Znanstveni centar izvrsnosti za personaliziranu brigu o zdravlju otkriva nove metode za razvoj personaliziranog pristupa u liječenju

Konzumacija obogaćene hrane ima značajan utjecaj na glikozilaciju proteina plazme i imunoglobulina, što ukazuje na sinergizam aktivnosti provodenih u obje istraživačke jedinice

Na Sveučilištu Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku 2015. godine osnovan je Znanstveni centar izvrsnosti za personaliziranu brigu o zdravlju. Centar okuplja znanstvenike dvije istraživačke jedinice. Istraživačka jedinica 1 okuplja znanstvenike koji se bave istraživanjem u glikoznanosti. Voditelj IJ1 je prof.dr.sc. Gordan Lauc, a istraživanja se provode u Zagrebu na nekoliko lokacija. Istraživačka jedinica 2 okuplja znanstvenike koji se bave istraživanjem, proizvodnjom i medicinskim testiranjem funkcionalne hrane. Voditeljica IJ2 je prof.dr.sc. Ines Drenjančević, a znanstvenici ove IJ svoja istraživanja provode u Osijeku na tri lokacije, Fakultetu agrobiotehničkih znanosti Osijek, Odjelu za kemiju i Medicinskom fakultetu u Osijeku.

Cilj istraživanja ZCI za personaliziranu brigu o zdravlju bio je otkriti nove metode za razvoj personaliziranog pristupa u liječenju bolesnika te prevenciju bolesti funkcionalnom hranom, kao i otkrivanje novih biomarkera za praćenje bolesti.

U okviru aktivnosti IJ1- Istraživanje u glikoznanosti, istraživači pod vodstvom prof. dr. sc. Gordana Lauca bavili su se razvojem analitičke tehnologije za glikoproteomiku. U posljednjih deset godina Genosov Laboratorij za istraživanje glikoznanosti razvio se u globalnog lidera u visokoprotočnoj glikomici. U suradnji s Farmaceutsko-biokemijskim fakultetom, u posljednjih deset godina proveli su analizu glikana na više od 200.000 osoba, Genos je sada također središnji laboratorij za visokoprotočnu glikomiku u globalnom Projektu ljudskog glikoma.

Značajno je prošireno iskustvo u detaljnoj strukturnoj karakterizaciji glikana pomoću masene spektrometrije te razvijeno još više visokoprotočnih metoda koje koriste multipleksirane instrumente za kapilarnu elektroforezu. Prvi koraci prema potpunoj automatizaciji već su poduzeti. Razvijene su metoda za analizu podataka. Primjena novih sofisticiranih metoda na velike skupove glikomskih podataka omogućila je evaluaciju nekih dosadašnjih spoznaja i predlaganje promjena u poznatim glikozilacijskim putovima. Provedena su istraživanja genetike i epigenetike glikozilacije proteina.

Nizom studija povećana je veličina uzorka s prvobitnih 2.000 na preko 10.000 osoba i proširena mreža gena odgovornih za glikozilaciju IgG. Paralelno s tim proveli smo studiju na više od 100 sojeva miševa koja je pokazala da se glikom IgG nasljeđuje kao kompleksno svojstva i da preslagivanje alelnih varijanti čini mišji IgG strukturno i funkcionalno vrlo različitima u različitim sojevima. Međuindividualne razlike u glikomu IgG djelomice su određene varijacijom u genskom slijedu, ali velik dio je pod utjecajem okoline koji se vjerojatno nasljeđuje putem epigenetičkih modifikacija tijekom ciklusa stanica, uz pomoć različtih alataza epigenetsko uređivanje koji su objavljeni u prominentnim časopisima. Ti se alati trenutno koriste za modulaciju glikozilacije IgG-a proizvedenog in vitro.

Osim mapiranja mreže gena koji reguliraju glikozilaciju IgG, analizirali je i gensku regulaciju ukupne glikozilacije proteina u plazmi. Konačno, glikozilacija u bolestima pokazala je putem studija glikozilacije proteina u karcinomu debelog crijeva, upalnim bolestima crijeva, dijabetesu, kardiovaskularnim bolestima, bolovima u donjem dijelu leđa i nekoliko drugih bolesti značajne promjene u glikanima, a što je posebno značajno, neke od tih promjena bile su vidljive čak i do deset godina prije postavljanja dijagnoze bolesti.

Rezultati su objavljeni u nizu istaknutih publikacija u vodećim časopisima, uključujući
Circulation, Circulation Research, Gastroenterology, Diabetes Care i druge.

