मल्टी-सबफेज एक्सचेंज के साथ लागू एक पेंडेंट ड्रॉप सतह फिल्म संतुलन, जिसे ऑक्टोपस उपनाम दिया गया है, नकली गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल तरल पदार्थ के साथ मूल थोक समाधान के अनुक्रमिक उपचरण विनिमय द्वारा पाचन स्थितियों की नकल करने की अनुमति देता है। नकली इन विट्रो पाचन की निगरानी पाचन की निगरानी पाचन इंटरफेशियल परत के इंटरफेशियल तनाव को सीटू में रिकॉर्ड करके की जाती है।
वर्तमान में इमल्शन का उपयोग विभिन्न गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल स्थितियों जैसे मोटापा, पोषक तत्व फोर्टिफिकेशन, खाद्य एलर्जी और पाचन रोगों से निपटने के लिए पोषक तत्वों और दवाओं को समाहित करने और वितरित करने के लिए किया जा रहा है। वांछित कार्यक्षमता प्रदान करने के लिए एक इमल्शन की क्षमता, अर्थात्, जठरांत्र संबंधी मार्ग के भीतर एक विशिष्ट साइट तक पहुंचना, लिपोलिसिस को रोकना / मंद करना, या पाचनशक्ति को सुविधाजनक बनाना, अंततः जठरांत्र संबंधी मार्ग में एंजाइमेटिक गिरावट के लिए इसकी संवेदनशीलता पर निर्भर करता है। तेल-इन-वाटर इमल्शन में, लिपिड बूंदें इंटरफेशियल परतों से घिरी होती हैं, जहां इमल्सीफायर इमल्शन को स्थिर करते हैं और एनकैप्सुलेटेड यौगिक की रक्षा करते हैं। इमल्शन की अनुरूप पाचनशक्ति प्राप्त करना उनकी प्रारंभिक संरचना पर निर्भर करता है, लेकिन उन इंटरफेशियल परतों के विकास की निगरानी की भी आवश्यकता होती है क्योंकि वे जठरांत्र संबंधी पाचन के विभिन्न चरणों के अधीन होते हैं। मल्टी-सबफेज एक्सचेंज के साथ लागू एक पेंडेंट ड्रॉप सतह फिल्म संतुलन एक अनुकूलित स्थिर पाचन मॉडल को लागू करके तेल में डूबी एकल जलीय बूंद में इमल्शन के इन विट्रो पाचन का अनुकरण करने की अनुमति देता है। जठरांत्र संबंधी मार्ग के माध्यम से पारगमन कृत्रिम मीडिया के साथ मूल बूंद थोक समाधान के उपचरण विनिमय द्वारा नकल किया जाता है, जो जठरांत्र संबंधी मार्ग के प्रत्येक डिब्बे / चरण की शारीरिक स्थितियों की नकल करता है। इंटरफेशियल तनाव का गतिशील विकास पूरे सिम्युलेटेड गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल पाचन में सीटू में दर्ज किया गया है। पचने वाले इंटरफेस के यांत्रिक गुण, जैसे कि इंटरफेशियल फैलाव लोच और चिपचिपाहट, प्रत्येक पाचन चरण (मौखिक, गैस्ट्रिक, छोटी आंत) के बाद मापा जाता है। प्रत्येक पाचन मीडिया की संरचना को पाचन स्थितियों की विशिष्टताओं के लिए ट्यून किया जा सकता है, जिसमें गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल पैथोलॉजी और शिशु पाचन मीडिया शामिल हैं। प्रोटियोलिसिस और लिपोलिसिस को प्रभावित करने वाले विशिष्ट इंटरफेशियल तंत्र की पहचान की जाती है, जो इमल्शन के इंटरफेशियल इंजीनियरिंग द्वारा पाचन को संशोधित करने के लिए उपकरण प्रदान करते हैं। प्राप्त परिणामों को कम एलर्जेनिसिटी, नियंत्रित ऊर्जा सेवन और कम पाचनशक्ति जैसी अनुरूप कार्यक्षमताओं के साथ नए खाद्य मैट्रिक्स डिजाइन करने के लिए हेरफेर किया जा सकता है।
