Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Methode der Eisenverabreichung

26.04.2017

Molkeprotein-Nanofasern bestückt mit Eisen-Nanopartikeln: ETH-Forschende entwickeln eine neue wirksame Darreichungsform, um Nahrungsmittel mit Eisen zu ergänzen.

Weltweit leiden rund 1,2 Milliarden Menschen an Eisenmangel. Betroffen sind in erster Linie Frauen. Jede fünfte europäische Frau um die 20 hat Eisenmangel. Die Folgen: verminderte Leistungsfähigkeit, Müdigkeit, Blutarmut oder Kopfschmerzen.


Essbare Molkeprotein-Nanofasern binden auf ihrer Oberfläche Eisen-Nanopartikel (schwarze Punkte). Dieses Präparat könnte Eisenmangel effizient und günstig bekämpfen.

TEM-Bild: ETH Zürich / Yi Shen

Doch die Eisenergänzung über die Nahrung oder mit Medikamenten ist schwierig, da für deren Erfolg das Eisen in einer für den Körper verfügbaren Form vorliegen muss. Das Spurenelement kann zudem die Farbe, den Geschmack und den Geruch von damit angereicherten Lebensmitteln verändern, sodass diese nicht mehr munden.

Hybrid aus Proteinfasern und Eisen-Nanopartikeln

Die beiden ETH-Professoren Raffaele Mezzenga und Michael B. Zimmermann vom Departement Gesundheitswissenschaften haben eine neue Form der Eisenergänzung von Nahrungsmitteln entwickelt: ein Hybridmaterial aus essbaren Molkeprotein-Nanofasern und Eisen-Nanopartikeln. Die entsprechende Studie, die von Mezzengas Doktorandin Yi Shen in Kollaboration mit Zimmermanns Doktorandin Lidija Posavec durchgeführt wurde, ist soeben in der Fachzeitschrift «Nature Nanotechnology» erschienen.

Die Protein-Nanofasern (sogenannte Amyloidfibrillen) bestehen aus denaturierten Molkeproteinen, die bei 90°C in einer starken Säure «gekocht» (hydrolysiert) werden bis sie sich vollständig ausstrecken. Mehrere solcher Proteinfäden lagern sich selbstorganisierend zu dickeren Protein-Nanofasern zusammen.

Solche Nanofasern kombinierten die Forschenden mit Eisen-Nanopartikeln, die der Körper gut verwerten kann. Um diese Nanopartikel herzustellen, mischten die Forscherinnen ein Eisensalz (FeCl3) direkt mit den Nanofasern in derselben sauren Lösung. Dabei entstanden 20 Nanometer grosse Eisen-Nanopartikel, die sich sofort an die Oberfläche der Nanofasern anlagerten und von ihnen stabilisiert wurden. Normalerweise sind Eisen-Nanopartikel nicht stabil: Sie bilden Aggregate und eignen sich damit nicht als Nahrungsmittelzusatz.

Eisenmangel rasch behoben

Um die Wirksamkeit des neuartigen Eisenpräparats zu testen, verfütterten es die Wissenschaftlerinnen an Ratten, die zuvor mit eisenarmer Nahrung gefüttert wurden und deshalb an Eisenmangel litten. Das neuartige Präparat behob bei den Tieren den Eisenmangel und die damit einhergehende Blutarmut genauso gut wie Eisensulfat (FeSO4). Letzteres ist der derzeitige Standard bei der Eisenergänzung bei Menschen, ändert bei Nahrungsmitteln jedoch oft Geschmack oder Farbe in unerwünschter Weise.

Auch war das Präparat leicht verdaulich. Die Forscherinnen und Forscher zeigten im Reagenzglas, dass Enzyme aus dem Magen der Tiere die Molkeprotein-Nanofasern vollständig verdauten. Zudem lösten die sauren Bedingungen, wie sie auch im Magen herrschen, die Eisen-Nanopartikel in Eisen-Ionen auf. Diese Ionen könnten im Körper rasch ins Blut aufgenommen und zur Bildung neuer roter Blutkörperchen verwendet werden.

Die eisenbesetzten Molkeprotein-Nanofasern können entweder als Pulver oder in flüssiger Form verabreicht werden, und die neue Verbindung kann direkt in unterschiedliche Nahrungsmittel gegeben werden. Dabei ändert der Zusatz die Sensorik von Lebensmitteln nicht.