U Dječjoj bolnici Srebrnjak provedeno je i istraživanje o farmakogenetici astme, uočeni su novi, specifični fenotipovi bolesti te su izrađeni složeni prediktivni modeli korištenjem metoda strojnog učenja za predviđanje terapijskih ishoda s obzirom na inicijalne kliničke karakteristike u djece s astmom. Provedeno je i pilot istraživanje povezanosti određenih epigenetskih markera na uspješnost terapije te istraživanje o obrascima senzibilizacije na određene alergene (inhalacijske, nutritivne) i njihovoj povezanosti s razvojem specifičnih kliničkim fenotipova u djece.

Specijalna bolnica “Sveta Katarina”, kao lider u području personalizirane medicine, proteklih 6 godina intenzivno se bavila istraživanjima i razvojem inovativnih pristupa u cilju pružanja personalizirane zdravstvene skrbi. Njihova posvećenost cjelogenomskoj analizi, farmakogenomici, nutrigenomici, staničnoj terapiji i prediktivnim/dijagnostičkim testovima omogućila im je ostvarenje značajnih rezultata. Primjerice, studija o COVID-19 naglašava važnost staničnog imuniteta kao ključnog čimbenika u dugotrajnoj zaštiti od bolesti, a provedena kohortna studija ukazala je na važnost staničnog imuniteta u sprečavanju zaraze te identificirala ulogu IFN-γ u tom procesu. Također, uspješno su objavili rad o liječenju rijetkog poremećaja homeostaze kolesterola uzrokovanog mutacijom gena CYP27A1 terapijom s kenodeoksikolnom kiselinom. Njihova istraživanja u polju regenerativne medicine također su donijela značajne rezultate. U radu objavljenom u časopisu ” Genes”, proučavali su mehanizme djelovanja i kliničke učinke mezenhimalnih matičnih stanica u liječenju osteoartritisa.

U okviru ovog cilja IJ2 svoja istraživanja bazirala je na unapređenju zdravlja i fizičke spremnosti mladih zdravih ispitanika, sportaša, te poboljšanju zdravlja kod kardiovaskularnih bolesnika konzumacijom funkcionalne hrane.

Osnovna uloga hrane je osiguravanje hranjivih tvari dovoljnih za podmirivanje nutritivnih potreba pojedinca. Funkcionalna hrana predstavlja proizvode koji u svom sastavu imaju povećan sadržaj nekog nutricina koji pozitivno djeluje na fiziološke funkcije organizma, a samim tim i na zdravlje konzumenta.

Istraživačke skupine Medicinskog fakulteta Osijek pod vodstvom prof. dr.sc. Ines Drenjančević su tijekom provedbe projekta ZCI za personaliziranu brigu o zdravlju ispitivale funkcionalnu hranu (kokošja jaja obogaćeno nutrijentima- omega-3 polinezasićenim masnim kiselinama (n-3 PUFA), bez ili sa selenom, luteinom i vitaminom D, te pileće meso obogaćeno n-3 PUFA ili karnozinom i utjecaj konzumacije na mikrovaskularnu i makrovaskularnu reaktivnost te biljege endotelne funkcije, upale i rezolucije upale, oksidativni stres i antropometrijske parametere kod različitih skupina ispitanika. Provedene su randomizirane, kontrolirane, dvostruko slijepe intervencijske kliničke studije koje su rezultirale s više obranjenih doktorata te publikacijom brojnih radova u visokorangiranim međunarodnim časopisima te diseminacijom tih rezultata na različitim domaćim i međunarodnim konferencijama. Rezultati ovih istraživanja pokazuju da je konzumacija jaja u umjerenim količinama sigurna za zdravlje i kod zdravih ispitanika, ali i kod kardiovaskularnih bolesnika. Kod konzumacije obje vrste nutritivno obogaćenih jaja dolazi do poboljšanja mikrovaskularne reaktivnosti, smanjenja proizvodnje upalnih citokina i povećanja proizvodnje citokina i medijatora koji vode rezoluciji upale, poboljšanja lipidnog profila (posebice vidljivo kod kardiovaskularnih bolesnika) te u određenoj mjeri, poboljšanja oksidativnog statusa. Rezultati konzumacije pilećeg mesa obogaćenog n-3 PUFA su slični već navedenima. Rezultati projekta korišteni su kao osnova za prijavu novih institucijskih i međunarodnih znanstvenih projekata.

Istraživači na Fakultetu agrobiotehničkih znanosti Osijek pod voditeljstvom prof.dr.sc. Zlate Kralik u okviru svojih aktivnosti na projektu ZCI za personaliziranu brigu o zdravlju bili su angažirani da proizvedu jaja i pileće meso obogaćeno nutricinima i u suradnji s Medicinskim fakultetom u Osijeku dokažu da ovi proizvodi imaju pozitivan utjecaj na zdravlje konzumenata. Konzumna jaja obogaćena su omega-3 masnim kiselinama, ali i kombinacijom četiri nutricina (omega-3 masnim kiselinama, selenom, luteinom i vitaminom E). Pileće meso obogaćeno je omega-3 masnim kiselinama, selenom i karnozinom.

