Microorganismos probióticos encapsulados en polímeros microbianosevaluación de la capacidad protectora en administración oral

Resumen

Los efectos beneficiosos sobre la salud humana asociados a los microorganismos probióticos han sido ampliamente reconocidos y demostrados mediante numerosos estudios desde la época de Metchnikoff hasta la actualidad. Dentro de estos efectos beneficiosos, destacan aquellos asociados con el tracto gastrointestinal, el sistema inmune (entre los que se incluyen los procesos alérgicos), el sistema cardiovascular o con el tracto urogenital. Actualmente, el empleo de bacterias del ácido láctico probióticas, principalmente de aquellas pertenecientes a los géneros Lactobacillus y Bifidobacterium, se ha generalizado mediante su incorporación en productos lácteos como el yogur. Es esta aplicación la que hace que, tanto la seguridad de estos probióticos como su estabilidad a lo largo del proceso de producción, sean un punto de especial atención. Es en la estabilidad de estos microorganismos donde juegan un papel importante técnicas como la microencapsulación, que ofrecen una protección física a las bacterias frente a condiciones desfavorables a las que se pueden enfrentar durante los procesos de producción, almacenamiento y durante su paso a través del tracto gastrointestinal al administrarse por vía oral. Dentro de la microencapsulación existen muy diversos métodos, dependiendo del material a encapsular, así como también se han documentado diversos materiales de encapsulación. Los exopolisacáridos microbianos encuentran entre sus funciones biológicas la de proteger a las células microbianas frente a efectos adversos, lo que unido a la capacidad de algunos de ellos de gelificar y a su amplio uso en industria alimentaria, los hace útiles como posibles vehículos para la microencapsulación microbiana. El presente trabajo de tesis aborda un estudio sobre el potencial de empleo de polímeros microbianos como agentes para la microencapsulación de microorganismos probióticos, investigando la viabilidad de los probióticos encapsulados al exponerse frente a diversas condiciones desfavorables in vitro así como también la capacidad de colonización a nivel intestinal, el impacto sobre comunidades representantes de la microbiota fecal y su capacidad para modular la respuesta del sistema inmune en modelos murinos. En los estudios iniciales se evaluó el potencial empleo de polímeros microbianos como matriz de encapsulación. Para ello, se llevó a cabo la microencapsulación de Lactobacillus plantarum CRL 1815, Lactobacillus rhamnosus ATCC 53103 y Bifidobacterium longum ATCC BAA-999 con diferentes combinaciones de polímeros microbianos: gelano, xantano, pululano y jamilano, este último obtenido a nivel de laboratorio a partir de Paenibacillus jamilae. Se emplearon técnicas de encapsulación basadas en el goteo de una suspensión microbiana en una mezcla de polímeros microbianos sobre una solución de recogida. Parámetros como el tamaño, forma y características mecánicas de las perlas obtenidas así como la viabilidad bacteriana tras los procesos de encapsulación fueron analizados. Los resultados determinaron que las mezclas idóneas para la encapsulación fueron Xantano:Gelano (1%:0,75%) y Jamilano:Gelano (1%:1%) y el método de encapsulación elegido, el generador electrostático de goteo. Los tres microorganismos así encapsulados fueron sometidos a test in vitro para evaluar el posible efecto protector de la encapsulación frente a diferentes condiciones: estabilidad/viabilidad durante el almacenamiento, diferentes pH y condiciones gastrointestinales simuladas. Para ello la viabilidad de las bacterias se determinó mediante técnicas microbiológicas clásicas de cultivo. También se evaluó en esta fase el efecto que las condiciones gastrointestinales simuladas pueden ejercer sobre propiedades probióticas como la auto-agregación y la producción de peróxido de hidrógeno. Para determinar la capacidad de colonización a nivel intestinal, el impacto sobre comunidades representantes de la microbiota fecal y su capacidad para modular la respuesta del sistema inmune mediante modelos murinos se administró a ratas la cepa L. plantarum CRL 1815, previamente seleccionada atendiendo a los resultados de los estudios in vitro, encapsulada en las 2 soluciones poliméricas diariamente durante 10 días. El impacto que la cepa probiótica, encapsulada y sin encapsular, puede ejercer sobre la microbiota fecal fue analizado mediante Hibridación in situ fluorescente (FISH) y electroforesis desnaturalizante en gradiente temporal de temperatura (TTGE), técnica, esta última, también empleada para estudiar la capacidad de colonización microbiana. La posible modulación de la respuesta inmune se abordó mediante estudios de linfoproliferación en respuesta a mitógenos. En los estudios in vitro, los resultados obtenidos fueron cepa-dependiente y dispares en los diferentes estudios. La encapsulación no mejoró la viabilidad microbiana durante el almacenamiento ni tampoco se observó un efecto protector de la encapsulación a pH muy ácido en las condiciones de nuestro estudio. Sin embargo sí se observó una protección de las cápsulas frente a condiciones gastrointestinales simuladas, significativa cuando la matriz de encapsulación fue Xantano:Gelano (1%:0,75%). Las propiedades probióticas analizadas no se vieron afectadas, salvo puntualmente la producción de peróxido de hidrógeno en L.rhamnosus ATCC 53103. En los estudios in vivo, según los resultados obtenidos por FISH, la administración de las perlas sin contenido bacteriano estimuló el crecimiento de los grupos microbianos estudiados. Las perlas de Jamilano:Gelano (1%:1%) mostraron resultados positivos en cuanto a protección y detección de la bacteria probiótica y modularon los principales grupos microbianos (C.coccoides-E.rectale y Clostridial cluster IX). En los resultados obtenidos mediante TTGE no se observó un efecto claro de los distintos tratamientos sobre la composición de la microbiota intestinal, pero se consiguió aislar el microorganismo administrado asociado a un órgano cuando se administró encapsulado en Jamilano:Gelano (1%:1%). Finalmente, no se observó toxicidad ni inmunomodulación en los ensayos de linfoproliferación frente a mitógenos.