Datorstyrd in vitro modell för simulering av mag-tarmkanalen hos djur och människa
Marie Larsson Alminger
Livsmedelsvetenskap
Chalmers Tekniska högskola
Box 5401
402 29 Göteborg
Projekt: 31/98
Nyckelord: undervisning, datasimulering, mag-tarmkanalen, fysiologi
Tidigare studier vid institutionen har visat att fermentationsprocesser kan användas för att öka
biotillgängligheten av järn och zink i spannmålsprodukter och vegetabilier. Järnbrist är den enda
kända näringsbristen i Sverige och det finns därför starka motiv att studera potentialen att använda
fermentering i livsmedelsprocesser. För att studera hur styrd fermentering kan användas som metod
att höja ett livsmedels näringsmässiga kvalitet har studenterna jämfört järntillgängligheten i
morotsjuice före och efter fermentering med mjölksyrabakterier (Lactobacillus pentosus). Resultaten
från laborationerna visade att tillgängligheten av järn var ungefär 26% högre från den fermenterade
morotsjuicen jämfört med ofermenterad morotsjuice. Preliminära resultat från humanstudier har
indikerat ett ökat järnupptag med upp till 23% från måltider med fermenterade grönsaker, vilket tyder
på att in vitro modellens resultat kan anses överrensstämma väl med mätningar in vivo.
Under en tidigare kurs har vi använt mag-tarmmodellen i form en demonstrationslaboration; i år var
det första gången laborationen genomfördes med aktivt deltagande från studenterna.
Vi bedömer att den fungerade bra. Studenterna uppskattade momentet och laborationen
demonstrerade på ett mycket tydligt sätt användningsområdet för denna typ av in vitro modell som
ersättning/komplement till djurförsök.
Kursen som helhet syftar till att ge en överblick av hur bioteknik kan tillämpas inom livsmedelsområdet
och speciellt för framställning av högteknologiska, innovativa produkter. Teknologerna som läser
kursen är i slutskedet av civilingenjörsutbildningen. Typiska arbeten efter utbildningen är process eller
produktutvecklare inom industrin. Många hamnar i mer forskningsintensiva arbeten på laboratorier
inom läkemedelsindustrin eller på universitet eller högskolor och utgör därför en mycket viktig
målgrupp för kunskapsspridning om nya attraktiva alternativ till djurförsök.
För närvarande pågår både i Sverige och internationellt en intensiv utveckling av ”Funktionella
livsmedel”, livsmedel med specifika hälsoegenskaper. Dessa produkter kommer att behöva utvärderas
med avseende på näringsmässig kvalitet. Vår in vitro modell kommer i dessa sammanhang att vara ett
bra hjälpmedel och komplement till de in vivo försök som blir nödvändiga för att kunna dokumentera
produkternas hälsoeffekter. Förutom att kunna ersätta vissa djurförsök helt och hållet kan modellen
även bidra till att betydligt färre in vivo-försök behöver göras.
Beskrivning av simuleringsprogrammet
Principen med TIM (TNO gastro-intestinal model) är att den i så stor utsträckning som möjligt ska
efterlikna försöksdjurets eller människans mag-tarm system. TIM styrs med en dator som ger
möjlighet att välja program dels beroende på vilken typ av måltid man använder och dels beroende på
simuleringsobjektet (gris, hund, kalv, vuxen människa, baby etc).
De mineraler som kan studeras är järn, zink, mangan, koppar och nickel. Vi kommer i denna
laboration att framförallt titta på upptaget av järn. Mineralupptaget sker främst i tunntarmen
(duodenum, jejunum och ileum). Vid mineralstudier simuleras därför enbart tarmsystemet från
magsäcken till och med tunntarmen. Vid studier där det är viktig att munnens enzymer (amylas) ingår,
tuggas födan under en bestämd tid innan den överförs till modellen.
De variabler som efterliknar det fysiologiska förloppet är:
- temperaturen, kontrolleras med vattenbad
- peristaltik, mekanisk bearbetning av tarminnehållet, sker med hjälp av cirkulationspumpar
- uppehållstid och flödeshastighet, kontrolleras med peristaltiska ventiler
- pH, mäts kontinuerligt vid fyra mätpunkter och justeras med saltsyra eller bikarbonat
- enzymutsöndring, i magsäck (pepsin) och duodenun (pankreatin och trypsin)
- saltkoncentrationer, gallsalt och mag/tarmelektrolyter utsöndras kontinuerligt i magsäcken,
duodenum, jejunum och ileumdelen
Tarminnehållet passerar dialysmembran i jejunum och ileum, dialysmembranet separerar innehållet
med avseende på molekylstorlek (18 kDa). Molekyler med storlek mindre än 18 kDa (t.ex. lösliga
mineraler) passerar membranet och samlas upp i behållare för analys. Detta möjliggör en kvantifiering
av mängden dialyserbara (lösliga) mineraler, vilket är ett mått på de mineraler som är tillgängliga för
absorption i tarmen.
Faktorer som inte kan simuleras med TIM är energikrävande aktivt upptag som i tarmen medieras av
epitelcellernas upptagsproteiner. Tarmfloran är inte heller inkluderad, och dess betydelse för
mineralupptaget är okänd. För att undvika kontaminering av mineraler måste alla ingående delar (TIM,
utensilier m.m.) syradiskas före varje experiment. Görs av labhandledaren.
