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Per i bambini malnutriti, un nuovo tipo di cibo diretto dal microbioma aumenta la crescita
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Un nuovo tipo di cibo terapeutico specificamente progettato per riparare i microbiomi intestinali dei bambini malnutriti è superiore alla terapia standard nel promuovere la crescita, secondo i risultati di una prova di concetto clinica condotta in Bangladesh.
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Lo studio, condotto da un team interdisciplinare di ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis e dell'International Centre for Diarrhoeal Disease Research di Dhaka, Bangladesh (icddr,b), è stato progettato per integrare la dieta dei bambini malnutriti con una formulazione che contiene alimenti culturalmente accettabili e disponibili a livello locale, selezionati in base alla capacità degli ingredienti di aumentare i microbi intestinali che favoriscono la crescita. Il lavoro supporta la nozione che la crescita sana di neonati e bambini è strettamente legata allo sviluppo sano delle loro comunità microbiche intestinali - o microbiomi - dopo la nascita.
I risultati dello studio sono pubblicati online su The New England Journal of Medicine.
La malnutrizione infantile è una sfida importante per la salute globale, che colpisce oltre 150 milioni di bambini sotto i 5 anni in tutto il mondo, con un impatto sproporzionato in Asia meridionale e Africa sub-sahariana, secondo l'Organizzazione mondiale della sanità. La pandemia di COVID-19 in corso sta ulteriormente aggravando questo problema. Numerosi studi hanno dimostrato che la malnutrizione non è dovuta solo all'insicurezza alimentare, ma riflette invece una combinazione di fattori, tra cui un ruolo importante per il microbioma intestinale, che non riesce a svilupparsi correttamente durante i primi due anni di vita nei bambini malnutriti.
"La malnutrizione si è dimostrata straordinariamente difficile da trattare: gli alimenti terapeutici standard, ricchi di calorie, hanno dimostrato di prevenire la morte dei bambini malnutriti, ma sono stati inefficaci nel superare l'arresto della crescita e altri effetti dannosi della malnutrizione, tra cui la compromissione dello sviluppo cerebrale, della crescita ossea e della funzione immunitaria", ha detto l'autore senior Jeffrey I. Gordon, MD, il Dr. Robert J. Glaser Distinguished University Professor e direttore dell'Edison Family Center for Genome Sciences & Systems Biology alla School of Medicine. "Nel tentativo di affrontare questo problema, stiamo studiando se riparare le comunità microbiche poco sviluppate dei bambini malnutriti avrà un impatto sulla loro crescita. Questa è la prima volta che un alimento terapeutico diretto dal microbioma è stato confrontato con una terapia standard nei bambini malnutriti; inoltre, ha prodotto un tasso superiore di aumento di peso, il principale risultato clinico primario della sperimentazione"
Un precedente studio clinico pilota della durata di un mese condotto dal team in Bangladesh aveva fornito prove dei benefici dell'alimento terapeutico diretto al microbioma in un piccolo numero di bambini che lo avevano ricevuto; tuttavia, lo studio non era sufficientemente ampio o lungo per confermare gli effetti del nuovo alimento sulla crescita. L'attuale studio clinico lungo tre mesi, supervisionato da Tahmeed Ahmed, MBBS, Ph.D., direttore esecutivo del icddr,b, ha coinvolto 118 bambini di età compresa tra 12 e 18 mesi che vivevano in uno slum urbano chiamato Mirpur a Dhaka, Bangladesh. Tutti questi bambini erano stati diagnosticati con malnutrizione acuta, una condizione in cui il corpo consuma riserve di grasso e rompe il muscolo, con conseguente spreco, o perdita di peso. Il sistema immunitario è anche indebolito, rendendo questi bambini più suscettibili ad altre malattie.
"Questo lavoro si basa sui nostri studi che hanno dimostrato che uno squilibrio nel microbioma intestinale è responsabile della malnutrizione dei bambini", ha detto Ahmed. "Abbiamo usato con successo un cibo fatto di ingredienti locali per riparare il microbioma intestinale squilibrato e quindi migliorare la crescita dei bambini che ricevono il cibo. In un'epoca in cui abbiamo purtroppo ancora un numero impressionante di bambini che soffrono e muoiono di malnutrizione, la nostra scoperta del cibo complementare diretto al microbioma può cambiare le carte in tavola"
Metà dei bambini nello studio attuale sono stati assegnati in modo casuale a ricevere il microbioma-diretto cibo terapeutico, e l'altra metà ha ricevuto un cibo terapeutico standard che non è stato progettato per riparare il microbioma intestinale. Il nuovo alimento microbioma-diretto contiene una miscela di ceci, soia, banane e arachidi, ingredienti che il gruppo aveva scoperto in precedenti modelli pre-clinici per riparare il microbioma intestinale, tra gli altri componenti. Il cibo terapeutico standard è a base di riso e lenticchie e contiene circa il 20% di calorie in più per porzione rispetto al cibo diretto al microbioma.
I bambini hanno ricevuto 25 grammi di alimenti terapeutici assegnati due volte al giorno per tre mesi. L'altezza, il peso e la circonferenza del braccio medio-superiore dei bambini sono stati misurati a intervalli regolari durante il periodo di intervento e per un mese dopo la cessazione del trattamento. Campioni di sangue e feci sono stati anche raccolti in vari momenti per valutare i cambiamenti nei livelli di quasi 5.000 proteine nel sangue, e per quantificare gli effetti delle terapie sulla rappresentazione di specifici microbi benefici nei campioni di feci.
