biodisponibilidad de fitoquÍmicos: tÉcnicas...

BIODISPONIBILIDAD DE FITOQUÍMICOS: TÉCNICAS DE CONTROL Y MEDIDA

Antonio Pérez GálvezManuel Jarén Galán

Juan Garrido Fernández

Grupo de Química y Bioquímica de PigmentosDepartamento de Biotecnología de Alimentos

Instituto de la Grasa, CSIC

Medicamentos de liberación modificada

MASTER OFICIALEN CIENCIA, TECNOLOGÍA Y USO RACIONAL DEL

MEDICAMENTO

Sevilla 17 de Diciembre de 2009

ALIMENTACIÓN Y FARMACOLOGÍA

CONFLUENCIA DE ÁREAS

Planteamiento del estudioBiodisponibilidadCertificaciónAlegacionesDerechos de propiedad intelectual

Alimentos medicinales

Suplementos dietéticos

Alimentos para régimen dietético especial

Alimentos enriquecidos

Alimentos

funcionales

Biodisponibilidad de fitoquímicos: técnicas de control y medida

EL papel principal de la dieta es proporcionar suficientes nutrientes para cubrir los requerimientos metabólicos del individu@ y proporcionarle sensaciones de satisfacción y bienestar a través de atributos hedonistas.

EN adición a ello, existen evidencias científicas que fundamentan la hipótesis de que la dieta puede tener efectos fisiológicos y sicológicos beneficiosos, más allá de los efectos nutricionales, mediante la modulación de funciones-objetivo específicas en el organismo (funcionalidad dianizada).

1. La dieta puede proporcionar desarrollo físico y salud ÓPTIMOS.2. La dieta puede DISMINUIR el riesgo a desarrollar enfermedades.

BASES CIENTÍFICAS DE LA ALIMENTACIÓN FUNCIONAL

ALIMENTOS FUNCIONALES Y COMPONENTES BIOACTIVOS

CONCEPTO Y TIPOS DE MARCADORES

ALEGACIONES

¿A QUÉ HEMOS LLEGADO?



LA REVOLUCIÓN DEL SECTOR AGROALIMENTARIO

¿Por qué nos alimentamos?

1. ¿Sólo para subsistir?2. ¿Por el placer de comer?3. ¿O para estar sanos?

¿Qué le exige el consumidor a un alimento?

1. Calidad y Seguridad2. Conveniencia3. Que beneficien, potencien, mejoren su salud ¿Por qué?



¡PARA VIVIR MÁS TIEMPO Y CON CALIDAD DE VIDA!



El cambio de percepción del consumidor

1. Alimentos tóxicos, inseguros2. Ingredientes no saludables (colesterol, grasa saturada,

prooxidantes)3. Ingredientes saludables (antioxidantes, vitaminas, ácidos

grasos esenciales)

Consumidor con mayor acceso a la información y más exigente

ALIMENTOS SANOS: LA ALIMENTACIÓN FUNCIONAL ES LA SALUD A TRAVÉS DE LA ALIMENTACIÓN


ALIMENTO FUNCIONAL

Alimento o ingrediente del que se tienen evidencias científicas satisfactorias de que afecta beneficiosamente una o más funciones objetivo del organismo, más allá de su valor nutritivo, de lo que se derivan una mejora del estado de salud y bienestar y/o una reducción del riesgo a desarrollar enfermedades degenerativas

Alimento o ingrediente del que se tienen evidencias científicas satisfactorias de que afecta beneficiosamente una o más funciones objetivo del organismo, más allá de su valor nutritivo, de lo que se derivan una mejora del estado de salud y bienestar y/o una reducción del riesgo a desarrollar enfermedades degenerativas

Alimento naturalAlimento del que un ingrediente se ha

eliminadoAlimento en el que la naturaleza de

uno o más ingredientes se ha modificado

Alimento en el que la disponibilidad de uno o más componentes se ha modificado

Cualquier combinación entre las posibilidades anteriores

Ingredientes funcionales Ingredientes

nutricionales y funcionales

COMPONENTE BIOACTIVO

Concentración fisiológicasub-óptima

Suficiencia fisiológica

Acción extra-fisiológica (efecto

positivo en la salud)

