Geacetyleerde cellulose: een nieuw prebioticum tegen gewichtstoename via microbiota

Wetenschappers van RIKEN hebben, in samenwerking met groepen van de Universiteit van Tokio en de Universiteit van Kyoto onder leiding van Dr. Tadashi Takeuchi, in Cell Metabolism de eerste uitgebreide evaluatie gepubliceerd van geacetyleerde cellulose (AceCel) als prebioticum dat de gewichtstoename bij muizen aanzienlijk kan beperken door de darmflora en het nutriëntenmetabolisme te moduleren.

Waarom AceCel?

Traditionele prebiotica (inuline, oligofructose) voeden een breed scala aan bacteriën, maar niet selectief. AceCel is cellulose waaraan acetylsubstituenten covalent gebonden zijn aan 1/3 van de hydroxylgroepen, waardoor een substraat ontstaat dat alleen geschikt is voor specifieke hermeneutische bacteriën, met name Bacteroides thetaiotaomicron, die geacetyleerde bindingen kunnen verbreken.

Experimenteel ontwerp

1. Dieetsamenstelling: Muizen op een dieet met 60% vet (DIO-model) kregen óf 5% AceCel, equimolaire onbehandelde cellulosevulstof, óf geen toevoegingen.
2. Gewicht- en stofwisselingsmonitoring: lichaamsgewicht, eetgedrag, OGTT en insulineresistentiemetingen werden gedurende 8 weken gemonitord.
3. Microbiota: 16S rRNA-sequentie van ontlasting op 2, 4 en 8 weken.
4. Mechanisme: Gnotobiotische muizen die verstoken waren van microbiota werden vervolgens gekoloniseerd met B. thetaiotaomicron, met en zonder AceCel.
5. Lever- en darmmetabolomics en transcriptomics: meting van korteketenvetzuren (SCFA), acetaat en transcripten van belangrijke genen die betrokken zijn bij het koolhydraat- en lipidenmetabolisme.

Belangrijkste resultaten

• Beperking van gewichtstoename: Gedurende 8 weken kwamen de muizen op AceCel slechts 8% van hun lichaamsgewicht aan, vergeleken met 30% op de controlegroep en 28% op gewone cellulose.
• Verbetering van het glycemische profiel: AUC daalde met 25% (p<0,01), HOMA-IR daalde met 30% (p<0,05).
• Microbiota:
  • AceCel induceerde een 10-voudige toename van B. thetaiotaomicron in week 4 en remde de groei van Firmicutes.
  • Gnotobiotische experimenten bevestigden dat zonder B. thetaiotaomicron het effect van AceCel verloren gaat, wat de cruciale rol van deze soort benadrukt.

• SCFA en acetaatanion:

  • De fecale acetaatconcentraties stegen met 40% (p<0,01), maar de systemische concentraties daalden, wat wijst op een toegenomen bacteriële opname.

• Levermetabolisme:

  • Transcriptomics toonde een afname in de expressie van Gck en Pklr (glycolytische enzymen) en een toename in Cpt1a en Ppara (β-oxidatie van vetten).
  • Het leverlipidenprofiel werd gekenmerkt door een afname van 35% in triglyceriden (p<0,05).

"AceCel toont een nieuwe manier om de microbiota niet alleen te voeden, maar ook om deze koolhydraten van de gastheer te laten 'stelen' en zo de energiebalans te herstellen", aldus Dr. Takeuchi.

Veiligheid en vooruitzichten

• Uit experimentele gegevens bleek geen ontstekingsreactie in de darm of lever en er waren geen veranderingen in de orgaanfunctieparameters (ALT, AST).
• Volgende stappen: klinische studies bij mensen om de verdraagzaamheid, de effecten op de microbiota en het koolhydraatmetabolisme te beoordelen.
• Optimalisatie van de bereiding: acetyleringsniveau, fractiegrootte en combinatie met probiotica ( B. thetaiotaomicron- verbruik?) zijn onderwerp van verder onderzoek.

In het artikel maken de auteurs een aantal belangrijke opmerkingen:

• Selectiviteit van het mechanisme
  “AceCel vertoont een uniek prebiotisch effect: in plaats van een brede groep microben te voeden, selecteert het een specifieke stam van Bacteroides thetaiotaomicron, waardoor koolhydraten van de gastheer naar het microbiële metabolisme worden omgeleid”, merkt Dr. Tadashi Takeuchi op, hoofdauteur van de studie.

• De rol van microbiota als 'concurrent'
  "Onze gnotobiotische experimenten hebben duidelijk aangetoond dat AceCel niet werkt zonder B. thetaiotaomicron. Dit onderstreept dat prebiotica mogelijk de concurrentie om voedingsstoffen in de darmen versterken", legt coauteur Dr. Ikeda uit.

• Potentieel voor mensen:
  "Hoewel we een krachtig effect zien bij muizen, is het belangrijk om de verdraagzaamheid en metabolische dynamiek van AceCel bij mensen te testen", aldus Dr. Sato. "Volgende klinische studies zouden een diepgaande analyse van de microbiota en metabolomics van patiënten moeten omvatten."

• Veiligheid
  “Er was geen bewijs voor ontsteking of weefselschade in de darmen of lever in onze preklinische modellen, wat een reden was om verder te gaan met menselijke proeven”, voegt Dr. Nakamoto toe.

Deze opmerkingen benadrukken dat AceCel een veelbelovend prebioticum van de volgende generatie is, maar dat de klinische toepassing ervan een zorgvuldige evaluatie van de veiligheid en werkingsmechanismen bij mensen vereist.

AceCel baant de weg voor een nieuwe generatie prebiotica die niet alleen de nuttige bacteriën stimuleren, maar ook op competitieve wijze voedingsstoffen vastleggen. Dit opent de mogelijkheid voor een nauwkeurige microbiële-voedingsstoftherapie voor obesitas en het metaboolsyndroom.