यह समझना कि वसा कैसे पचता है, जिसमें इमल्शन पाचन शामिल है, तर्कसंगत रूप सेअनुरूप कार्यक्षमता वाले उत्पादों को डिजाइन करने के लिए महत्वपूर्ण है। वसा पाचन के लिए सब्सट्रेट एक इमल्शन है क्योंकि वसा को यांत्रिक क्रिया द्वारा खपत पर पायसीकृत किया जाता है और मुंह और पेट में बायोसर्फेक्टेंट्स के साथ मिलाया जाता है। इसके अलावा, मनुष्यों द्वारा खपत अधिकांश वसा पहले से ही इमल्सीफाइड (जैसे दूध उत्पाद) है, और शिशुओं या कुछ बुजुर्ग लोगों के मामले में, यह खपत का एकमात्र रूप है। इसलिए, विशिष्ट पाचन प्रोफाइल के साथ इमल्शन-आधारित उत्पादों का डिजाइन पोषण1 में बहुत महत्वपूर्ण है। इसके अलावा, इमल्शन विभिन्न गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल स्थितियों जैसे मोटापा3, पोषक तत्व फोर्टिफिकेशन, खाद्य एलर्जी और पाचन रोगों से निपटने के लिए पोषक तत्वों, दवाओं, या लिपोफिलिक बायोएक्टिव्स2 को समाहित और वितरित कर सकते हैं। तेल-इन-पानी इमल्शन में, लिपिड बूंदें प्रोटीन, सर्फेक्टेंट, पॉलिमर, कण और मिश्रण जैसे इमल्सीफायर की इंटरफेशियल परतों सेघिरी होती हैं। पायसीकारकों की भूमिका दोहरी है: इमल्शन5 को स्थिर करें और एक विशिष्ट साइट पर एनकैप्सुलेटेड यौगिक की रक्षा / परिवहन करें। इमल्शन की अनुरूप पाचनशक्ति प्राप्त करना उनकी प्रारंभिक संरचना पर निर्भर करता है, लेकिन गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल ट्रैक्ट के माध्यम से पारगमन के दौरान इस इंटरफ़ेस के निरंतर विकास की निगरानी की भी आवश्यकता होती है (चित्रा 1)।
चित्र 1: कुछ मुख्य गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल स्थितियों से निपटने के लिए इमल्शन के इंटरफेशियल इंजीनियरिंग को लागू करना। कृपया इस आंकड़े के बड़े संस्करण को देखने के लिए यहां क्लिक करें।
लिपिड पाचन अंततः एक इंटरफेशियल प्रक्रिया है क्योंकि इसके लिए तेल में निहित ट्राइग्लिसराइड्स को मुक्त फैटी एसिड और मोनोसिलग्लिसराइड्स 6 में पहुंचने और हाइड्रोलाइज करने के लिए इंटरफेशियल परत के माध्यम से इमल् सीफाइड लिपिड बूंदों के तेल-पानी इंटरफेस पर लाइपेस (गैस्ट्रिक या अग्नाशय) के सोखना की आवश्यकता होती है। यह चित्र 2 में स्कीमाइज़ किया गया है। गैस्ट्रिक लाइपेस तेल-पानी इंटरफ़ेस (चित्रा 2, गैस्ट्रिक पाचन) के लिए पेट में पेप्सिन और फॉस्फोलिपिड्स के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। फिर, अग्नाशयी लाइपेस / कोलिपेस छोटी आंत में ट्रिप्सिन / काइमोट्रिप्सिन, फॉस्फोलिपिड्स, पित्त लवण और पाचन उत्पादों के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं। प्रोटीज इंटरफेशियल कवरेज को बदल सकते हैं, लाइपेस सोखना को रोक सकते हैं या अनुकूल बना सकते हैं, जबकि पित्त लवण अत्यधिक सतह सक्रिय होते हैं और लाइपेस सोखना को बढ़ावा देने के लिए शेष पायसीकारक में से अधिकांश को विस्थापित करते हैं (चित्रा 2, आंतों का पाचन)। आखिरकार, लिपोलिसिस की दर और सीमा प्रारंभिक / गैस्ट्रिक पचने वाले इमल्शन के इंटरफेशियल गुणों पर निर्भर करती है, जैसे कि मोटाई, इंटर / इंट्रामोलेक्यूलर कनेक्शन, और इलेक्ट्रोस्टैटिक और स्टेरिक इंटरैक्शन। तदनुसार, इंटरफेशियल परत के विकास की निगरानी करना क्योंकि यह पच जाता है, लाइपेस सोखना को प्रभावित करने वाले इंटरफेशियल तंत्र और घटनाओं की पहचान करने के लिए एक प्रयोगात्मक मंच प्रदान करता है और इसलिए, लिपिड पाचन।