Nivel de ingesta máximo tolerable

Efecto adverso en

la salud

Incrementoen la ingesta

COMPONENTES BIOACTIVOS

FitoquímicosLípidos bioactivos Esteroles vegetalesProteínas y péptidos bioactivosProbióticosPrebióticosMineralesVitaminas


Alimentos medicinales

Suplementos dietéticos

Alimentos para régimen dietético especial

Alimentos enriquecidos

Alimentos funcionales

Terminología adecuadaFACTORES DISTINTIVOS

Individuo sano¿Suficiencia fisiológica?¿Supervisión médica?Fomentar SaludFomentar Prevención

0,5

0

1,0

Rango de ingesta seguro

Nivel de ingesta observado

Rie

sgo

de

insu

fici

en

cia

Rie

sgo

de e

fecto

ad

verso

CDR CDE IM

ISEA IMCEA

Suficiencia fisiológica

¿?

Vitamina C Vitamina E

10

20

30

40C

DR

de v

itam

inas

an

tioxid

an

tes

(mg

/d)

50

60

70

80

90

100 CDR 1989

CDR 2000

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Vitamina A

CD

R v

itam

ina A

(μg

/d)



MARCADORESConcentración en plasmaMetabolitos ligados a la oxidación

Fitoquímicos = Bioactividad

MarcadorValidez biológica (correlación entre el

proceso y su incidencia en la saludValidez metodológica

“Variable reflejo de un fenómeno de interés”

CONCEPTO Y TIPOS DE MARCADORES


Marcador de función objetivo

(factor)

Marcador de exposición (Indicador)

Consumo del alimento funcional o comp.

bioactivoMarcador de exposición

Marcador intermedio del criterio de

valoración

Marcador de función objetivo Mejora en el estado de salud

Reducción del riesgo

ENDPOINT

CONCEPTO Y TIPOS DE ALEGACIONES


LA ALIMENTACIÓN FUNCIONAL Y LAS ALEGACIONES

Confluyen los intereses de todos los elementos pero su actuación no ha sido coordinada

1. Crecimiento espectacular del mercado de los alimentos funcionales (grandes beneficios económicos y campañas de marketing)

2. Ausencia de regulación3. Se olvida el fundamento científico

Beneficios para la salud

Alimento

Fitoquímicos

IndicadorFactor


Reglamento CE 1924/2006

www.cfsan.fda.govNutrient content claims

Health claims


Tipo ATipo A

Tipo BTipo B

Contenido de componentes bioactivos o nutrifuncionales con efectos nutricionales o fisiológicos

Características químicas

Metabolismo y función

Marcador de función objetivo

(factor)

Marcador de exposición (Indicador)

Propiedades saludables y de reducción del riesgo a desarrollar enfermedades específicas


Reglamento CE 1924/2006


Tipo ATipo A

Contenido de componentes bioactivos o nutrifuncionales con efectos nutricionales o fisiológicos

Algunos ejemplos de alegaciones: BAJO VALOR ENERGÉTICO; VALOR ENERGÉTICO REDUCIDO; SIN APORTE ENERGÉTICO; BAJO CONTENIDO DE GRASA; FUENTE DE FIBRA; FUENTE DE…; CONTIENE; NATURAL+ALEGACIÓN.

