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

Dit onderzoek werd gefinancierd door de projecten RTI2018-101309-B-C21 en PID2020-631-116615RAI00, gefinancierd door MCIN/AEI/10.13039/501100011033 en door "ERDF A way of making Europe". Dit werk werd (gedeeltelijk) ondersteund door de Biocolloid and Fluid Physics Group (ref. PAI-FQM115) van de Universiteit van Granada (Spanje).

1. Reinigingsvolgorde voor al het glaswerk dat wordt gebruikt in oppervlaktewetenschappelijke experimenten
<ol><li>Schrob het glaswerk met een geconcentreerde reinigingsoplossing (zie Tabel met materialen) verdund in water (10%).</li>
	<li>Spoel grondig af met een reeks kraanwater, propanol, gedestilleerd water en ultrapuur water. Droog in een cabine en bewaar in een gesloten kast tot gebruik.</li>
</ol>2. Monstervoorbereiding
<ol><li>Bereid k...

<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>

Dit artikel beschrijft een gegeneraliseerd protocol om in vitro vertering van interfaciale lagen te meten met behulp van hangervalapparatuur. Het protocol kan worden aangepast aan de specifieke vereisten van het experiment door de samenstelling van de spijsverteringsbuffers af te stemmen, die zijn gebaseerd op het geharmoniseerde INFOGEST 11,20-protocol om vergelijking met literatuur te vergemakkelijken. De spijsverteringsenzymen en biosurfactanten kunne...