चित्रा 2: गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल लिपिड पाचन में इंटरफेस की भूमिका को दर्शाते हुए योजनाबद्ध आरेख। पेप्सिन हाइड्रोलिसिस गैस्ट्रिक चरण में इंटरफेशियल संरचना को बदल देता है, जबकि गैस्ट्रिक लाइपेस ट्राइग्लिसराइड्स को हाइड्रोलाइज करता है। छोटी आंत में, ट्रिप्सिन / काइमोट्रिप्सिन इंटरफेशियल फिल्म को आगे बढ़ाता है, जबकि लिपोलिसिस बीएस / लाइपेस के सोखना, ट्राइग्लिसराइड्स के हाइड्रोलिसिस और बीएस मिसेल / कॉम्प्लेक्स में घुलनशीलता द्वारा लिपोलाइटिक उत्पादों के प्रदूषकों द्वारा आगे बढ़ता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
ग्रेनेडा विश्वविद्यालय (यूजीआर) में पेंडेंट ड्रॉप उपकरण को एक पेटेंट तकनीक, समाक्षीय डबल केशिका के साथ लागू किया गया है, जो थोक समाधान 7 के उपचरण विनिमय को सक्षम बनाताहै। केशिका, जो पेंडेंट ड्रॉप रखती है, में दो समाक्षीय केशिकाओं की व्यवस्था होती है जो स्वतंत्र रूप से डबल माइक्रोइंजेक्टर के प्रत्येक चैनल से जुड़ी होती हैं। प्रत्येक माइक्रोइंजेक्टर स्वतंत्र रूप से काम कर सकता है, जिससे प्रवाह के माध्यम से गिराई गई सामग्री का आदान-प्रदानहो सकता है। तदनुसार, सबफेज एक्सचेंज में आंतरिक केशिका के साथ नए समाधान का एक साथ इंजेक्शन और एक ही प्रवाह दर का उपयोग करके बाहरी केशिका के साथ थोक समाधान का निष्कर्षण होता है। यह प्रक्रिया इंटरफेशियल क्षेत्र या बूंद की मात्रा की कोई गड़बड़ी के बिना थोक समाधान के प्रतिस्थापन की अनुमति देती है। इस प्रक्रिया को बाद में एक बहु-उपचरण विनिमय में अपग्रेड किया गया था, जो ड्रॉपलेट बल्क समाधान 8 के आठ अनुक्रमिक सबफेज एक्सचेंजों की अनुमति देताहै। यह लिपिडिक मीडिया में निलंबित एकल जलीय बूंद में पाचन प्रक्रिया के अनुकरण को सक्षम बनाता है, क्रमिक रूप से विभिन्न डिब्बों (मुंह, पेट, छोटी आंत) की नकल करने वाले कृत्रिम मीडिया के साथ थोक समाधान का आदान-प्रदान करके। पूरे सेटअप को चित्र 3 में दर्शाया गया है, जिसमें घटकों का विवरण भी शामिल है। माइक्रोइंजेक्टर में सिरिंज आठ वायस वाल्व से जुड़े होते हैं, प्रत्येक एक माइक्रोसेंट्रीफ्यूज ट्यूब से जुड़ता है जिसमें चित्र 2 में वर्णित घटकों के साथ कृत्रिम पाचन द्रव होता है।