Alegaciones sobre lo que el alimento contiene (contenido nutricional o comparativo con otros alimentos)


Alegaciones sobre lo que el alimento hace (propiedades saludables).Disminución de riesgo

Alegaciones sobre lo que el alimento hace (propiedades saludables).DisminuciDisminucióón de riesgon de riesgo

Alimento funcional = Alimento con alegación/es



Industriaagroalimentaria

Distribución deproductos intermedios

Consumidor

Componentes bioactivos

Industriaagroalimentaria

Distribución deproductos estándar

Consumidor

Optimización de la producción

Minimización de costes

EBTEBT

AlegacionesAlegaciones


Optimización de la calidad


Compuestos producidos por plantas; el término se asocia a aquellos compuestos que pueden afectar a la salud, sin ser nutrientes esenciales

Compuestos producidos por plantas; el término se asocia a aquellos compuestos que pueden afectar a la salud, sin ser nutrientes esenciales

Asociación positiva entre dieta rica en alimentos vegetales y salud

Evidencias limitadas del efecto en la salud de un compuesto fitoquímicoconcreto

Cocktail complejo de compuestos bioactivos

COMPUESTOS FITOQUÍMICOS

CarotenoidesClorofilas CurcuminoidesFibraFitoestrógenosFlavonoidesIsotiocianatosSaponinas

Diferencias entre los estudiosepidemiológicos y los de intervención

www.fruitsandveggiesmorematters.org

DEFINICIÓN DE COMPUESTOS FITOQUÍMICOS



Estudios científicos recientes han demostrado… ¿Cuál es la base científica para realizar y

certificar esta alegación? BIODISPONIBILIDAD

Estudios científicos recientes han demostrado… ¿Cuál es la base científica para realizar y

certificar esta alegación? BIODISPONIBILIDAD


CONCEPTO DE BIODISPONIBILIDAD

La biodisponibilidad es la clave en la eficiencia nutricional. Del total de nutrientes y componentes bioactivosde un alimento, sólo una determinada cantidad será utilizada por el organismo.

La biodisponibilidad es la clave en la eficiencia nutricional. Del total de nutrientes y componentes bioactivosde un alimento, sólo una determinada cantidad será utilizada por el organismo.

Los compuestos fitoquímicos del café, una vez ingeridos serán digeridos y asimilados, superarán el metabolismo presistémico (BIOACCESIBILIDAD) y llegarán al tejido diana donde realizarán su función (BIOACTIVIDAD).

Alegaciones factibles. Sistemática común.


BIOACCESIBILIDAD BIOACTIVIDAD

BIODISPONIBILIDADBIODISPONIBILIDAD

Eventos que transcurren durante la digestión del alimento y su transformación en material potencialmente asimilable

Absorción/asimilación en el epitelio intestinal

Metabolismo presistémico (intestinal y hepático)

Llegada al tejido diana. ¿Barreras?Eventos que transcurren durante la

interacción con biomoléculasMetabolismo o biotransformaciónGeneración del biomarcadorRespuesta fisiológica



Alegaciones sobre lo que el alimento hace (propiedades saludables).Disminución de riesgo



Búsqueda de compuestos bioactivos de alegaciones

y su certificación

F = fd × fa × fmi × fmh

ESTIMACIÓN DE LA BIOACCESIBILIDAD

Principales factores que modulan la velocidad y extensión dela absorción intestinal de nutrientes

Solubilidad en aguaTamaño y peso molecular¿Agregación, complejo?

CargaPotencial puentes H

Área superficial molecularHidrofobicidad

Dosificación Composición de la matriz

InterferentesComplementarios

FactoresFísico-químicos

FactoresFormulación


Tiempo de vaciado gástrico Movilidad intestinal

Permeabilidad de la membranapH intestinal

Estado de saludFlujo sanguíneo

Composición luminal

FactoresFisiológicos

Transportadores Metabolismo

FactoresBioquímicos

fd = material potencialmente asimilablefd = material potencialmente asimilable

Modelos de digestiónModelos de digestión



Modelos estáticos

Modelos dinámicos

Modelos bioquímicos en discontinuo

Condiciones físicas no incluidas

Útiles en estudios de digestión de alimentos simples y evaluación de niveles máximos de absorción

Incorporan condiciones físicas

Vaciado gástrico o intestinal. Modificación condiciones del lumen.