Begrijpen hoe vet wordt verteerd, waarbij emulsievergisting betrokken is, is belangrijk om producten rationeel te ontwerpen met op maat gemaakte functionaliteit1. Het substraat voor vetvertering is een emulsie omdat vet wordt geëmulgeerd bij consumptie door mechanische actie en vermenging met biosurfactanten in de mond en maag. Ook is het grootste deel van het vet dat door mensen wordt geconsumeerd al geëmulgeerd (zoals melkproducten) en in het geval van baby's of sommige ouderen is dit de enige vorm van consumptie. Daarom is het ontwerp van op emulsie gebaseerde producten met specifieke spijsverteringsprofielen erg belangrijk in voeding1. Bovendien kunnen emulsies voedingsstoffen, medicijnen of lipofiele bioactieve stoffen inkapselen en leveren2 om verschillende gastro-intestinale aandoeningen aan te pakken, zoals obesitas3, verrijking van voedingsstoffen, voedselallergieën en spijsverteringsziekten. In olie-in-water emulsies worden lipidedruppels omgeven door interfaciale lagen van emulgatoren zoals eiwitten, oppervlakteactieve stoffen, polymeren, deeltjes en mengsels4. De rol van emulgatoren is tweeledig: stabiliseer de emulsie5 en bescherm/transporteer de ingekapselde verbinding naar een specifieke locatie. Het bereiken van een op maat gemaakte verteerbaarheid van emulsies hangt af van hun oorspronkelijke samenstelling, maar vereist ook het monitoren van de continue evolutie van deze interface tijdens de transit door het maagdarmkanaal (figuur 1).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig01.jpg"> Figuur 1: Interfaciale engineering van emulsies toepassen om enkele van de belangrijkste gastro-intestinale aandoeningen aan te pakken. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig01large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Lipidenvertering is uiteindelijk een interfacial proces omdat het de adsorptie van lipasen (maag of pancreas) op het olie-water-grensvlak van geëmulgeerde lipidedruppels door de interfaciale laag vereist om de triglyceriden in de olie te bereiken en te hydrolyseren tot vrije vetzuren en monoacylglyceriden6. Dit is geschematiseerd in figuur 2. Maaglipase concurreert met pepsine en fosfolipiden in de maag voor de olie-water interface (Figuur 2, maagvertering). Vervolgens concurreren pancreaslipase / colipase met trypsine / chymotrypsine, fosfolipiden, galzouten en spijsverteringsproducten in de dunne darm. Proteasen kunnen de interfaciale dekking veranderen, waardoor lipase-adsorptie wordt voorkomen of begunstigd, terwijl galzouten zeer oppervlakteactief zijn en het grootste deel van de resterende emulgator verdringen om lipase-adsorptie te bevorderen (figuur 2, intestinale spijsvertering). Uiteindelijk zijn de snelheid en de omvang van lipolyse afhankelijk van de interfaciale eigenschappen van de initiële / maagverteerde emulsie, zoals de dikte, inter / intramoleculaire verbindingen en elektrostatische en sterische interacties. Dienovereenkomstig biedt het monitoren van de evolutie van de interfaciale laag terwijl deze wordt verteerd een experimenteel platform om interfaciale mechanismen en gebeurtenissen te identificeren die van invloed zijn op lipase-adsorptie en dus lipidenvertering.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig02.jpg"> Figuur 2: Schematisch diagram dat de rol van interfaces in gastro-intestinale lipidenvertering illustreert. Pepsinehydrolyse verandert de interfaciale samenstelling in de maagfase, terwijl maaglipase triglyceriden hydrolyseert. In de dunne darm hydrolyseren trypsine / chymotrypsine de interfaciale film verder, terwijl lipolyse verloopt door de adsorptie van BS / lipasen, de hydrolyse van triglyceriden en de desorptie van lipolytische producten door oplosbaarheid in de BS-micellen / complex. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig02large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
