designe produkter med skræddersyet funktionalitet1. Substratet til fedtfordøjelse er en emulsion, da fedt emulgeres ved forbrug ved mekanisk virkning og blanding med biosurfactanter i mund og mave. Det meste af det fedt, der forbruges af mennesker, er også allerede emulgeret (såsom mejeriprodukter), og i tilfælde af spædbørn eller nogle ældre mennesker er dette den eneste form for forbrug. Derfor er designet af emulsionsbaserede produkter med specifikke fordøjelsesprofiler meget vigtigt i ernæring1. Desuden kan emulsioner indkapsle og levere næringsstoffer, lægemidler eller lipofile bioaktive stoffer2 for at tackle forskellige gastrointestinale tilstande såsom fedme3, næringsstofbefæstning, fødevareallergier og fordøjelsessygdomme. I olie-i-vand-emulsioner er lipiddråber omgivet af grænsefladelag af emulgatorer, såsom proteiner, overfladeaktive stoffer, polymerer, partikler og blandinger4. Emulgatorernes rolle er todelt: stabilisere emulsionen5 og beskytte / transportere den indkapslede forbindelse til et bestemt sted. At opnå en skræddersyet fordøjelighed af emulsioner afhænger af deres oprindelige sammensætning, men kræver også overvågning af den kontinuerlige udvikling af denne grænseflade under transit gennem mave-tarmkanalen (figur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig01.jpg"> Figur 1: Anvendelse af grænsefladeteknik af emulsioner til at tackle nogle af de vigtigste gastrointestinale tilstande. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig01large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Lipidfordøjelse er i sidste ende en grænsefladeproces, fordi det kræver adsorption af lipaser (mave eller bugspytkirtel) på olie-vand-grænsefladen af emulgerede lipiddråber gennem grænsefladelaget for at nå og hydrolysere triglycerider indeholdt i olien til frie fedtsyrer og monoacylglycerider6. Dette er skematiseret i figur 2. Gastrisk lipase konkurrerer med pepsin og fosfolipider i maven for olie-vand-grænsefladen (figur 2, gastrisk fordøjelse). Derefter konkurrerer bugspytkirtellipase / colipase med trypsin / chymotrypsin, fosfolipider, galdesalte og fordøjelsesprodukter i tyndtarmen. Proteaser kan ændre grænsefladedækningen, forhindre eller favorisere lipaseadsorption, mens galdesalte er meget overfladeaktive og fortrænger det meste af det resterende emulgator for at fremme lipaseadsorption (figur 2, tarmfordøjelse). Til sidst afhænger hastigheden og omfanget af lipolyse af grænsefladeegenskaberne af den oprindelige / gastriske fordøjede emulsion, såsom tykkelsen, inter / intramolekylære forbindelser og elektrostatiske og steriske interaktioner. Følgelig tilbyder overvågning af udviklingen af grænsefladelaget, når det fordøjes, en eksperimentel platform til at identificere grænseflademekanismer og begivenheder, der påvirker lipaseadsorption og dermed lipidfordøjelse.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig02.jpg"> Figur 2: Skematisk diagram, der illustrerer grænsefladernes rolle i gastrointestinal lipidfordøjelse. Pepsinhydrolyse ændrer grænsefladesammensætningen i gastrisk fase, mens gastrisk lipase hydrolyserer triglycerider. I tyndtarmen hydrolyserer trypsin / chymotrypsin yderligere grænsefladefilmen, mens lipolyse fortsætter ved adsorption af BS / lipaser, hydrolyse af triglycerider og desorption af lipolytiske produkter ved opløselighed i BS-miceller / kompleks. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig02large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Vedhængsdråbeudstyret ved Granada Universitet (UGR) er implementeret med en patenteret teknologi, den koaksiale dobbeltkapillær, der muliggør subfaseudveksling af bulkopløsningen7. Kapillæren, der holder vedhængsdråben, består af et arrangement af to koaksiale kapillærer, der er uafhængigt forbundet med hver kanal i en dobbelt mikroinjektor. Hver mikroinjektor kan fungere uafhængigt, hvilket gør det muligt at udveksle det tabte indhold med gennemstrømning7. Subfaseudvekslingen består således af samtidig injektion af den nye opløsning med den indre kapillær og ekstraktion af bulkopløsningen med den ydre kapillær under anvendelse af samme strømningshastighed. Denne proces tillader udskiftning af bulkopløsningen uden forstyrrelse af grænsefladeområdet eller dråbens volumen. Denne procedure blev senere opgraderet til en multi-subfase udveksling, som tillader op til otte sekventielle underfaseudvekslinger af dråbebulkopløsningen8. Dette muliggør simulering af fordøjelsesprocessen i en enkelt vandig dråbe suspenderet i lipidmedier ved sekventielt at udveksle bulkopløsningen med kunstige medier, der efterligner de forskellige rum (mund, mave, tyndtarm). Hele opsætningen er repræsenteret i figur 3, herunder detaljerne i komponenterne. Sprøjterne i mikroinjektoren er forbundet med de otte viasventiler, der hver forbinder til et mikrocentrifugerør indeholdende den kunstige fordøjelsesvæske med komponenter beskrevet i figur 2.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig03.jpg"> Figur 3: Generel visning af OCTOPUS med alle komponenter. CCD-kameraet, mikroskopet, mikropositioner, termostabiliseret celle og dobbelt kapillær forbundet uafhængigt til en dobbelt mikroinjektor med to sprøjter forbundet til otte vias-ventiler. Hver sprøjte forbindes med kapillær, fire mikrocentrifugerør med prøve og en udledning. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig03large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Figur 4A viser, hvordan hver af de kunstige fordøjelsesvæsker injiceres i vedhænget dråbe ved underfaseudveksling gennem dobbeltkapillæren. Hver fordøjelsesforbindelse, der er beskrevet i figur 2 , kan påføres samtidigt / sekventielt og simulere passagen gennem mave-tarmkanalen. De kunstige fordøjelsesvæsker indeholder forskellige enzymer og biosurfactanter, som ændrer grænsefladespændingen i den oprindelige emulgator, som skematiseret i figur 4B. Softwaren DINATEN (se Materialetabel), der også er udviklet på UGR, registrerer udviklingen af grænsefladespændingen i realtid, når det oprindelige grænsefladelag fordøjes in vitro. Efter hver fordøjelsesfase beregnes grænsefladelagets dilatationselasticitet også ved at pålægge periodiske svingninger af volumen / grænsefladeområde på det stabiliserede grænsefladelag og registrere reaktionen af grænsefladespændingen. Perioden/frekvensen og amplituden af svingningen kan varieres, og billedbehandling med softwaren CONTACTO giver de dilatationelle reologiske parametre8.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig04.jpg"> Figur 4: Eksempler på fordøjelsesprofiler . (A) Det oprindelige emulgatorlag udsættes for kunstige fordøjelsesmedier anbragt i mikrocentrifugen ved sekventiel subfaseudveksling af de forskellige opløsninger i vedhængsdråben. (B) Den generelle udvikling af grænsefladespændingen (y-aksen) af den oprindelige emulgator som funktion af tiden (x-aksen), som den fordøjes in vitro af de forskellige enzymer/biosurfactanter i de kunstige medier. En endelig subfaseudveksling med almindelig tarmvæske måler desorptionen af fordøjet lipid ved opløselighed i blandede miceller. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig04large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af denne figur.</a>
Denne undersøgelse præsenterer den generelle protokol designet til at måle in vitro fordøjelse af grænsefladelag med vedhængdrop udstyr 9. Det indledende grænsefladelag udsættes sekventielt for forhold, der efterligner passagen gennem mave-tarmkanalen, som afbildet i figur 2. Disse forskellige fordøjelsesmedier injiceres i vedhængsdråben ved subfaseudveksling af de forskellige opløsninger indeholdt i mikrocentrifugerørene (figur 4A). Sammensætningen af disse medier kan tilpasses afhængigt af de gastrointestinale tilstande, der vil blive evalueret, nemlig gastrisk / intestinal proteolyse / lipolyse, hvilket gør det muligt at måle kumulative virkninger og sinergier10. De eksperimentelle betingelser, der bruges til at efterligne fordøjelsesprocessen i hvert rum, følger den internationale konsensusprotokol offentliggjort af INFOGEST, der beskriver pH og mængder af elektrolytter og enzymer11. Den eksperimentelle enhed baseret på vedhængsfald tillader optagelse af grænsefladespændingen in situ gennem hele den simulerede fordøjelsesproces. Den dilatationelle reologi af grænsefladelaget beregnes i slutningen af hvert fordøjelsestrin. På denne måde tilbyder hver emulgator en fordøjelsesprofil, der illustrerer egenskaberne af de fordøjede grænseflader, som afbildet i figur 4B. Dette gør det muligt at udtrække konklusioner vedrørende dets modtagelighed eller modstand mod de forskellige stadier af fordøjelsesprocessen. Generelt indeholder det kunstige fordøjelsesmedie syre / basisk pH, elektrolytter, proteaser (mave og tarm), lipaser (mave og tarm), galdesalte og phospholipider, som opløses i deres respektive fordøjelsesvæsker (mave eller tarm). Figur 4B viser en generisk profil af udviklingen af en emulgators grænsefladespænding, først udsat for proteasevirkning efterfulgt af lipaser. Generelt fremmer proteolyse af grænsefladelaget en stigning i grænsefladespændingen på grund af desorptionen af hydrolyserede peptider9,12, mens lipolyse resulterer i en meget stejl reduktion i grænsefladespændingen på grund af adsorptionen af galdesalte og lipaser 13. En endelig subfaseudveksling med tarmvæske nedbryder bulkopløsningen af uadsorberet / fordøjet materiale og fremmer desorptionen af opløselige forbindelser og opløselsen af fordøjede lipider i blandede miceller. Dette kvantificeres af den registrerede øgede grænsefladespænding (figur 4B).
