Novel delivery form of probiotics for microflora modulation
- Reference number
- FID18-0026
- Project leader
- Fureby, Anna
- Start and end dates
- 200101-241231
- Amount granted
- 2 500 000 SEK
- Administrative organization
- RISE Yta, process och formulering, Södertälje
- Research area
- Life Science Technology
Summary
This proposal presents an innovative solution for colon delivery of probiotics and live biotherapeutic products (LBP). The main goal is to obtain the scientific knowledge and mechanistic understanding needed for rational development of self-assembled semi-crystalline starch microspheres encapsulating probiotics and prepared in an aqueous two-phase system. A further goal is to map the relationships between starch raw material, other excipients and process aids, and their effects on the structure of starch microspheres. First, aqueous phase diagrams for different starch/polymer combinations are mapped. The phase diagram and ingredient properties will be related to the microsphere formation, micro- and nanostructure, and degradation pattern. Careful characterisation will be carried out using techniques from bench top to photon and neutron scattering. Next, live probiotics will be added in the microspheres, and conditions for efficient encapsulation and adequate stability in process and storage will be mapped. Degradation of the microspheres and release of bacteria will be studied in in vitro systems, and finally an animal study is planned. The knowledge and technologies to design and prepare starch microspheres for efficient encapsulation of probiotics/LBP with adequate stability and release profiles is established as a result of the project. The protection during the gastrointestinal passage and release in colon has been demonstrated in vitro and in vivo in an animal model.
Popular science description
Under de senaste åren har tarmflorans (mikrobiotans) betydelse för vår hälsa och välbefinnande uppmärksammats. Mikrobiotian har kopplats till så olika tillstånd som inflammatoriska sjukdomar, cancersjukdomar, depression, fetma, och diabetes. Dess sammansättning beror av många olika faktorer, bland annat individens genuppsättning, kost, upptaget av näringsämnen i tarmen, och den grundläggs redan under den allra första tiden i livet. Ändring av miljö, sjukdomar och antibiotikabehandling kan påverka sammansättningen. Vad som är orsak och verkan i de komplexa sambanden mellan mikrobiota och hälsa är svårt att klarlägga, men genom att modulera sammansättningen kan hälsotillstånd påverkas i positiv riktning. För att åstadkomma detta måste levande probiotika, ofta levande bakterier av typen lactobaciller, tillföras till tjocktarmen. Detta är en svår uppgift, då hela mag-tarmkanalen är designad för nedbrytning av födoämnen. Bakterierna behöver skyddas mot den sura miljön i magen, och olika nedbrytande enzymer i tunntarmen, för att ta sig oskadda till tjocktarmen där de ska etablera sig. Ett sätt att skydda bakterierna är att kapsla in dem i bärare vars nedbrytning kan styras. Det finns flera tekniker utvecklade för läkemedel, men en särskild svårighet är att hålla bakterierna levande under tillverkningsprocessen. Därför behöver inkapslingen göras under milda förhållanden som är avpassade för bakterier. I vårt projekt kommer vi att utveckla ett inkapslingssystem för probiotika som bygger på stärkelse. Bakterierna kommer att inneslutas i små stärkelsepartiklar, som kan skydda dem i magsäcken, och endast långsamt brytas ned i tunntarmen så att bakterierna kan levereras till tjocktarmen. Stärkelsepartiklarna bildas spontant in ett vattenbaserat system med stärkelse och annan polymer. Genom att temperaturen varieras på ett kontrollerat sätt stabiliseras partiklarna när stärkelsen kristalliserar. Det färdiga stärkelsepartiklarna kan sedan torkas för att ge en god lagringsstabilitet. Vi kommer att i detalj undersöka hur partiklarnas struktur hänger samman med ingredienser, tillverkningsprotokoll, och nedbrytning i simulerad mag-tarmkanal. Bakteriernas överlevnad efter tillverkning och efter passage i den simulerade mag-tarmkanalen är nyckelparametrar. Under förutsättning att dessa resultat är tillräckligt lovande planeras även en djurstudie för att undersöka hur inkapslingssystemet fungerar i ett biologiskt system.