De hanger drop apparatuur aan de Universiteit van Granada (UGR) is geïmplementeerd met een gepatenteerde technologie, de coaxiale dubbele capillaire, die subfase uitwisseling van de bulkoplossing mogelijk maakt7. Het capillair, dat de hangerdruppel vasthoudt, bestaat uit een opstelling van twee coaxiale haarvaten die onafhankelijk verbonden zijn met elk kanaal van een dubbele micro-injector. Elke microinjector kan onafhankelijk werken, waardoor de gedropte inhoud kan worden uitgewisseld door through-flow7. Dienovereenkomstig bestaat de subfase-uitwisseling uit de gelijktijdige injectie van de nieuwe oplossing met het binnenste capillair en de extractie van de bulkoplossing met het buitenste capillair met hetzelfde debiet. Dit proces maakt de vervanging van de bulkoplossing mogelijk zonder verstoring van het interfaciale gebied of het volume van de druppel. Deze procedure werd later opgewaardeerd tot een multi-subfase-uitwisseling, die maximaal acht opeenvolgende subfase-uitwisselingen van de druppelbulkoplossing8 mogelijk maakt. Dit maakt de simulatie van het spijsverteringsproces mogelijk in een enkele waterige druppel gesuspendeerd in lipidische media door de bulkoplossing sequentieel uit te wisselen met kunstmatige media die de verschillende compartimenten (mond, maag, dunne darm) nabootsen. De hele opstelling is weergegeven in figuur 3, inclusief de details van de componenten. De spuiten in de microinjector zijn verbonden met de acht vias-kleppen, die elk worden aangesloten op een microcentrifugebuis met de kunstmatige spijsverteringsvloeistof met componenten die zijn beschreven in figuur 2.
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig03.jpg"> Figuur 3: Algemeen beeld van de OCTOPUS met alle componenten. De CCD-camera, microscoop, micropositioner, thermogestabiliseerde cel en dubbel capillair onafhankelijk verbonden met een dubbele micro-injector met twee spuiten verbonden met acht vias-kleppen. Elke spuit wordt aangesloten op capillair, vier microcentrifugebuizen met monster en één ontlading. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig03large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Figuur 4A laat zien hoe elk van de kunstmatige spijsverteringsvloeistoffen druppelsgewijs in de hanger wordt geïnjecteerd door subfase-uitwisseling via het dubbele capillair. Elke spijsverteringsverbinding zoals beschreven in figuur 2 kan gelijktijdig/sequentieel worden aangebracht, waarbij de passage door het maagdarmkanaal wordt gesimuleerd. De kunstmatige spijsverteringsvloeistoffen bevatten verschillende enzymen en biosurfactanten, die de interfaciale spanning van de initiële emulgator veranderen, zoals geschematiseerd in figuur 4B. De software DINATEN (zie Materiaaltabel), ook ontwikkeld aan de UGR, registreert de evolutie van de interfaciale spanning in real time terwijl de initiële interfaciale laag in vitro wordt verteerd. Ook wordt na elke spijsverteringsfase de dilatatie-elasticiteit van de interfaciale laag berekend door periodieke oscillaties van volume / interfacial gebied op de gestabiliseerde interfaciale laag op te leggen en de respons van de interfaciale spanning te registreren. De periode/frequentie en de amplitude van de oscillatie kunnen worden gevarieerd en beeldverwerking met de software CONTACTO levert de dilatatiereologische parameters8.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/64158/64158fig04.jpg"> Figuur 4: Voorbeelden van verteringsprofielen. (A) De initiële emulgatorlaag wordt onderworpen aan kunstmatige spijsverteringsmedia die in de microcentrifuge worden geplaatst door sequentiële subfase-uitwisseling van de verschillende oplossingen in de hangende druppel. (B) De algemene evolutie van de interfaciale spanning (y-as) van de initiële emulgator als functie van de tijd (x-as) zoals deze in vitro wordt verteerd door de verschillende enzymen/biosurfactanten in de kunstmatige media. Een laatste subfase-uitwisseling met gewoon darmvocht meet de desorptie van verteerd lipide door oplosbaarheid in gemengde micellen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/64158/64158fig04large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>