I ricercatori hanno scoperto che il tasso di cambiamento nel peso dei bambini e le loro circonferenze del braccio medio-superiore erano significativamente maggiore nel gruppo che ha ricevuto il cibo microbioma-diretto rispetto al cibo terapeutico standard; questa superiorità di crescita è stata sostenuta anche un mese dopo che i bambini avevano smesso di ricevere l'intervento nutrizionale, che è l'ultimo punto di tempo per essere analizzato finora.
"Quando guardiamo la misura clinica standard per valutare la malnutrizione acuta - il punteggio z del peso per la lunghezza - la differenza tra i due gruppi di trattamento era ancora più significativa un mese dopo aver interrotto il trattamento", ha detto il co-fondatore Robert Chen, uno studente di dottorato nel laboratorio di Gordon. "Se questo tasso di crescita è stato mantenuto per un anno, stimiamo un miglioramento nel punteggio z del peso per lunghezza di quasi una deviazione standard completa.
"I bambini con malnutrizione acuta hanno tipicamente un peso in calo o, nel migliore dei casi, stabile, quindi se questa estrapolazione regge, sarebbe un miglioramento clinicamente rilevante nei risultati di crescita", ha aggiunto Chen.
Ha detto il co-autore Ishita Mostafa, un assistente scienziato presso il Centro internazionale per la ricerca sulle malattie diarroiche: "Continuiamo a monitorare e raccogliere campioni da questi bambini; questo è fondamentale per determinare se gli effetti di questo nuovo trattamento sono davvero durevoli nel tempo, o se l'intervento deve essere sostenuto per periodi più lunghi"
I ricercatori hanno anche scoperto che un gruppo di 23 ceppi batterici trovati nei campioni di feci era correlato all'aumento del tasso di aumento di peso osservato nei bambini che ricevevano il cibo microbioma-diretto. Ventuno ceppi erano positivamente correlati, il che significa che avere più di questi batteri intestinali era legato a una maggiore crescita. E due ceppi erano negativamente correlati, il che significa che avere meno di questi batteri intestinali era legato ad una maggiore crescita. Il microbioma-diretto cibo è stato trovato per aumentare i livelli dei 21 ceppi positivamente correlati e ridurre i livelli dei due ceppi che erano negativamente correlati.
Inoltre, i ricercatori hanno trovato 70 proteine nei campioni di sangue che erano positivamente correlati con aumento di peso, con maggiori miglioramenti nei loro livelli che si verificano dopo il trattamento microbioma-diretto rispetto all'intervento standard.
"Queste proteine sono regolatori chiave della biologia ossea, del neurosviluppo e della funzione immunitaria", ha detto Gordon. "Abbiamo scoperto che questo cibo può nutrire ed espandere l'abbondanza di microbi benefici, con un aumento dei livelli di proteine benefiche nei loro ospiti umani che hanno effetti importanti sulla crescita".
"Il tasso di miglioramento del peso dei bambini che hanno ricevuto il nuovo alimento terapeutico progettato con microbi intestinali sani in mente era significativamente maggiore anche se la sua densità calorica era del 20% inferiore al cibo standard", ha aggiunto Gordon. "Questo suggerisce che la riparazione del microbioma intestinale, e non solo le calorie aggiuntive, è la chiave per una crescita sana in questi bambini"
Le squadre guidate da Gordon e Ahmed, finanziate dalla Bill & Melinda Gates Foundation, hanno in programma di avviare ulteriori studi per verificare se gli alimenti terapeutici che nutrono i microbi intestinali benefici possono aiutare i bambini malnutriti in altre parti del mondo. Questo comporta un programma di sviluppo di microbioma-diretto alimenti che contengono ingredienti distinti ma funzionalmente "biosimile" che sono facilmente disponibili, accessibile e culturalmente accettabile per i genitori e i bambini che vivono in questi altri paesi. Inoltre, Gordon e i suoi colleghi hanno in programma di indagare se la riparazione delle comunità microbiche intestinali disfunzionali in età più giovane e in tempi più lunghi potrebbe avere un impatto ancora maggiore.
"Dopo il periodo di sei mesi di allattamento al seno raccomandato dall'Organizzazione mondiale della sanità, pensiamo che ci possa essere una finestra precoce per introdurre questi tipi di alimenti terapeutici diretti al microbioma e potenzialmente avere un effetto maggiore", ha detto il co-autore Michael J. Barratt, Ph.D., professore associato di patologia e immunologia e direttore esecutivo del centro per il microbioma intestinale e ricerca nutrizionale presso la Washington University.
I ricercatori stanno anche progettando studi per indagare i benefici degli alimenti terapeutici microbioma-diretti durante la gravidanza per determinare se possono non solo migliorare i microbiomi intestinali delle madri malnutrite ma anche favorire la trasmissione di comunità microbiche intestinali sane ai loro bambini e quindi contribuire a rompere il devastante ciclo intergenerazionale della malnutrizione.
Gordon ha aggiunto: "Stiamo anche esplorando la possibilità di portare una sperimentazione clinica di questo nuovo alimento terapeutico ai bambini che beneficerebbero di un intervento nutrizionale qui a St. Siamo alle prime fasi di questo processo, iniziando a coinvolgere i membri della comunità locale. Non possiamo iniziare una di queste prove senza assicurarci che i leader della comunità, i membri della comunità, i genitori e gli assistenti siano pienamente coinvolti nel processo"