Útiles en la evaluación de la influencia de la estructura alimentaria

fd = material potencialmente asimilablefd = material potencialmente asimilable


In silicoIn silicoModelos basados en

métodos fisicoquímicos o software específico

No se requiere experimentación clásica (no cultivo celular, no tejido animal)

Predicción de la bioaccesibilidad antes de aislar el compuesto

Técnica SAR

Factores e interrelaciones

Válidos para ruta transcelular

Metabolismo presistémico

Manejo y Evaluación del software

Liberación desde la matriz

Micelarización

SolubilizaciónAbsorción

Sistema multifactorial

a definir

Propiedades físico-químicas y factores

fisiológicosAB INITIO

MicelarizaciónSolubilización

Modelo Noyes-WhitneyJ = Peff × SA × ΔC

Intellipharm ® PKGastroplusTM

iDEATM

PK-MapTM

PK-Sim ®




In vitroIn vitro

Eficaces para screening inicial

Técnicas SAR

¿mecanismo de absorción?

¿retención de la membrana?

metabolismo presistémico

CACO-2

Apical

Basolateral

Monocapacelular

Donante

Receptor

Membranaartificial

Membranalipídica




Modelos basados en membranas artificiales o

en cultivos celulares

Flujo sanguíneo intacto

Evaluación del mecanismo en condiciones controladas y semi-conscientes

Metabolismo presistémico

¿anestesia?

¿especie animal?

menor rendimiento que técnicas in vitro

In situ / In vivoIn situ / In vivo

Métodos de perfusión intestinal




APLICACIÓN DE LA BIOACCESIBILIDAD

Bioaccesibilidad esparámetro de diseño




MODIFICACIÓN TECNOLÓGICA

MODIFICACIÓN FISIOLÓGICA

MatrizComponente

bioactivo

Optimizar Diseñar

Componente bioactivo

Acción biológica

Alimento natural

Optimizar Diseñar


PR

OC

ESO

EN

ZIM

ÁT

ICO

PU

RIF

ICA

CIÓ

N Y

C

ON

CEN

TR

AC

IÓN

Aceites vegetales

Materia prima

Extractos

Procesos físicos y enzimáticosDiseño de coloides (L/S)Emulsiones (L/L)Matriz hidrofílica β-ciclodextrina











MatrizComponente

bioactivo

Optimizar Diseñar


Acción biológica

Alimento natural

Optimizar Diseñar

Formulación de la matriz hidrofílica: Bioaccesibilidad

parámetro de diseño

1ª etapa. Fase de barrido experimental: detección de factores

críticos

LIPOAZÚCARES(EMF-1, EMF-2 , EMF-3)

ACILGLICÉRIDOS(EMF-4, EMF-5, EMF-7, EMF-8)

POLIACILGLICÉRIDOS(EMF-6 , EMF-9)

Criterio estadístico para reducir el modelo.

Efectos individuales e interacciones secundarias

OBTENCIÓN DE FACTORES CRÍTICOS

(EMF-2, EMF-5, EMF-7, EMF-9)





Formulación de la matriz hidrofílica: Bioaccesibilidad

parámetro de diseño

2ª etapa. Fase de optimización de la mezcla de factores

críticos

Efectos individuales e interacciones secundarias.

Formulación óptima.

OBTENCIÓN DEL PUNTO ESTACIONARIO.

BIOACCESIBILIDAD OPTIMIZADA




0,00

0,25

0,50

0,75

1,00

Emulgent #9

0,00

0,25

0,50

0,75

1,000,00 0,25 0,50 0,75 1,00

6

20

810

12

14

16

18

Emulgent #2Emulgent #7

Stationary point(18.01, 36.73, 45.26)

value = 23.07

¿BIOACCESIBILIDAD OPTIMIZADA? RENDIMIENTO ECONÓMICO EN FORMA DE

ALEGACIÓN









MatrizComponente

bioactivo

Optimizar Diseñar


Acción biológica

Alimento natural

Optimizar Diseñar




1998. FDA aconseja fortificar productos derivados de los

cereales con ácido fólico (140 μg/100 g) para alcanzar el valor

RDA (400 μg).

¿Son las matrices adecuadas?