Keine Nebenwirkungen aufgetreten

Um mögliche Risiken und Nebenwirkungen aufzuspüren, untersuchten die Forscherinnen und Forscher Hirn, Herz, Nieren und andere Organe der Ratten, nachdem die Tiere zwei Wochen lang Nanofasern verzehrt hatten. Die Forscher richteten ihr Augenmerk insbesondere auf die Nanofasern, da diese noch nie in Lebensmitteln oder Nahrungsergänzungsmitteln eingesetzt wurden. Deren Struktur gleicht darüber hinaus Amyloidfibrillen, die sich im Gehirn anreichern und die Alzheimer-Demenz verursachen können. Allerdings unterscheiden sich für dieses neue Eisenpräparat verwendeten Nanofasern von den krankheitsverursachenden Amyloidfibrillen dadurch, dass erstere aus essbaren Nahrungsproteinen bestehen.

Die ETH-Forschenden wollten daher sicher sein, dass sich möglicherweise unverdaute Proteinfasern aus ihrem Eisenpräparat nicht im Körper anreichern und nicht zu Gewebeanomalien führen könnten. «Wir haben in den untersuchten Organen und Geweben der Tiere nicht einen Hinweis darauf gefunden, dass sich Nanofasern oder Eisen-Nanopartikel anreichern oder Organveränderungen auslösen könnten», freut sich Mezzenga. Damit steht für ihn fest: «Unser neues Eisenpräparat bietet ein sehr hohes Potenzial, Eisenmangel auf eine günstige und effiziente Weise erfolgreich zu bekämpfen.»

Alternative zu bisherigen Präparaten

Die Ausgangsprodukte für diese neu entwickelte Nahrungsergänzung sind sehr günstig. Molkeproteine sind ein Nebenprodukt der Milchwirtschaft. Eisensalze sind ebenfalls leicht verfügbar und billig. Weil das Verfahren und die Zutaten so leicht zu handhaben sind, wäre ein solches Eisenpräparat auch eine Alternative für Menschen in armen Ländern, die vom Eisenmangel noch stärker betroffen sind als Leute in den westlichen Industrienationen.

Die Forschenden haben auf ihre Entwicklung ein Patent angemeldet und freuen sich darauf, mit einem Industriepartnern ins Gespräch zu kommen, um die Technologie weiterzuentwickeln.

Diese Studie wurde vom Schweizerischen Nationalfonds im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms Gesunde Ernährung und nachhaltige Lebensmittelproduktion (NFP 69) finanziert.

Literaturhinweis

Shen Y, Posavec L, Bolisetty S, Hilty FM, Nyström G, Kohlbrecher J, Hilbe M, Rossi A, Baumgartner J, Zimmermann MB, Mezzenga R. Amyloid Fibril Systems Reduce, Stabilize and Deliver Bioavailable Nanosized Iron. Nature Nanotechnology, advance online publication 24th April 2017. DOI: 10.1038/nnano.2017.58

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2017/04/neue-metho...

Peter Rüegg | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Mit körpereigenem Protein Herpes bekämpfen
13.11.2018 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Mit Lichtimpulsen Herzzellen abschalten
06.11.2018 | Universitäts-Herzzentrum Freiburg - Bad Krozingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Im Focus: Mit Gold Krankheiten aufspüren

Röntgenfluoreszenz könnte neue Diagnosemöglichkeiten in der Medizin eröffnen

Ein Präzisions-Röntgenverfahren soll Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern können. Wie ein Forschungsteam unter...

Im Focus: Ein Chip mit echten Blutgefäßen

An der TU Wien wurden Bio-Chips entwickelt, in denen man Gewebe herstellen und untersuchen kann. Die Stoffzufuhr lässt sich dabei sehr präzise dosieren.

Menschliche Zellen in der Petrischale zu vermehren, ist heute keine große Herausforderung mehr. Künstliches Gewebe herzustellen, durchzogen von feinen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Erste Fachtagung zu hochinvasiver Tierart

16.11.2018 | Veranstaltungen

Können Roboter im Alter Spaß machen?

14.11.2018 | Veranstaltungen

Tagung informiert über künstliche Intelligenz

13.11.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Mikroplastik in Kosmetik

16.11.2018 | Studien Analysen

Neue Materialien – Wie Polymerpelze selbstorganisiert wachsen

16.11.2018 | Materialwissenschaften

Anomale Kristalle: ein Schlüssel zu atomaren Strukturen von Schmelzen im Erdinneren

16.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics