I ricercatori della Binghamton University ritengono che la comprensione della capacità delle nanoparticelle di influenzare la nostra elaborazione metabolica possa essere parte integrante della mediazione dei disordini metabolici e dell'obesità, entrambi sono in aumento e sono stati collegati agli alimenti trasformati.

Antonio Fiumera, professore associato di scienze biologiche, e Gretchen Mahler, professore assistente di ingegneria biomedica, stanno collaborando a un progetto di ricerca finanziato da una sovvenzione per le aree di eccellenza transdisciplinare (TAE) della Binghamton University per scoprire il ruolo delle nanoparticelle ingerite nella fisiologia e nella funzione dell'intestino e del microbioma intestinale.

Il microbioma intestinale è la popolazione di microbi che vivono all'interno dell'intestino umano, costituito da decine di trilioni di microrganismi (di cui almeno 1, 000 diverse specie di batteri conosciuti). Nanoparticelle, che vengono spesso aggiunti agli alimenti trasformati per migliorare la consistenza e il colore, sono stati collegati a cambiamenti nella funzione intestinale. Poiché gli alimenti trasformati diventano elementi più comuni della nostra dieta, c'è stato un aumento significativo delle concentrazioni di queste particelle trovate nel corpo umano.

Fiumera lavora in vivo con i moscerini della frutta mentre Mahler lavora in vitro utilizzando un modello di coltura cellulare 3D del tratto gastrointestinale (GI) per capire come l'ingestione di nanoparticelle influenza l'elaborazione del glucosio e il microbioma intestinale. Utilizzando metodi di ricerca complementari, i ricercatori hanno contribuito a far progredire la comprensione reciproca delle nanoparticelle.

Usando i moscerini della frutta, Fiumera esamina gli effetti delle nanoparticelle sullo sviluppo, fisiologia e composizione biochimica, così come la comunità microbica nel tratto gastrointestinale della mosca. Il modello della mosca offre due vantaggi:1) la ricerca può essere effettuata su un'ampia gamma di tratti che potrebbero essere alterati da cambiamenti nel metabolismo e 2) i processi metabolici all'interno della mosca sono simili a quelli dell'uomo. Fiumera si propone anche di indagare quali geni sono associati alle risposte alle nanoparticelle, che alla fine può aiutarci a capire perché gli individui reagiscono in modo diverso alle nanoparticelle.

Per questo progetto, Mahler ha ampliato il suo modello del tratto gastrointestinale per includere una specie batterica intestinale commensale e ha utilizzato il modello per determinare un meccanismo più dettagliato del ruolo dell'esposizione alle nanoparticelle sui batteri intestinali e sulla funzione intestinale. I primi risultati hanno dimostrato che l'ingestione di nanoparticelle altera l'assorbimento del glucosio, e che la presenza di batteri intestinali benefici elimina questi effetti.

Mahler stava già studiando le nanoparticelle quando ha contattato Fiumera e ha proposto loro di unire le rispettive competenze. Con l'aiuto degli studenti universitari Gabriella Shull e John Fountain e dello studente laureato Jonathan Richter, Fiumera e Mahler hanno iniziato a scoprire alcuni effetti dell'ingestione di nanoparticelle. Dal momento che stanno usando realistici, basse concentrazioni di nanoparticelle, gli effetti sono lievi, ma alla fine può essere additivo.

Collegare le facoltà tra le discipline per stimolare il progresso di nuove idee è lo scopo dei cinque TAE di Binghamton.