Deze studie presenteert het algemene protocol dat is ontworpen om de in vitro vertering van interfaciale lagen te meten met hangervalapparatuur9. De initiële interfaciale laag wordt achtereenvolgens onderworpen aan aandoeningen die de passage door het maagdarmkanaal nabootsen, zoals weergegeven in figuur 2. Deze verschillende spijsverteringsmedia worden in de hangende druppel geïnjecteerd door subfase-uitwisseling van de verschillende oplossingen in de microcentrifugebuizen (figuur 4A). De samenstelling van deze media kan worden aangepast afhankelijk van de gastro-intestinale aandoeningen die zullen worden geëvalueerd, namelijk maag / intestinale proteolyse / lipolyse, waardoor cumulatieve effecten en zondaarskunnen worden gemeten 10. De experimentele omstandigheden die worden gebruikt om het verteringsproces in elk compartiment na te bootsen, volgen het internationale consensusprotocol dat door INFOGEST is gepubliceerd en waarin de pH en hoeveelheden elektrolyten en enzymenworden beschreven 11. Het experimentele apparaat op basis van hangerval maakt het mogelijk om de interfaciale spanning in situ te registreren tijdens het gesimuleerde verteringsproces. De dilatationale reologie van de interfaciale laag wordt berekend aan het einde van elke spijsverteringsstap. Op deze manier biedt elke emulgator een verteringsprofiel dat de eigenschappen van de verteerde interfaces illustreert, zoals weergegeven in figuur 4B. Dit maakt het mogelijk om conclusies te trekken met betrekking tot de gevoeligheid of weerstand tegen de verschillende stadia van het spijsverteringsproces. Over het algemeen bevatten de kunstmatige spijsverteringsmedia zure / basische pH, elektrolyten, proteasen (maag en darm), lipasen (maag en darm), galzouten en fosfolipiden, die zijn opgelost in hun respectieve spijsverteringsvloeistoffen (maag of darm). Figuur 4B toont een generiek profiel van de evolutie van de interfaciale spanning van een emulgator, eerst onderworpen aan protease-actie, gevolgd door lipasen. Over het algemeen bevordert proteolyse van de interfaciale laag een toename van de interfaciale spanning als gevolg van de desorptie van gehydrolyseerde peptiden 9,12, terwijl lipolyse resulteert in een zeer steile vermindering van de interfaciale spanning als gevolg van de adsorptie van galzouten en lipasen13. Een laatste subfase-uitwisseling met darmvocht put de bulkoplossing van niet-geabsorbeerd / verteerd materiaal uit en bevordert de desorptie van oplosbare verbindingen en de oplosbaarheid van verteerde lipiden in gemengde micellen. Dit wordt gekwantificeerd door de toegenomen interfaciale spanning die is geregistreerd (figuur 4B).
Samenvattend, het experimentele ontwerp geïmplementeerd in de hangerdruppel om in vitro vertering in een enkele druppel te simuleren, maakt het mogelijk om cumulatieve effecten en synergieën te meten terwijl het spijsverteringsproces sequentieel wordt toegepast op de initiële interfaciale laag10. De samenstelling van elk spijsverteringsmedium kan eenvoudig worden afgestemd om rekening te houden met de bijzonderheden van de spijsverteringsaandoeningen, waaronder gastro-intestinale pathologieën of spijsverteringsmedia voor zuigelingen14. Vervolgens kan de identificatie van de interfaciale mechanismen die proteolyse en lipolyse beïnvloeden, worden gebruikt om de spijsvertering te moduleren door de interfaciale engineering van emulsies. De verkregen resultaten kunnen worden toegepast bij het ontwerpen van nieuwe voedselmatrices met op maat gemaakte functionaliteiten zoals lage allergeniciteit, gecontroleerde energie-inname en verminderde verteerbaarheid 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