Sammenfattende giver det eksperimentelle design, der er implementeret i vedhængsdråben for at simulere in vitro-fordøjelsen i en enkelt dråbe, mulighed for at måle kumulative effekter og synergier, når fordøjelsesprocessen påføres sekventielt på det oprindelige grænsefladelag10. Sammensætningen af hvert fordøjelsesmedie kan let indstilles til at tage højde for de særlige forhold i fordøjelsesforholdene, herunder gastrointestinale patologier eller spædbarns fordøjelsesmedier14. Derefter kan identifikation af grænseflademekanismerne, der påvirker proteolyse og lipolyse, bruges til at modulere fordøjelsen ved grænsefladeteknik af emulsioner. De opnåede resultater kan anvendes til design af nye fødevarematricer med skræddersyede funktioner såsom lav allergenicitet, kontrolleret energiindtag og nedsat fordøjelighed 15,16,17,18,19.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Alpha-chymotrypsin from bovine pancreas</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C4129</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beta-lactoglobulin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L0130</td>
			<td>Emulsfier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>9048-46-8</td>
			<td>Emulsfier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CaCl2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10043-52-4</td>
			<td>Electrolyte</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Kronton instruments</td>
			<td>Centrikon T-124</td>
			<td>For separating oil and resins</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Citrus pectin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9135</td>
			<td>Emulsfier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>co-lipase FROM PORCINE PANCREAS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C3028</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CONTACTO</td>
			<td>University of Granada (UGR)</td>
			<td></td>
			<td>https://core.ugr.es/dinaten/, last access: 07/18/2022</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DINATEN</td>
			<td>University of Granada (UGR)</td>
			<td></td>
			<td>https://core.ugr.es/dinaten/, last access: 07/18/2022</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gastric lipase</td>
			<td>Lipolytech</td>
			<td>RGE15-1G</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Human Serum Albumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>70024-90-7</td>
			<td>Emulsifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>INFOGEST</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www.proteomics.ch/IVD/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipase from porcine pancreas, type II</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L33126</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium metasilicate resins</td>
			<td>Fluka</td>
			<td>1343-88-0</td>
			<td>Resins to purify oil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micro 90</td>
			<td>International products</td>
			<td>M-9051-04</td>
			<td>Cleaner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>7647-14-5</td>
			<td>Electrolyte</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaH2PO4</td>
			<td>Scharlau</td>
			<td>10049-21-5</td>
			<td>To prepare buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OCTOPUS</td>
			<td>Producciones Cient&#237;ficas y T&#233;cnicas S.L. (G&#243;jar, Spain)</td>
			<td></td>
			<td>Pendandt Drop Equipment implemented with multi subphase exchange</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olive oil</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>1514</td>
			<td>oil</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pancreatic from porcine pancreas</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P7545-25 g</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pepsin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6887</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F127</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P2443</td>
			<td>Emulsifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pluronic F68</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P1300</td>
			<td>Emulsfier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium deoxycholate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td>Bile salts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium glycodeoxycholate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C9910</td>
			<td>Bile salts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium taurocholate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>86339</td>
			<td>Bile salts</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Filter</td>
			<td>Millex-DP</td>
			<td>SLGP033R</td>
			<td>&#160;Syringe Filter 0.22 &#181;m pore size polyethersulfone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T1426</td>
			<td>Enzyme</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vitro digestion of emulsions in a single droplet via multi subphase exchange of simulated gastrointestinal fluids

Emulsioner bruges i øjeblikket til at indkapsle og levere næringsstoffer og lægemidler til at tackle forskellige gastrointestinale tilstande såsom fedme, næringsstofbefæstning, fødevareallergier og fordøjelsessygdomme. En emulsions evne til at tilvejebringe den ønskede funktionalitet, nemlig at nå et bestemt sted i mave-tarmkanalen, hæmme / forsinke lipolyse eller lette fordøjeligheden, afhænger i sidste ende af dets modtagelighed for enzymatisk nedbrydning i mave-tarmkanalen. I olie-i-vand-emulsioner er lipiddråber omgivet af grænsefladelag, hvor emulgatorerne stabiliserer emulsionen og beskytter den indkapslede forbindelse. At opnå en skræddersyet fordøjelighed af emulsioner afhænger af deres oprindelige sammensætning, men kræver også overvågning af udviklingen af disse grænsefladelag, da de udsættes for forskellige faser af gastrointestinal fordøjelse. En pendel drop overflade film balance implementeret med en multi-subfase udveksling gør det muligt at simulere in vitro fordøjelsen af emulsioner i en enkelt vandig dråbe nedsænket i olie ved at anvende en tilpasset statisk fordøjelsesmodel. Transitten gennem mave-tarmkanalen efterlignes ved subfaseudvekslingen af den oprindelige dråbemasseopløsning med kunstige medier, der efterligner de fysiologiske tilstande i hvert rum / trin i mave-tarmkanalen. Den dynamiske udvikling af grænsefladespændingen registreres in situ gennem hele den simulerede gastrointestinale fordøjelse. De mekaniske egenskaber ved fordøjede grænseflader, såsom grænsefladedilatationselasticitet og viskositet, måles efter hver fordøjelsesfase (oral, mave, tyndtarm). Sammensætningen af hvert fordøjelsesmedie kan indstilles til at tage højde for de særlige forhold i fordøjelsesforholdene, herunder gastrointestinale patologier og spædbarns fordøjelsesmedier. De specifikke grænseflademekanismer, der påvirker proteolyse og lipolyse, identificeres, hvilket giver værktøjer til at modulere fordøjelsen ved grænsefladeteknik af emulsioner. De opnåede resultater kan manipuleres til design af nye fødevarematricer med skræddersyede funktionaliteter såsom lav allergenicitet, kontrolleret energiindtag og nedsat fordøjelighed.