Za provedbu eksperimentalnog dijela istraživanja, proizvodnju jaja i pilećeg mesa, ugovorene su dvije farme. Farma konzumnih jaja Marijančanka d.o.o. iz Marijanskog Ivanovca sudjelovala je u proizvodnji jaja obogaćenih omega-3 masnim kiselinama, i u proizvodnji jaja obogaćenih s 4 nutricina, dok je farma Agro-Ore d.o.o. iz Velikog Bukovca bila angažirana kod proizvodnje pilećeg mesa obogaćenog omega-3 masnim kiselinama, selenom i karnozinom. Za savjetodavni rad i koordinaciju hodograma aktivnosti na terenu angažirana je tvrtka Nutricin j.d.o.o. iz Darde. S obzirom da je u jajima i pilećem mesu moguće povećati sadržaj nutricina ukoliko se dodaju u krmne smjese za perad, pod vodstvom tima FAZOS dizajnirane su različite krmne smjese za nesilice i tovne piliće čijom konzumacijom je perad povećala sadržaj omega-3 masnih kiselina, selena, luteina i vitamina E u jajima, te omega-3 masnih kiselina, selena i karnozina u pilećem mesu.

U hranidbi peradi korištena su biljna ulja i riblje nerafinirano ulje. Hranidbom peradi krmnim smjesama s dodatkom lanenog, repičinog i ribljeg ulja moguće je povećati sadržaj n-3 PUFA u jajima i pilećem mesu. Biljna ulja (repičino i laneno) u svom profilu sadrže veći udio α-linolenske (ALA) masne kiseline koja je esencijalna za ljude, dok riblje ulje obiluje eikosapentaenskom (EPA) i dokhosaheksaenskom (DHA) masnom kiselinom. Za uravnoteženu prehranu nutricionisti preporučuju da omjer ∑n-6/∑n-3 PUFA iznosi 4-5:1.

Poznato je da su n-3 PUFA podložne oksidaciji pa se u krmne smjese dodaju antioksidansi kao što su selen, lutein i vitamin E. Dodatkom navedenih nutrijenata u smjese za perad smanjuje se oksidacija masti u jajima i mesu, ali se i značano povećava njihov sadržaj u navedenim proizvodima. Karnozin je prirodni mišićni protein koji u organizmu ima ulogu višestruku od kojih je antioksidativna najvažnija jer usporava proces starenja, pa se smatra da karnozin ima “anti-ageing” efekt. Dodatkom amino kiselina L-histidina i β-alanina u krmne smjese za piliće može se povećati sadržaj karnozina u mesu.

U istraživanju obogaćivanja jaja s nutricinima korištene su nesilice hibrida TETRA SL, koje su držane u obogaćenim kavezima, hranu i vodu dobivale su po volji, a kontrolna i pokusne skupine držane su u istom objektu s istim mikroklimatskim uvjetima. Režim osvjetljenja primijenjen tijekom pokusa bio je 16 sati svjetla i 8 sati tame. Eksperimentalno razdoblje testiranja svake krmne smjese trajalo je minimalno 4-5 tjedana. Kroz pilot projekte, na farmi je provedeno testiranje više od 30 različitih krmnih smjesa. Krmna smjesa koja je pokazala najbolje obogaćivanje jaja omega-3 PUFA korištena je u procesu proizvodnje omega-3 jaja, dok je krmna smjesa koja je pokazala najbolje obogaćivanje jaja s četiri nutricina korištena u procesu proizvodnje jaja obogaćenih omega-3 masnim kisleinama, selenom, luteinom i vitaminom E. Osim na farmi istraživanja tima FAZOS su obuhvaćala analize u laboratoriju, gdje su utvrđivani pokazatelji kvalitete jaja, senzorne analize i analize profila masnih kisleina u krmnoj smjesi i jajima.

Obogaćivanje pilećeg mesa nutricinima provedeno je na farmi Agro-Ore d.o.o u Velikom Bukovcu. Na farmi su tovljeni muški Ross 308 pilići. Tov pilića obavljao se na podu, hranu i vodu pilići su dobivali po volji, a kontrolna i pokusne skupine držane su u istom objektu s istim mikroklimatskim uvjetima. Eksperimentalno razdoblje testiranja svake krmne smjese trajalo je 6 tjedana. Kroz pilot projekte, na farmi je provedeno testiranje više od 25 različitih krmnih smjesa. Krmne smjese korištene u pokusu bile izbalansirane na razini minimalno 21,02% sirovih proteina starter smjesa i 18,05% sirovih proteina finišer smjesa. Krmne smjese (finišeri) koje su pokazale najbolje obogaćivanje mesa s nitricinima korištene su u procesu proizvodnje pilećeg mesa obogaćenog omega-3 PUFA, selenom i karnozinom. Nakon svakog turnusa, pilići su transportrani do klaonice, gdje su na liniji klanja utvrđeni pokazatelji kvalitete pilećih trupova. U laboratoriju su na uzorcima mesa utvrđeni tehnološki pokazatelji kvalitete, oksidacija masti i profili masnih kiselina, selena i karnozina.