चित्रा 3: सभी घटकों के साथ ऑक्टोपस का सामान्य दृश्य। सीसीडी कैमरा, माइक्रोस्कोप, माइक्रो-पोजिशनर, थर्मोस्टेबलाइज्ड सेल और डबल केशिका स्वतंत्र रूप से एक डबल माइक्रोइंजेक्टर से जुड़े होते हैं, जिसमें आठ वायस वाल्व से जुड़े दो सिरिंज होते हैं। प्रत्येक सिरिंज केशिका, नमूना और एक निर्वहन के साथ चार माइक्रोसेंट्रीफ्यूज ट्यूबों से जुड़ता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4 ए दिखाता है कि कैसे प्रत्येक कृत्रिम पाचन तरल पदार्थ को डबल केशिका के माध्यम से सबफेज एक्सचेंज द्वारा पेंडेंट ड्रॉप में इंजेक्ट किया जाता है। चित्रा 2 में विस्तृत प्रत्येक पाचन यौगिक को एक साथ / क्रमिक रूप से लागू किया जा सकता है, जो जठरांत्र संबंधी मार्ग के माध्यम से मार्ग का अनुकरण करता है। कृत्रिम पाचन तरल पदार्थों में विभिन्न एंजाइम और बायोसर्फेक्टेंट होते हैं, जो प्रारंभिक पायसीकारक के इंटरफेशियल तनाव को बदलते हैं, जैसा कि चित्रा 4 बी में स्कीमाटाइज्ड है। यूजीआर में विकसित सॉफ्टवेयर DINATEN ( सामग्री की तालिका देखें), वास्तविक समय में इंटरफेशियल तनाव के विकास को रिकॉर्ड करता है क्योंकि प्रारंभिक इंटरफेशियल परत विट्रो में पच जाती है। इसके अलावा, प्रत्येक पाचन चरण के बाद, इंटरफेशियल परत की फैलाव लोच की गणना स्थिर इंटरफेशियल परत पर मात्रा / इंटरफेशियल क्षेत्र के आवधिक दोलनों को लागू करके और इंटरफेशियल तनाव की प्रतिक्रिया को रिकॉर्ड करके की जाती है। आवृत्ति और दोलन के आयाम को भिन्न किया जा सकता है, और सॉफ्टवेयर के साथ छवि प्रसंस्करण CONTACTO डिलैटेशनल रियोलॉजिकल पैरामीटर 8 प्रदान करताहै।
चित्र 4: पाचन प्रोफाइल के उदाहरण। (A) प्रारंभिक पायसीकारक परत को पेंडेंट ड्रॉप में विभिन्न समाधानों के अनुक्रमिक उपचरण विनिमय द्वारा माइक्रोसेंट्रीफ्यूज में रखे गए कृत्रिम पाचन मीडिया के अधीन किया जाता है। (बी) प्रारंभिक पायसीकारक के इंटरफेशियल तनाव (वाई-अक्ष) का सामान्य विकास समय (एक्स-अक्ष) के कार्य के रूप में होता है क्योंकि यह कृत्रिम मीडिया में विभिन्न एंजाइमों / बायोसर्फेक्टेंट्स द्वारा विट्रो में पच जाता है। सादे आंतों के तरल पदार्थ के साथ एक अंतिम उपचरण विनिमय मिश्रित मिसेल में घुलनशीलता द्वारा पचे हुए लिपिड के प्रदूषक को मापता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
यह अध्ययन पेंडेंट ड्रॉप उपकरण 9 के साथ इंटरफेशियल परतों के इन विट्रो पाचन को मापने के लिए डिज़ाइन किए गए सामान्य प्रोटोकॉल को प्रस्तुत करताहै। प्रारंभिक इंटरफेशियल परत को क्रमिक रूप से जठरांत्र संबंधी मार्ग के माध्यम से मार्ग की नकल करने वाली स्थितियों के अधीन किया जाता है, जैसा कि चित्र 2 में दर्शाया गया है। इन विभिन्न पाचन मीडिया को माइक्रोसेंट्रीफ्यूज ट्यूबों (चित्रा 4 ए) में निहित विभिन्न समाधानों के उपचरण विनिमय द्वारा पेंडेंट ड्रॉप में इंजेक्ट किया जाता है। इन मीडिया की संरचना को गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल स्थितियों के आधार पर अनुकूलित किया जा सकता है, जिनका मूल्यांकन किया जाएगा, अर्थात्, गैस्ट्रिक / आंतों के प्रोटियोलिसिस / लिपोलिसिस, संचयी प्रभाव और सिनेर्जीको मापने की अनुमति देता है। प्रत्येक डिब्बे में पाचन प्रक्रिया की नकल करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रयोगात्मक स्थितियां इन्फोजेस्ट द्वारा प्रकाशित अंतर्राष्ट्रीय सहमति प्रोटोकॉल का पालन