Incremento significativo de ácido fólico en sangre (grupo de población sin suplementación)

No incremento en mujeres en edad de procrear





N

N N

N

NH2

CH3

OP

O

OR2

OR1

O O CH3

CH3O

O O CH3

CH3O

O O CH3

CH3O

H

H H

Tenofovir disoproxil fumarato: o tenofovir o TDF, nombre comercial :

Viread®

Su absorción está limitada por su naturaleza iónica a

pH fisiológico.

El derivado diesterificado sípresenta un valor de

absorción significativo.

FÁRMACO SENSIBLE A LA ACTIVIDAD DE ESTERASAS





Co

nce

ntr

aci

ónμM

Tiempo (min)

Forma diesterificada en presencia de 1% extracto de fresa

Forma diesterificada en ausencia de 1% extracto de fresa

Forma monoesterificada en presencia de 1% extracto de fresa

Forma monoesterificada en ausencia de 1% extracto de fresa


Alegaciones factibles. Sistemática común.


BIOACCESIBILIDAD BIOACTIVIDAD


Eventos que transcurren durante la digestión del alimento y su transformación en material potencialmente asimilable

Absorción/asimilación en el epitelio intestinal

Metabolismo presistémico (intestinal y hepático)

Llegada al tejido diana. ¿Barreras?Eventos que transcurren durante

la interacción con biomoléculasMetabolismo o biotransformaciónGeneración del biomarcadorRespuesta fisiológica



Búsqueda de compuestos bioactivos de alegaciones

y su certificación


ESTIMACIÓN DE LA BIOACTIVIDAD

Interacción del material asimilado (¿metabolismo presistémico?) con

biomoléculas

Interacción del material asimilado (¿metabolismo presistémico?) con

biomoléculas

Lípidos, proteínas ¿ADN?

Objetivo único

Diversos objetivos

Efecto agudoEfecto crónico

MARCADOR/ESCRITERIO DE VALORACIÓN

FÁRMACOFITOQUÍMICO


Efectos toxicológicos¿Actividad solapada con

fármacos?Actividad biológica / ¿RDA ó

DRI?FUNCIONALIDAD DIANIZADA

HÁNDICAPS



Screening de alta resolución: barrido experimental que permite determinar varios parámetros (marcadores) en un tiempo limitado, para un gran número de compuestos (candidatos) e identificar aquellos que son capaces de modular la respuesta fisiológica de interés.

La biología de sistemas celulares: es una experimentación holística en la que se estudia la célula integrando la red de genes, proteínas y reacciones metabólicas de las que surge una respuesta o función.

1. Planteamiento del screening de alta resolución (SAR).2. Uso de la biología de sistemas celulares: reactivos, biomarcadores y

software.

PLANTEAMIENTO DEL SCREENING

Screening positivodirigido

Screening positivodirigido

CO

NC

EN

TR

AC

IÓN

TEST

EFIC

AC

IA

Biblioteca de fitoquímicos puros

Materia prima

SCREENING1

Derechos de propiedad intelectual!!!Nuevo componenteNuevo uso (alegación)EBT

SCREENING2

SELECCIÓN DE CANDIDATOS EN

EXTRACTOS ALIMENTARIOS


Screening positivono controlado

Screening positivono controlado

CO

NC

EN

TR

AC

IÓN

TEST

EFIC

AC

IA

Biblioteca de extractos

alimentarios

Materia prima

Derechos de propiedad intelectual!!!Nuevo componenteNuevo uso (alegación)EBT

SELECCIÓN DE CANDIDATOS; BÚSQUEDA DE

COMPUESTOS PUROS

SCREENING2



SCREENING1

Screening inversoScreening inverso

SELEC

CIÓ

N D

E

EX

TR

AC

TO

S

ALIM

EN

TA

RIO

S

Conocimiento sobre efectos de extractos

vegetales

FUNCIONALIDAD DIANIZADA

SCREENING

Base de datos de componentes

naturalesCONCENTRACIÓN

TEST EFICACIA

Materia prima



Derechos de propiedad intelectualComponentes ya conocidosEfectos conocidos pero ¿ya alegados

ante EFSA?