Emulsies worden momenteel gebruikt om voedingsstoffen en medicijnen in te kapselen en te leveren om verschillende gastro-intestinale aandoeningen aan te pakken, zoals obesitas, verrijking van voedingsstoffen, voedselallergieën en spijsverteringsziekten. Het vermogen van een emulsie om de gewenste functionaliteit te bieden, namelijk het bereiken van een specifieke plaats in het maagdarmkanaal, het remmen / vertragen van lipolyse of het vergemakkelijken van de verteerbaarheid, hangt uiteindelijk af van de gevoeligheid voor enzymatische afbraak in het maagdarmkanaal. In olie-in-water emulsies worden lipidedruppels omgeven door interfaciale lagen, waar de emulgatoren de emulsie stabiliseren en de ingekapselde verbinding beschermen. Het bereiken van een op maat gemaakte verteerbaarheid van emulsies hangt af van hun oorspronkelijke samenstelling, maar vereist ook het monitoren van de evolutie van die interfaciale lagen terwijl ze worden onderworpen aan verschillende fasen van gastro-intestinale spijsvertering. Een hangende drop-oppervlaktefilmbalans geïmplementeerd met een multi-subfase-uitwisseling maakt het mogelijk om de in vitro vertering van emulsies te simuleren in een enkele waterige druppel ondergedompeld in olie door een aangepast statisch verteringsmodel toe te passen. De doorvoer door het maagdarmkanaal wordt nagebootst door de subfase-uitwisseling van de oorspronkelijke druppel bulkoplossing met kunstmatige media, waarbij de fysiologische omstandigheden van elk compartiment / stap van het maagdarmkanaal worden nagebootst. De dynamische evolutie van de interfaciale spanning wordt in situ vastgelegd gedurende de hele gesimuleerde gastro-intestinale spijsvertering. De mechanische eigenschappen van verteerde interfaces, zoals interfaciale dilatatie-elasticiteit en viscositeit, worden gemeten na elke verteringsfase (oraal, maag, dunne darm). De samenstelling van elk spijsverteringsmedium kan worden afgestemd om rekening te houden met de bijzonderheden van de spijsverteringsaandoeningen, waaronder gastro-intestinale pathologieën en spijsverteringsmedia voor zuigelingen. De specifieke interfaciale mechanismen die van invloed zijn op proteolyse en lipolyse worden geïdentificeerd en bieden hulpmiddelen om de spijsvertering te moduleren door de interfaciale engineering van emulsies. De verkregen resultaten kunnen worden gemanipuleerd voor het ontwerpen van nieuwe voedselmatrices met op maat gemaakte functionaliteiten zoals lage allergeniciteit, gecontroleerde energie-inname en verminderde verteerbaarheid.

