Dans le monde entier, environ 2 milliards de personnes souffrent d'une carence en fer, ce qui peut entraîner une anémie, une altération du développement du cerveau chez les enfants et une augmentation de la mortalité infantile.
Pour lutter contre ce problème, les chercheurs du MIT ont trouvé une nouvelle façon de fortifier les aliments et les boissons avec du fer, en utilisant de petites particules cristallines. Ces particules, appelées cadres métal-organiques, pourraient être saupoudrés de nourriture, ajoutés aux aliments de base tels que le pain ou incorporés dans des boissons comme le café et le thé.
« Nous créons une solution qui peut être ajoutée de manière transparente aux aliments de base dans différentes régions », explique Ana Jaklenec, chercheuse principale de l'Institut Koch pour la recherche sur le cancer intégrative du MIT.
« Ce qui est considéré comme un aliment de base au Sénégal n'est pas la même chose qu'en Inde ou aux États-Unis, donc notre objectif était de développer quelque chose qui ne réagit pas avec la nourriture elle-même. De cette façon, nous n'avons pas à reformuler pour chaque contexte – il peut être incorporé dans un large éventail d'aliments et de boissons sans compromis. »
Les particules conçues dans cette étude peuvent également transporter de l'iode, un autre nutriment essentiel. Les particules pourraient également être adaptées pour transporter des minéraux importants tels que le zinc, le calcium ou le magnésium.
« Nous sommes très enthousiasmés par cette nouvelle approche et ce que nous croyons être une nouvelle application de cadres métal-organiques pour potentiellement faire progresser la nutrition, en particulier dans le monde en développement », explique Robert Langer, professeur de l'Institut David H. Koch au MIT et membre de l'Institut Koch.
Jaklenec et Langer sont les auteurs principaux de l'étude, qui apparaît dans la revue Matière. MIT Postdoc Xin Yang et Linzixuan (Rhoda) Zhang, Ph.D. sont les auteurs principaux de l'article.
Stabilisation du fer
La fortification alimentaire peut être un moyen réussi de lutter contre les carences en nutriments, mais cette approche est souvent difficile car de nombreux nutriments sont fragiles et se décomposent pendant le stockage ou la cuisson. Lorsque le fer est ajouté aux aliments, il peut réagir avec d'autres molécules dans les aliments, ce qui donne aux aliments un goût métallique.
Dans les travaux antérieurs, le laboratoire de Jaklenec a montré que l'encapsulation des nutriments dans les polymères peut les protéger contre la rupture ou la réaction avec d'autres molécules. Dans un petit essai clinique, les chercheurs ont constaté que les femmes qui mangeaient du pain fortifiées avec du fer encapsulé étaient capables d'absorber le fer de la nourriture.
Cependant, un inconvénient de cette approche est que le polymère ajoute beaucoup de volume au matériau, limitant la quantité de fer ou d'autres nutriments qui se retrouvent dans la nourriture.
« L'encapsulation du fer dans les polymères améliore considérablement sa stabilité et sa réactivité, ce qui facilite l'ajout à la nourriture », explique Jaklenec. « Mais pour être efficace, cela nécessite une quantité substantielle de polymère.
Pour surmonter ce défi, Yang a trouvé une nouvelle idée: au lieu de encapsulant le fer dans un polymère, ils pourraient utiliser le fer lui-même comme bloc de construction pour une particule cristalline connue sous le nom de cadre métal-organique, ou MOF (Moff « prononcé).
Les MOF sont constitués d'atomes métalliques rejoints par des molécules organiques appelées ligands pour créer une structure rigide en forme de cage. Selon la combinaison des métaux et des ligands choisis, ils peuvent être utilisés pour une grande variété d'applications.
« Nous avons pensé que nous pourrions peut-être synthétiser un cadre métal-organique avec des ligands de qualité alimentaire et des micronutriments de qualité alimentaire », explique Yang.
« Les cadres métal-organiques ont une porosité très élevée, afin qu'ils puissent charger beaucoup de cargaison. C'est pourquoi nous pensions que nous pourrions tirer parti de cette plate-forme pour faire un nouveau cadre métal-organique qui pourrait être utilisé dans l'industrie alimentaire. »
Dans ce cas, les chercheurs ont conçu un MOF composé de fer lié à un ligand appelé acide fumarique, qui est souvent utilisé comme additif alimentaire pour améliorer la saveur ou aider à préserver les aliments.
Cette structure empêche le fer de réagir avec les polyphénols – complices couramment trouvées dans les aliments tels que les grains entiers et les noix, ainsi que le café et le thé. Lorsque le fer réagit avec ces composés, il forme un complexe polyphénol métallique qui ne peut pas être absorbé par le corps.
La structure des MOF leur permet également de rester stable jusqu'à ce qu'ils atteignent un environnement acide, comme l'estomac, où ils se décomposent et relâchent leur charge utile de fer.
Sels à double fortification
Les chercheurs ont également décidé d'inclure de l'iode dans leur particule MOF, qu'ils appellent NUMOF. Le sel iodisé a été très réussi à prévenir la carence en iode, et de nombreux efforts sont maintenant en cours pour créer des « sels à double fortification » qui contiendraient également du fer.
La livraison de ces nutriments s'est avérée difficile car le fer et l'iode peuvent réagir entre eux, ce qui rend chacun moins susceptible d'être absorbé par le corps. Dans cette étude, l'équipe du MIT a montré qu'une fois qu'ils ont formé leurs particules de MOF contenant du fer, ils pouvaient les charger d'iode, d'une manière que le fer et l'iode ne réagissent pas les uns avec les autres.
Dans les tests de la stabilité des particules, les chercheurs ont constaté que les NUMOF pouvaient résister au stockage à long terme, à une chaleur et à une humidité élevées et à l'eau bouillante.
Tout au long de ces tests, les particules ont maintenu leur structure. Lorsque les chercheurs ont ensuite nourri les particules à des souris, ils ont constaté que le fer et l'iode sont devenus disponibles dans la circulation sanguine dans les plusieurs heures suivant la consommation du nombre.
Les chercheurs travaillent maintenant au lancement d'une entreprise qui développe un café et d'autres boissons fortifiées avec du fer et de l'iode. Ils espèrent également continuer à travailler vers un sel à double fortification qui pourrait être consommé seul ou incorporé dans les produits alimentaires de base.