करती हैं, जिसमें पीएच और इलेक्ट्रोलाइट्स और एंजाइमों की मात्रा का विवरणदिया गया है। पेंडेंट ड्रॉप पर आधारित प्रयोगात्मक उपकरण नकली पाचन प्रक्रिया के दौरान सीटू में इंटरफेशियल तनाव की रिकॉर्डिंग की अनुमति देता है। इंटरफेशियल परत के फैलाव संबंधी रिओलॉजी की गणना प्रत्येक पाचन चरण के अंत में की जाती है। इस तरह, प्रत्येक पायसीकारक एक पाचन प्रोफ़ाइल प्रदान करता है जो पचे हुए इंटरफेस के गुणों को दर्शाता है, जैसा कि चित्र 4 बी में दर्शाया गया है। यह पाचन प्रक्रिया के विभिन्न चरणों के लिए इसकी संवेदनशीलता या प्रतिरोध के बारे में निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है। सामान्य तौर पर, कृत्रिम पाचन मीडिया में एसिड / मूल पीएच, इलेक्ट्रोलाइट्स, प्रोटीज (गैस्ट्रिक और आंतों), लाइपेस (गैस्ट्रिक और आंतों), पित्त लवण और फॉस्फोलिपिड्स होते हैं, जो अपने संबंधित पाचन तरल पदार्थ (गैस्ट्रिक या आंतों) में घुल जाते हैं। चित्रा 4 बी एक पायसीकारक के इंटरफेशियल तनाव के विकास की एक सामान्य प्रोफ़ाइल दिखाता है, जो पहले प्रोटीज कार्रवाई के अधीन होता है, उसके बाद लाइपेस। सामान्य तौर पर, इंटरफेशियल परत का प्रोटियोलिसिस हाइड्रोलाइज्ड पेप्टाइड्स 9,12 के प्रदूषकों के कारण इंटरफेशियल तनाव में वृद्धि को बढ़ावा देता है, जबकि लिपोलिसिस के परिणामस्वरूप पित्त लवण और लाइपेस13 के सोखने के कारण इंटरफेशियल तनाव में बहुत तेज कमी आती है। आंतों के तरल पदार्थ के साथ एक अंतिम उपचरण विनिमय अशोषित / पचने वाली सामग्री के थोक समाधान को कम करता है और घुलनशील यौगिकों के प्रदूषकों को सोखने और मिश्रित मिसेल में पचे हुए लिपिड के घुलनशीलता को बढ़ावा देता है। यह दर्ज किए गए बढ़े हुए इंटरफेशियल तनाव (चित्रा 4 बी) द्वारा निर्धारित किया गया है।
सारांश में, एक बूंद में इन विट्रो पाचन को अनुकरण करने के लिए पेंडेंट ड्रॉप में लागू प्रयोगात्मक डिजाइन संचयी प्रभाव और तालमेल को मापने की अनुमति देता है क्योंकि पाचन प्रक्रिया को प्रारंभिक इंटरफेशियल परत10 पर क्रमिक रूप से लागू किया जाता है। प्रत्येक पाचन मीडिया की संरचना को पाचन स्थितियों की विशिष्टताओं के लिए आसानी से ट्यून किया जा सकता है, जिसमें गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल पैथोलॉजी या शिशु पाचन मीडिया14 शामिल हैं। फिर, प्रोटियोलिसिस और लिपोलिसिस को प्रभावित करने वाले इंटरफेशियल तंत्र की पहचान का उपयोग इमल्शन के इंटरफेशियल इंजीनियरिंग द्वारा पाचन को संशोधित करने के लिए किया जा सकता है। प्राप्त परिणामों को कम एलर्जेनिसिटी, नियंत्रित ऊर्जा सेवन और कम पाचन क्षमता15,16,17,18,19 जैसी अनुरूप कार्यक्षमताओं के साथ नए खाद्य मैट्रिक्स को डिजाइन करने में लागू किया जा सकता है।
यह लेख पेंडेंट ड्रॉप उपकरण का उपयोग करके इंटरफेशियल परतों के इन विट्रो पाचन को मापने के लिए एक सामान्यीकृत प्रोटोकॉल का वर्णन करता है। प्रोटोकॉल को पाचन बफर की संरचना को ट्यून करके प्रयोग की विशिष?…
The authors have nothing to disclose.