Dette afsnit viser forskellige eksempler på fordøjelsesprofiler målt med OCTOPUS. Det generelle udseende af de simulerede fordøjelsesprofilmatch er vist i figur 4B. Grænsefladespændingen er normalt repræsenteret mod tiden i fordøjelsesprofilen. De forskellige faser/fordøjelsestrin, der overvejes, er repræsenteret i forskellige farver. Den første fase danner det indledende lag og svarer til adsorptionsfasen af emulgatoren eller proteinet / overfladeaktivt stof / polymer, afhængigt...

Watch this Scientific Journal Video about In vitro Digestion of Emulsions in a Single Droplet via Multi Subphase Exchange of Simulated Gastrointestinal Fluids at JoVE.com

In vitro Digestion of Emulsions in a Single Droplet via Multi Subphase Exchange of Simulated Gastrointestinal Fluids

En pendel drop overflade film balance implementeret med en multi-subfase udveksling, kaldet OCTOPUS, giver mulighed for at efterligne fordøjelsesforholdene ved sekventiel subfase udveksling af den oprindelige bulkopløsning med simulerede gastrointestinale væsker. Den simulerede in vitro-fordøjelse overvåges ved at registrere in situ grænsefladespændingen i det fordøjede grænsefladelag.

In vitro fordøjelse af emulsioner i en enkelt dråbe via multifaseudveksling af simulerede gastrointestinale væsker

Emulsions are currently being used to encapsulate and deliver nutrients and drugs to tackle different gastrointestinal conditions such as obesity, ...