Screening nutricionalnegativo

Screening nutricionalnegativo

Eliminación a priori de sustancias dañinas

(citotóxicas, genotóxicas, mutagénicas)

Base de datos de componentes

naturales SEGUROS

PRUEBAS TOXICOLÓGICAS

SELEC

CIÓ

N D

E

EX

TR

AC

TO

S

ALIM

EN

TA

RIO

S

SCREENING

Materia prima

Necesario en el futuroLegislación, toxicologíaEstablecimiento de NOAEL, LOAEL


CONCENTRACIÓNTEST EFICACIA


SISTEMAS DE MEDIDA

Biología de sistemascelulares



Fitoquímicos(compuestos bioactivos)

Conjunto de marcadores

Respuesta celular conjunta ≠

R1+R2+R3…

Captura simultánea de varios parámetros (determinación multiplexada)

Software que permite la identificación de interacciones entre esos parámetros

Respuesta celular sistémica

Conjunto de respuestas R1, R2,

R3… (procesos celulares)

Expresión génica

Receptores de

membrana

Transporte

Rutas de señalización

Metabolismo energético

Síntesis odegradación

molecular

SISTEMAS DE MEDIDA



REACTIVOS MARCADORES SOFTWARE


Compuestos covalentes (fluoresceína, rodamina, Alexa, BODIPY, proteínas

fluorescentes)

Localización y cuantificación de

biomoléculas

Compuestos no covalentes (diI DAPI,

Hoechst)

Asociación a membranas para

diagnóstico y biología celular

Anticuerpos primarios y secundarios (citometría de flujo).

Sonda de ácidos nucleicos para análisis de cromosomas…

Sondas fisiológicas (funcionalidad de orgánulos, cambios de potencial, transportadores)

Actividad espacial y temporal de proteínasManipulación celular

SISTEMAS DE MEDIDA





Ejemplos de funciones objetivo, sus posibles marcadores y compuestos candidatos

Preservación de la estructura yfuncionalidad del ADN

Medida de componentesdañados del ADN

Función objetivo Posibles marcadores

Vitamina EVitamina C

CarotenoidesPolifenoles

Candidatos



Preservación de la estructura yfuncionalidad de proteínas

Medida de hidroperóxidos yproductos derivados

Medida de hidroperóxidos yapoproteínas oxidadas

Medida de proteínas modificadas o de

sus componentes dañados

SISTEMAS DE MEDIDA





El software se diseña para integrar algoritmos de cálculo, estructuras de datos y herramientas de comunicación para orquestar una gran cantidad de datos biológicos y poder modelizarlos

http://sbml.org/index.psphttp://www.cellml.org/



BAREMOS SOBRE EVIDENCIAS CIENTÍFICAS QUE AVALAN UNA ALEGACIÓN DE SALUDBAREMOS SOBRE EVIDENCIAS CIENTÍFICAS QUE AVALAN UNA ALEGACIÓN DE SALUD

Insuficiente Posible Probable Convincente

Modelos in vitro o animal

(SOLO)

Estudio en humanos (no controlado)

Datos epidemiológicos (contradictorios)

Estudio en humanos

Datos epidemiológicos (consistentes)

EstudioS en humanos

Meta-análisis

Revisión por expertos

Evidencias aceptadas por organismos

públicos o agencias de expertos

independientes




LA ALIMENTACIÓN FUNCIONAL Y LAS ALEGACIONES

¿Es cierto lo que el fabricante publicita?

LAS ALEGACIONES: RECLAMOS PUBLICITARIOS



BIOACTIVIDAD

Objetividad frente a las evidencias existentes y las necesarias

Objetividad frente a la industria, proporcionando herramientas de medida

AGRADECIMIENTOS


El autor de esta presentación expresa su sincero agradecimiento a las entidadespúblicas que financian los proyectos de investigación de los que se deriva

el conocimiento aquí presentado

MEC, Proyecto AGL2007-61146/ALIJunta de Andalucía, Proyecto AGR-03025

biodisponibilidad de fitoquÍmicos: tÉcnicas...

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