इस शोध को आरटीआई 2018-101309-बी-सी 21 और पीआईडी 2020-631-116615आरए00 परियोजनाओं द्वारा वित्त पोषित किया गया था, जो एमसीआईएन / एईआई / 10.13039 / 501100011033 और “ईआरडीएफ ए यूरोप बनाने का तरीका” द्वारा वित्त पोषित था। यह काम (आंशिक रूप से) ग्रेनेडा विश्वविद्यालय (स्पेन) के बायोकोलाइड और द्रव भौतिकी समूह (रेफरी पीएआई-एफक्यूएम 115) द्वारा समर्थित था।
Alpha-chymotrypsin from bovine pancreas | Sigma-Aldrich | C4129 | Enzyme |
Beta-lactoglobulin | Sigma-Aldrich | L0130 | Emulsfier |
Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | Emulsfier |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | 10043-52-4 | Electrolyte |
Centrifuge | Kronton instruments | Centrikon T-124 | For separating oil and resins |
Citrus pectin | Sigma-Aldrich | P9135 | Emulsfier |
co-lipase FROM PORCINE PANCREAS | Sigma | C3028 | Enzyme |
CONTACTO | University of Granada (UGR) | https://core.ugr.es/dinaten/, last access: 07/18/2022 | |
DINATEN | University of Granada (UGR) | https://core.ugr.es/dinaten/, last access: 07/18/2022 | |
Gastric lipase | Lipolytech | RGE15-1G | Enzyme |
Human Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 70024-90-7 | Emulsifier |
INFOGEST | http://www.proteomics.ch/IVD/ | ||
Lipase from porcine pancreas, type II | Sigma-Aldrich | L33126 | Enzyme |
Magnesium metasilicate resins | Fluka | 1343-88-0 | Resins to purify oil |
Micro 90 | International products | M-9051-04 | Cleaner |
NaCl | Sigma | 7647-14-5 | Electrolyte |
NaH2PO4 | Scharlau | 10049-21-5 | To prepare buffer |
OCTOPUS | Producciones Científicas y Técnicas S.L. (Gójar, Spain) | Pendandt Drop Equipment implemented with multi subphase exchange | |
Olive oil | Sigma-Aldrich | 1514 | oil |
Pancreatic from porcine pancreas | Sigma | P7545-25 g | Enzyme |
Pepsin | Sigma-Aldrich | P6887 | Enzyme |
Pluronic F127 | Sigma | P2443 | Emulsifier |
Pluronic F68 | Sigma | P1300 | Emulsfier |
Sodium deoxycholate | Sigma | Bile salts | |
Sodium glycodeoxycholate | Sigma | C9910 | Bile salts |
Sodium taurocholate | Sigma | 86339 | Bile salts |
Syringe Filter | Millex-DP | SLGP033R | Syringe Filter 0.22 µm pore size polyethersulfone |
Trypsin | Sigma-Aldrich | T1426 | Enzyme |