Vores metode giver model til at undersøge, hvordan følelser fordøjes ved at simulere fordøjelsesprocessen i en enkelt aquas-dråbe, som er dækket af emulgator og nedsænket i oliefasen. Vi kan evaluere virkningen af forskellige emulgatorer og virkningen af forskellige fordøjelseskomponenter og designe grænseflader, der kan modstå eller forsinke fordøjelsen forskellige steder i mave-tarmkanalen. Vi kan måle grænsefladespændinger i C2 gennem hele den simulerede fordøjelsesproces og elasticiteten og viskositeten af grænsefladelaget i slutningen af det fordøjelsestrin.Koncentrationerne og betingelserne for fordøjelsen kan justeres til forsøgets krav, og dette kan anvendes sekventielt eller samtidig tillade at evaluere synergisme og kumulative virkninger. Og vi arbejder med en enkelt dråbe, så vi har brug for en meget lav mængde prøve, og vi har høj præcisionskontrol af eksperimentelle variabler. Vi har anvendt denne teknik til at designe en strategi for at overtage dette.En af disse tilgange er at designe i det fossile lag, der trækker sig tilbage eller modtager lipolyseprocessen. En anden tilgang er brugen af lipaseinnovatører, og vi har undersøgt grænseflademekanismen for lipase. Denne enhed blev oprindeligt udviklet til at studere fordøjelsen in vitro.Ikke desto mindre kan det bruges til studiemono og interaktion med lipid, og kan også anvendes til automatisk at studere den kritiske mikrokoncentration. Den eksperimentelle teknik er tilgængelig. En manuel forsker er blevet uddannet til at bruge det på en uge.Du skal rense udstyret grundigt og rense prøverne og olien for at forhindre tilstedeværelse af overfladeaktive forurenende stoffer. Du skal blive fortrolig med softwarecomputeren og lære at styre lysene og kapacitetspositionen og slippe af med små bobler. Til at begynde med, formel vanddråbe for at kontrollere overfladespændingen af vand ved stuetemperatur.Indstil differentialdensiteten til luftvand i venstre dialog, og mål overfladespændingen i realtid. i fem minutter. Fyld den rene knevt med mindst 0,002 liter ren vegetabilsk olie, og læg den i cuvetholderen i den termostatiske celle.Indstil differentialdensiteten til vegetabilsk olievand og injicer 40 mikroliter med en hastighed på 0,5 mikroliter pr. Sekund. Mål spændingen i realtid hvert sekund indtil injektionens afslutning. Dette er en simpel dynamisk proces.Gem derefter dataene og plot grænsefladespændingen som en funktion af dråbevolumen og et datablad. Kontroller, at dråbevolumenområdet giver en værdi for grænsefladespændingen uafhængigt af dråbevolumen for rent vand. Afbild grænsefladeområdet som en funktion af dråbevolumenet.Denne kurve vil senere blive brugt til at matche lydstyrken med det tilsvarende grænsefladeområde. Med den venstre sprøjte injiceres volumenet inden for området for konstant grænsefladespænding og registrerer grænsefladespændingen i fem minutter. Dette er for at kontrollere fraværet af overfladeaktive komponenter i systemet.For at udføre den indledende kontrol injiceres ca. 10 mikroliter af emulgatoropløsningen i kapillæren til dråbedannelse og registrerer absorptionen ved et konstant grænsefladeområde på ca. 20 kvadratmillimeter i en time. De nøjagtige værdier for volumen og areal kan opnås fra kalibreringskurven, der tidligere er afbildet. Programmer den fortyndende reologi ved at indstille amplituden af svingning til 1, 25 mikroliter i perioden til 10 sekunder.Programmer derefter absorptionen ved det valgte grænsefladeområde i 10 sekunder. Dernæst for at registrere gastrisk fordøjelsesprogram absorptionen på det valgte grænsefladeområde i 10 sekunder. Fyld den venstre sprøjte med væske fra ventil to.Injicer 125 mikroliter fra ventil to med fem mikroliter i sekundet med venstre sprøjte, og ekstraher samtidig det samme volumen med samme hastighed med den højre sprøjte. Dette er en visualisering af processen med underfaseudveksling af vand med methylenblåt. Tøm den højre sprøjte af for at komme ud af ventil otte, og læg igen den venstre sprøjte med væske fra ventil to.Gentag disse to trin 10 gange for at sikre fuldstændig underfaseudveksling med væske og ventil to og gastriske enzymer. Derefter registreres absorptionen i det valgte grænsefladeområde i en time, og fortyndingsreologien registreres som vist tidligere. For at registrere tarmfordøjelsen efter registrering af absorptionen i det valgte grænsefladeområde skal du fylde den venstre sprøjte med væske fra ventil tre og følge de samme trin, der er vist tidligere for at registrere mavefordøjelsen.På samme måde skal du fylde den venstre sprøjte med væske fra ventil fem efter registrering af absorptionen i det valgte grænsefladeområde og gentage resten af de trin, der bruges til at registrere gastrisk fordøjelse. Fyld mikrocentrifugerørene med det kunstige fordøjelsesmedium, og tilslut hver af dem til den respektive ventil med den tilsvarende slange. Fyld slangen i ventiler to til otte ved at rengøre fra ventil to, ventil tre, ventil fire og ventil fem til den udvendige udgang, der er ventil otte.Fyld slangen i ventil en ved at rengøre fra ventil en til ventil seks kapillær fem gange. Placer kapillæren i oliefasen, og læg den venstre sprøjte med ventil en. Start sekventielt behandling af den indledende kontrol gastrisk fordøjelse, tarmfordøjelse og desorption, gem dataene i slutningen af hver proces.Eksperimentelle resultater opnået for gastrisk fordøjelse af emulgatorer er vist i disse figurer. Gastrisk proteolyse af humant serumalbumin præsenteres her. Fordøjelsesmedier påføres ved underfaseudveksling med opløsninger ved 37 grader Celsius.Her repræsenterer blå den oprindelige buffer med protein og rød repræsenterer forenklet SGF med pepsin. Under subfaseudveksling med forenklet SGF og pepsin øges grænsefladespændingen på grund af hydrolysen af proteinet, som fortynder det oprindelige proteinlag. Det grafiske billede repræsenterer gastrisk lipolyse af citruspektin.Her repræsenterer blå den oprindelige buffer med citruspektin, gul repræsenterer forenklet SGF med gastrisk lipase, og grå repræsenterer forenklet SGF. Underfaser udveksling med gastrisk lipase reducerer overfladespændingen, mens underfaser udveksles med forenklet SGF, giver et nulrespons af grænsefladespændingen. Vist her er et eksempel på tarmfordøjelsesprofilerne.Absorption, desorption, profiler af biosalte, lipase og lipase plus galdesalte i forenklet SIF ved 37 grader Celsius præsenteres her. Det grafiske billede viser udviklingen af grænsefladespændingen ved lipolyse af to varianter af plueronic F127 og F68. Et kraftigt fald kan ses i grænsefladespændinger på grund af absorptionen af lipase og galdesalte og produktionen af frie fedtsyrer på tidligere dannede grænsefladefilm af F68 og F127 ved olievandsgrænsefladen.Desorptionstrinnet viser underfaseudvekslingen med forenklet SIF fra galdesalte, F68 og F127. In vitro-fordøjelsesprofilen for AS48 absorberede film ved luftvandsgrænsefladen i human- og bovinserumalbuminabsorberede film ved olivenolievandgrænsefladen. De repræsentative billeder viser grænsefladespændingen, udvidelseselasticiteten og udvidelsesviskositeten af in vitro-fordøjelsen af beta-lactoglobulinabsorberet film ved olivenoliegrænsefladen.Udvidelsesparametrene blev målt ved 1 hertz, 0,1 hertz og 0,01 hertz, efter at den fordøjede grænseflade var ækvilibreret i hvert trin. Det er vigtigt at matche kuglerne, når man programmerer processen med de tilsvarende centrifugerør, kapillær eller akse, udviklingen af dråbestedsfordelingen, derefter sætter elektroforetisk mobilitet et potentiale for dråber, og den aminofrie fedtsyre, der produceres i lipolyse, giver supplerende information til at svare til fund fra grænsefladespænding. Denne teknik giver grænsefladelag med forskellige fordøjelighedsprofiler til at levere næringsstoffer og lægemidler på forskellige steder i mave-tarmkanalen og også til at udvikle nye indkapslingssystemer.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

In vitro Digestion of Emulsions in a Single Droplet via Multi Subphase Exchange of Simulated Gastrointestinal Fluids

Detection of the pH-dependent Activity of Escherichia coli Chaperone HdeB In Vitro and In Vivo

Detection of the pH-dependent Activity of Escherichia coli Chaperone HdeB In Vitro and In Vivo

Påvisning af pH-afhængige aktivitet af<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Chaperone HdeB<em&gt; In vitro</em&gt; og<em&gt; In vivo</em

Bacteria are frequently exposed to environmental changes, such as alterations in pH, temperature, redox status, light exposure or mechanical force. Many ...

Thermostabilization, Expression, Purification, and Crystallization of the Human Serotonin Transporter Bound to S-citalopram

Thermostabilization, Expression, Purification, and Crystallization of the Human Serotonin Transporter Bound to S-citalopram

Termostabilisering, Expression, Rensning, og Krystallisation af Human Serotonin Transporter Bundet til<em&gt; S</em&gt; -citalopram

The serotonin transporter is a sodium and chloride-coupled transporter that &#34;pumps&#34; extracellular serotonin into cells. S-citalopram is a drug ...

Time-resolved ElectroSpray Ionization Hydrogen-deuterium Exchange Mass Spectrometry for Studying Protein Structure and Dynamics

Time-løst elektrosprayioniserings Brint-deuterium Exchange-massespektrometri til at studere proteiners struktur og Dynamics

Intrinsically disordered proteins (IDPs) have long been a challenge to structural biologists due to their lack of stable secondary structure elements. ...

Preparation of Keratin Hydrolysate from Chicken Feathers and Its Application in Cosmetics

Forberedelse af Keratin hydrolysat fra kylling fjer og dens anvendelse i kosmetik

Keratin hydrolysates (KHs) are established standard components in hair cosmetics. Understanding the moisturizing effects of KH is advantageous for ...

Isolation and Respiratory Measurements of Mitochondria from Arabidopsis thaliana

Isolation and Respiratory Measurements of Mitochondria from Arabidopsis thaliana

Isolation og respiratoriske målinger af mitokondrier fra Arabidopsis thaliana

Mitochondria are essential organelles involved in numerous metabolic pathways in plants, most notably the production of adenosine triphosphate (ATP) from ...

A Colorimetric Method for Measuring Iron Content in Plants

En kolorimetriske metode til måling af jernindhold i planter

Iron, one of the most important micronutrients in living organisms, is involved in basic processes, such as respiration and photosynthesis. Iron content ...

Quantification of Hypopigmentation Activity In Vitro

Kvantificering af hypopigmentering aktivitet In Vitro

This study presents laboratory methods for the quantification of hypopigmentation activity in vitro. Melanin, the major pigment in melanocytes, is ...

Fluorescent Visualization of Mango-tagged RNA in Polyacrylamide Gels via a Poststaining Method

Fluorescerende visualisering af mango-Tagged RNA i polyacrylamid gels via en Poststaining metode

Native and denaturing polyacrylamide gels are routinely used to characterize ribonucleoprotein (RNP) complex mobility and to measure RNA size, ...

Ion Exchange Chromatography (IEX) Coupled to Multi-angle Light Scattering (MALS) for Protein Separation and Characterization

Ion Exchange Chromatography IEX Coupled to Multi-angle Light Scattering MALS for Protein Separation and Characterization

Ionbytning kromatografi (IEX) koblet til multi-vinkel lysspredning (MALS) for Protein adskillelse og karakterisering

Ion-exchange chromatography with multi-angle light scattering (IEX-MALS) is a powerful method for protein separation and characterization. The combination ...

An In Vitro Single-Molecule Imaging Assay for the Analysis of Cap-Dependent Translation Kinetics

An In Vitro Single-Molecule Imaging Assay for the Analysis of Cap-Dependent Translation Kinetics

En In Vitro Single-Molecule Imaging Assay til analyse af cap-afhængige oversættelse kinetik

Cap-dependent protein synthesis is the predominant translation pathway in eukaryotic cells. While various biochemical and genetic approaches have allowed ...