Проблема дефицита железа
Около 2 миллиардов человек по всему миру страдают от дефицита железа, что может привести к анемии, нарушению развития мозга у детей и повышению младенческой смертности.
Решение от исследователей MIT
Для борьбы с этой проблемой исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый способ обогащения продуктов питания и напитков железом с помощью небольших кристаллических частиц. Эти частицы, известные как металлоорганические каркасы (МОК), можно добавлять в пищу, например, в хлеб, или в напитки, такие как кофе и чай.
«Мы создаём решение, которое можно легко добавить в основные продукты питания в разных регионах», — говорит Ана Якленек, главный исследователь в Институте интегративных исследований рака Коха при MIT.
«То, что считается основным продуктом в Сенегале, отличается от того, что едят в Индии или США. Поэтому наша цель — разработать что-то, что не вступает в реакцию с самой пищей. Таким образом, нам не придётся переделывать рецептуру для каждого контекста — это можно будет добавить в широкий спектр продуктов питания и напитков без ущерба для их свойств», — добавляет она.
Перспективы применения
Частицы, разработанные в этом исследовании, также могут переносить йод — ещё один критически важный микроэлемент. Их можно адаптировать для переноса таких важных минералов, как цинк, кальций или магний.
«Мы очень воодушевлены этим новым подходом и тем, что, как мы считаем, является новым применением металлоорганических каркасов для улучшения питания, особенно в развивающихся странах», — говорит Роберт Лэнгер, профессор Института Дэвида Х. Коха при MIT и член Института Коха.
Как это работает
Обогащение продуктов питания может быть успешным способом борьбы с дефицитом питательных веществ, но этот подход часто затруднителен, поскольку многие питательные вещества хрупкие и разрушаются во время хранения или приготовления. Когда железо добавляют в продукты, оно может вступать в реакцию с другими молекулами в пище, придавая ей металлический вкус.
В предыдущих работах лаборатория Якленек показала, что инкапсуляция питательных веществ в полимерах может защитить их от разрушения или взаимодействия с другими молекулами. В небольшом клиническом исследовании учёные обнаружили, что женщины, которые ели хлеб, обогащённый инкапсулированным железом, могли усваивать железо из пищи.
Однако одним из недостатков этого подхода является то, что полимер придаёт материалу большой объём, ограничивая количество железа или других питательных веществ, которые в итоге попадают в пищу.
«Инкапсуляция железа в полимерах значительно улучшает его стабильность и реактивность, облегчая его добавление в пищу», — говорит Якленек. «Но для эффективности требуется значительное количество полимера. Это ограничивает количество железа, которое можно доставить в обычной порции, что затрудняет достижение суточных норм потребления питательных веществ только за счёт обогащённых продуктов».
Чтобы преодолеть эту проблему, Синь Ян предложил новую идею: вместо инкапсуляции железа в полимере они могли бы использовать само железо в качестве строительного блока для кристаллической частицы, известной как металлоорганический каркас, или МОК (произносится как «моф»).
Металлоорганические каркасы
МОК состоят из атомов металла, соединённых органическими молекулами, называемыми лигандами, для создания жёсткой структуры, похожей на клетку. В зависимости от комбинации выбранных металлов и лигандов их можно использовать для самых разных целей.
«Мы подумали, что, возможно, мы могли бы синтезировать металлоорганический каркас с пищевыми лигандами и пищевыми микроэлементами», — говорит Ян.
«Металлоорганические каркасы имеют очень высокую пористость, поэтому они могут перевозить много груза. Поэтому мы подумали, что сможем использовать эту платформу для создания нового металлоорганического каркаса, который можно было бы использовать в пищевой промышленности», — объясняет он.
В этом случае исследователи разработали МОК, состоящий из железа, связанного с лигандом, называемым фумаровой кислотой, которая часто используется в качестве пищевой добавки для улучшения вкуса или помощи в сохранении продуктов.
Эта структура предотвращает взаимодействие железа с полифенолами — соединениями, обычно встречающимися в таких продуктах, как цельнозерновые и орехи, а также в кофе и чае. Когда железо вступает в реакцию с этими соединениями, оно образует комплекс металл-полифенол, который не может усваиваться организмом.
Структура МОК также позволяет им оставаться стабильными до тех пор, пока они не попадут в кислую среду, например, в желудок, где они разрушаются и высвобождают своё железо.
Исследователи также решили включить в свои частицы МОК йод, который они называют NuMOF. Йодированная соль была очень успешной в профилактике дефицита йода, и в настоящее время предпринимаются многочисленные усилия по созданию «двойных обогащённых солей», которые также будут содержать железо.
Доставка этих питательных веществ вместе оказалась сложной задачей, поскольку железо и йод могут вступать в реакцию друг с другом, что снижает вероятность их усвоения организмом. В этом исследовании команда MIT показала, что, сформировав частицы, содержащие железо, они могут загружать их йодом таким образом, что железо и йод не вступают в реакцию друг с другом.
В тестах на стабильность исследователи обнаружили, что NuMOF могут выдерживать длительное хранение, высокую температуру, влажность и кипящую воду. На протяжении всех этих испытаний частицы сохраняли свою структуру. Когда исследователи затем скармливали частицы мышам, они обнаружили, что и железо, и йод стали доступны в кровотоке в течение нескольких часов после потребления NuMOF.
Исследователи сейчас работают над созданием компании, которая будет разрабатывать кофе и другие напитки, обогащённые железом и йодом. Они также надеются продолжить работу над созданием двойной обогащённой соли, которую можно было бы употреблять отдельно или добавлять в основные продукты питания.