Deze sectie toont verschillende voorbeelden van verteringsprofielen gemeten met de OCTOPUS. Het algemene uiterlijk van de gesimuleerde verteringsprofielovereenkomsten is weergegeven in figuur 4B. De interfaciale spanning wordt meestal weergegeven tegen de tijd in het spijsverteringsprofiel. De verschillende fasen/verteteringsstappen die worden overwogen, worden weergegeven in verschillende kleuren. De eerste fase vormt de eerste laag en komt overeen met de adsorptiefase van de emulgator of e...

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

Een hangende drop surface filmbalans geïmplementeerd met een multi-subfase uitwisseling, bijgenaamd de OCTOPUS, maakt het mogelijk om spijsverteringsproblemen na te bootsen door de sequentiële subfase-uitwisseling van de originele bulkoplossing met gesimuleerde gastro-intestinale vloeistoffen. De gesimuleerde in vitro vertering wordt gemonitord door in situ de interfaciale spanning van de verteerde interfaciale laag te registreren.

In vitro Vertering van emulsies in een enkele druppel via multi-subfase-uitwisseling van gesimuleerde gastro-intestinale vloeistoffen

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

Onze methode biedt een model om te onderzoeken hoe emoties worden verteerd door het proces van spijsvertering te simuleren in een enkele aquas-druppel, die wordt bedekt door emulgator en wordt ondergedompeld in de oliefase. We kunnen de impact van verschillende emulgatoren en de werking van verschillende spijsverteringscomponenten evalueren en interfaces ontwerpen die de spijsvertering op verschillende locaties in het maagdarmkanaal kunnen weerstaan of vertragen. We kunnen interfaciale spanning in C2 meten gedurende het hele gesimuleerde verteringsproces en de elasticiteit en viscositeit van de interfaciale laag aan het einde van de verteerstap.De concentraties en de omstandigheden van de spijsvertering kunnen worden aangepast aan de vereisten van het experiment, en dit kan sequentieel worden toegepast, of tegelijkertijd om synergisme en cumulatieve effecten te evalueren. En we werken met een enkele druppel, dus we hebben een zeer lage hoeveelheid monster nodig, en we hebben een hoge precisiecontrole van experimentele variabelen. We hebben deze techniek toegepast om een strategie te ontwerpen om dit over te nemen.Een van die benaderingen is om in de fossiele laag te ontwerpen die het proces van lipolyse met pensioen gaat of ontvangt. Een andere benadering is het gebruik van lipase-innovators en we hebben het interfaciale werkingsmechanisme van lipase onderzocht. Dit apparaat is oorspronkelijk ontwikkeld om de spijsvertering in vitro te bestuderen.Niettemin kan het worden gebruikt voor studiemono en interactie met lipide, en kan het ook worden toegepast om automatisch de kritische microconcentratie te bestuderen. De experimentele techniek is toegankelijk. Een handmatige onderzoeker is opgeleid om het in één week te gebruiken.U moet de apparatuur grondig reinigen en de monsters en olie zuiveren om de aanwezigheid van oppervlakteactieve verontreinigingen te voorkomen. Je moet vertrouwd raken met de softwarecomputer en leren om de lichten en de positie van de mogelijkheden te beheersen en kleine bubbels te verwijderen. Om te beginnen, formele waterdruppel om de oppervlaktespanning van water bij kamertemperatuur te controleren.Stel de differentiële dichtheid in op luchtwater in het linkerdialoogvenster en meet de oppervlaktespanning in realtime. gedurende vijf minuten. Vul de schone cuvet met minstens 0,002 liter schone plantaardige olie en plaats deze in de cuvethouder in de thermostatische cel.Stel de differentiële dichtheid in op plantaardig oliewater en injecteer 40 microliter met een snelheid van 0,5 microliter per seconde. Meet de spanning in real time elke seconde tot het einde van de injectie. Dit is een eenvoudig dynamisch proces.Sla vervolgens de gegevens op en plot de interfaciale spanning als functie van het druppelvolume en een gegevensblad. Controleer of het druppelvolumebereik een waarde biedt voor de interfaciale spanning die onafhankelijk is van het druppelvolume voor schoon water. Plot het interfaciale gebied als functie van het druppelvolume.Deze curve zal later worden gebruikt om het volume te matchen met het overeenkomstige interfaciale gebied. Injecteer met de linkerspuit het volume binnen het bereik van constante interfaciale spanning en noteer de interfaciale spanning gedurende vijf minuten. Dit is om de afwezigheid van oppervlakteactieve componenten in het systeem te controleren.Om de eerste controle uit te voeren, injecteert u ongeveer 10 microliter van de emulgatoroplossing in het capillair voor druppelvorming en registreert u de absorptie op een constant interfacial gebied van ongeveer 20 vierkante millimeter gedurende een uur. De exacte waarden van volume en oppervlakte kunnen worden verkregen uit de eerder uitgezette kalibratiecurve. Programmeer de verdunningsreologie door de amplitude van oscillatie in te stellen op 1,25 microliter in de periode tot 10 seconden.Programmeer vervolgens de absorptie op het geselecteerde interfaciale gebied gedurende 10 seconden. Vervolgens, om het maagverteringsprogramma te registreren, wordt de absorptie op het geselecteerde interfaciale gebied gedurende 10 seconden geregistreerd. Vul de linkerspuit met vloeistof uit klep twee.Injecteer 125 microliter uit klep twee met vijf microliter per seconde met de linkerspuit en extraheer tegelijkertijd hetzelfde volume met dezelfde snelheid met de rechterspuit. Dit is een visualisatie van het proces van subfase uitwisseling van water met methyleenblauw. Laad de rechterspuit uit om klep acht te verlaten en laad de linkerspuit opnieuw met vloeistof uit klep twee.Herhaal deze twee stappen 10 keer om volledige subfase-uitwisseling met vloeistof en klep twee en maagenzymen te garanderen. Noteer vervolgens de absorptie op het geselecteerde interfaciale gebied gedurende een uur en noteer de verdunningsreologie zoals eerder getoond. Om de darmvertering te registreren na het registreren van de absorptie op het geselecteerde interfaciale gebied, vult u de linkerspuit met vloeistof uit klep drie en volgt u dezelfde stappen die eerder zijn getoond voor het registreren van de maagvertering.Evenzo, om de desorptie te registreren, na het registreren van de absorptie op het geselecteerde interfaciale gebied, vult u de linkerspuit met vloeistof uit klep vijf en herhaalt u de rest van de stappen die worden gebruikt om de maagvertering te registreren. Vul de microcentrifugebuizen met de kunstmatige vergistingsmedia en verbind ze elk met de betreffende klep door de bijbehorende slang. Vul de slang in kleppen twee tot acht door te reinigen van klep twee, klep drie, klep vier en klep vijf naar de externe uitgang die klep acht is.Vul de slang in klep één door vijf keer van klep één naar klep zes capillair te reinigen. Plaats het capillair in de oliefase en laad de linkerspuit met klep één. Begin sequentieel met het verwerken van de initiële controle maagvertering, intestinale spijsvertering en desorptie, waarbij de gegevens aan het einde van elk proces worden opgeslagen.Experimentele resultaten verkregen voor de maagvertering van emulgatoren zijn weergegeven in deze cijfers. Maagproteolyse van humaan serumalbumine wordt hier gepresenteerd. Spijsverteringsmedia worden aangebracht door subfasen uitwisseling met oplossingen bij 37 graden Celsius.Hier vertegenwoordigt blauw de initiële buffer met eiwit en rood vertegenwoordigt vereenvoudigde SGF met pepsine. Tijdens subfase-uitwisseling met vereenvoudigde SGF en pepsine neemt de interfaciale spanning toe als gevolg van de hydrolyse van het eiwit, dat de initiële eiwitlaag verdunt. Het grafische beeld geeft de maaglipolyse van citruspectine weer.Hier vertegenwoordigt blauw de initiële buffer met citruspectine, geel vertegenwoordigt vereenvoudigde SGF met maaglipase en grijs vertegenwoordigt vereenvoudigde SGF. Subfasenuitwisseling met maaglipase vermindert de oppervlaktespanning, terwijl subfasen uitwisselen met vereenvoudigde SGF, zorgt voor een nulrespons van de interfaciale spanning. Hier is een voorbeeld van de darmverteringsprofielen.Absorptie, desorptie, profielen van biozouten, lipase en lipase plus galzouten in vereenvoudigde SIF bij 37 graden Celsius worden hier gepresenteerd. De grafische afbeelding toont de evolutie van de interfaciale spanning op lipolyse van twee varianten van plueronische F127 en F68. Een sterke afname is te zien in interfaciale spanning als gevolg van de absorptie van lipase en galzouten, en de productie van vrije vetzuren op eerder gevormde interfaciale films van F68 en F127 op het oliewater-raakvlak.De desorptiestap toont de subfase-uitwisseling met vereenvoudigde SIF van galzouten, F68 en F127. In vitro verteringsprofiel van AS48 geabsorbeerde film op het luchtwater raakvlak in humane en runderserum albumine geabsorbeerde films op de olijfolie water interface. De representatieve beelden tonen de interfaciale spanning, de dilatatie-elasticiteit en de verwijdingsviscositeit van in vitro vertering van bèta-lactoglobuline geabsorbeerde film op het grensvlak van olijfoliewater.De dilatatieparameters werden gemeten bij 1 hertz, 0,1 hertz en 0,01 hertz nadat de verteerde interface in elke stap in evenwicht was gebracht. Het is belangrijk om de ballen te matchen bij het programmeren van het proces met de overeenkomstige centrifugebuizen, capillair of as, de evolutie van de druppelplaatsverdeling, vervolgens stelt elektroforetische mobiliteit een potentieel van druppels in en het aminovrije vetzuur dat in lipolyse wordt geproduceerd, biedt aanvullende informatie die overeenkomt met bevindingen van interfaciale spanning. Deze techniek biedt interfaciale lagen met verschillende verteerbaarheidsprofielen om voedingsstoffen en geneesmiddelen op verschillende locaties in het maagdarmkanaal af te leveren en ook om nieuwe inkapselingssystemen te ontwikkelen.

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

Detectie van de pH-afhankelijke activiteit van<em&gt; Escherichia coli</em&gt; Chaperone HdeB<em&gt; In Vitro</em&gt; en<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

Thermostabilization, expressie, zuivering en kristallisatie van het Human serotonine transporter Gebonden aan<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

Tijdsgeresolveerde elektrosprayionisatie waterstof-deuterium Exchange Massaspectrometrie voor het bestuderen van Protein Structure en 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

Voorbereiding van keratine hydrolysaat van kippenveren en haar toepassing in cosmetica

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

Isolatie en respiratoire metingen van Mitochondria van 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

Een colorimetrische methode voor het meten van ijzergehalte in planten

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

Kwantificering van hypopigmentatie activiteit 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 visualisatie van mango-Tagged RNA in Polyacrylamide gels via een Poststaining methode

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

Ionenwisselingschromatografie (IEX) gekoppeld aan meerdere hoek lichtverstrooiing (MALS) voor eiwit scheiding en 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

Een in vitro single-molecule imaging assay voor de analyse van cap-afhankelijke vertaalkinetiek

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