Tijekom projekta uspješno su izvršene analize svih uzoraka jaja i pilećeg mesa na Odjelu za kemiju Sveučilišta u Osijeku u okviru aktivnosti istraživačke grupe pod vodstvom doc.dr.sc. Aleksandra Sečenjija. U grupi Odjela za kemiju doc. dr. sc. Olivera Galović radila je na pripremi uzoraka i analizi vitamina E, luteina i kolesterola u uzorcima jaja pomoću HPLC, karnozina i anserina u uzorcima pilećeg mesa pomoću (UPLC), te pripremi uzoraka jaja i hrane za kokoši nesilice za analizu profila masnih kiselina pomoću plinske kromatografije (GC). Metodu za određivanje sadržaja kolesterola poznatu iz stručne literature je modificirala. Sudjelovala je i u uhodavanju protokola za određivanje vitamina E u uzorcima seruma i određivanju sadržaja luteina u uzorcima seruma pomoću HPLC s grupom s Medicinskog fakulteta Osijek.

Rad na novim analitičkim tehnikama proveden je u više faza. Prva faza je uključivala razvijanje metode za određivanje selenija u uzorcima jaja. Određivanje je provođeno fluorimetrijskom metodom nakon derivatizacije selenija fluorescentnim indikatorom.
Određivanju je prethodila priprema uzoraka koja je uključivala klasičnu digestiju uz uporabu jakih anorganskih kiselina i mikrovalnu digestiju. S obzirom na ideju projekta o personaliziranoj brizi za zdravlje, provedena su i dodatna istraživanja koja su uključivala razvoj dva nova senzora za određivanje anionskih tenzida. Anionski tenzidi su najčešće korištene površinske aktivne tvari, a najviše se koriste u sredstvima za pranje i proizvodima za osobnu njegu. Prvi razvijeni senzor bio je klasičan potenciometrijski senzor koji je kao senzorski materijal sadržavao novosintetiziranu kvaternu amonijevu sol, a drugi je bio senzor s čvrstim kontaktom i senzorskim materijalom modificiranim višestjenčanim ugljikovim nanocjevčicama. Provedene su i mnoge druge kemijske analize koje su bile nužne za provođenje partnerskih aktivnosti.

Koncept funkcionalnih peradskih proizvoda u našem istraživanju imao je za cilj obogatiti jaja i pileće meso nutricinima i potvrditi njihov zdravstveni benefit, što smo u istraživanju i postigli. Nadalje, konzumacija obogaćene hrane ima značajan utjecaj na glikozilaciju proteina plazme i imunoglobulina, što ukazuje na sinergizam aktivnosti provodenih u obje istraživačke jedinice. Time se približavamo pojmu personalizirane medicine, jer se omogućuje individualno praćenje učinaka prehrane na kardiovaskularno i imunološko zdravlje. Rezultati projekta imaju značajan učinak i na društveno ekonomski život, jer omogućava promociju proizvoda i njihovo plasiranje na tržište.

Autori članka: Prof.dr.sc. Ines Drenjančević, prof. dr.sc. Gordan Lauc, voditelji ZCI za personaliziranu brigu o zdravlju i prof.dr.sc. Zlata Kralik, voditeljica tima FAZOS.

Znanstveni centar izvrsnosti (ZCI) za personaliziranu brigu o zdravlju je interdisciplinarni centar izvrsnosti iz područja biotehničkih i biomedicinskih znanosti – ​KK.01.1.1.01.0010

Zamišljen je kao efikasni način prijenosa znanja i kompetencija stečenih u biotehničkim znanostima na temeljna i primijenjena biomedicinska istraživanja u kojem su istraživačke grupe komplementarne. Jedan od primjera sinergističke aktivnosti između znanstvenih jedinica ZCI je mogućnost analize glikanskih biomarkera u evaluaciji učinaka primjene funkcionalne hrane kod zdravih ispitanika i bolesnika. Kako je riječ o inovativnom i originalnom pristupu hrani, radom ovog centra povećat će se međunarodna znanstvena te gospodarska konkurentnost naše regije, a time i cijele Hrvatske.

“Projekt je sufinancirala Europska Unija iz Europskog fonda za regionalni razvoj”