In vitro- und ex vivo-Modelle zum intestinalen Transport von Polyphenolen am Beispiel des Apfels (Malus domestica)

Den Polyphenolen, einer Klasse sekundärer Pflanzeninhaltsstoffen, werden viele positive Effekte auf die menschliche Gesundheit zugeschrieben. Äpfel (Malus domestica) und Apfelprodukte enthalten bis zu 27g/kg Trockengewicht bzw. 460g/L Saft an Polyphenolen, hauptsächlich kommen Chlorogensäuren und Dihydrochalkone vor. Ihre vielfältigen Wirkungen können sie jedoch nur zeigen, wenn sie im menschlichen Körper bioverfügbar sind. Intestinale Absorption und Metabolismus wurden in der Vergangenheit in verschiedenen Kolonkarzinomzelllinien in vitro untersucht. Diese Zellmodelle erlauben jedoch nur bedingte Rückschlüsse auf die in vivo-Situation. Biopsien sind ein geeignetes Material um ex vivo die Absorption von Polyphenolen zu untersuchen, human sind diese jedoch nur eingeschränkt verfügbar. Wegen der funktionalen Gemeinsamkeiten des humanen und porzinen Gastrointestinaltraktes kann Schweinedarmmukosa als Modell für Untersuchungen zur humanen intestinalen Absorption eingesetzt werden. Unter ernährungsmedizinischen Aspekten ist gleichzeitig der Status der „tight junctions“ (TJ) von Relevanz. TJ sind Bänder aus Membranproteinen die Epithelzellen umgürten um eine Barriere für Moleküle, pathogenen Keime oder Ionen zu bilden.

In unseren Studien wurden Monolayer der Kolonkarzinomzelllinie T84, Schweinedarmmukosa sowie humane Biospien in eine Ussing-Kammer eingespannt, die die apikale und basolaterale Seite der Mukosa in einem dynamischen Modell simuliert. Die Apfelpolyphenole sowie strukturverwandte Analoga wurden in physiologischen Konzentrationen auf der apikalen Seite appliziert und 4h inkubiert, anschließend wurden auf beiden Seiten die Konzentrationen der Polyphenole mittels HPLC-DAD und HPLC-MS/MS bestimmt. Der Status der TJ wurde untersucht, indem der transepitheliale Widerstand (TER) während der Inkubation sowie die Expression ausgewählter TJ-Proteine mittels Real time-PCR und Immunfluoreszenzmikroskopie bestimmt wurden.

Eine strukturabhängige Absorption der inkubierten Polyphenole wurde in allen drei Modellen beobachtet. Wegen der bei einigen Polyphenolen gezeigten unterschiedlichen Absorption in den Modellen wurden die mukosalen Transportproteine mittels Western Blot untersucht. Ein positiver Einfluss der Polyphenole auf die TJs und damit auf die Barrierefunktion konnte anhand eines Anstiegs des TERs während der Inkubation gezeigt werden. Selbst nach Schädigung der Zellschicht mit Natriumcaprat, einem TJ Modulator, war eine Verbesserung der Barrierefunktion messbar. Diese Beobachtungen konnten auf Transkriptionsebene bestätigt werden.

Unsere Ergebnisse zeigen, dass es Unterschiede in der Absorption von Polyphenolen in der in vitro Kolonkarzinomzelllinie T84 und den ex vivo Mukosaproben von Mensch und Schwein gibt. Zusätzlich wurde ein positiver Effekt der im Apfel enthaltenen Polyphenole auf die Barrierefunktion des intestinalen Epithels gezeigt.

Die Studie wurde vom BMBF als Teil des NutritionNet (Projekt 01EA0501) gefördert.