Vraag het de expert: Ontdek een nieuw onderzoek naar menselijke melkoligosachariden (HMO's) waaruit blijkt hoe HMO-combinaties de gezondheid van baby's kunnen ondersteunen.

• Het is nu mogelijk om een select aantal humane melkoligosachariden (HMO's) - een belangrijk bestanddeel van moedermelk, de gouden standaard voor babyvoeding - te produceren en te combineren om voedingsoplossingen voor jonge kinderen te verrijken.
• Toenemend preklinisch en klinisch bewijs onthult hoe HMO-mengsels gezondheidsvoordelen kunnen bieden voor zuigelingen.
• In deze blog legt hoofdauteur van een nieuw overzichtsartikel over de biologische effecten van structureel verschillende HMO-combinaties,¹ Dr. Anita Wichmann, hoofddeskundige in regelgevingszaken voor voeding voor jonge kinderen en medische voeding bij dsm-firmenich, uit hoe de structuren van verschillende HMO's hun gezondheidsvoordelen beïnvloeden en hoe we betere zuigelingenvoeding kunnen ondersteunen met combinaties van HMO's.

HMO's zijn een diverse groep koolhydraten die een grote bijdrage leveren aan de gezondheid en ontwikkeling van baby's , met name bij het vormen van de microbiota van baby's.² Meer recent bewijs wijst erop dat HMO's ook een belangrijke rol spelen bij de bescherming tegen ziekteverwekkers, de ondersteuning van het immuunsysteem en mogelijk invloed hebben op de ontwikkeling van de hersenen en cognitie.^3,4,5

Tot voor kort waren deze fundamentele stoffen alleen beschikbaar voor zuigelingen die borstvoeding kregen. Technologische ontwikkelingen in de afgelopen tien jaar hebben het echter mogelijk gemaakt om bepaalde VLO's op grote schaal te produceren om babyvoeding te verrijken en klinische studies tonen aan dat deze oplossingen een positieve invloed hebben op de gezondheid van baby's.⁶

Naarmate het aantal HMO's dat op schaal geproduceerd kan worden toeneemt, is er dringend behoefte aan een beter begrip van de unieke en differentiële effecten van individuele HMO's en HMO-mengsels. Dr. Anita Wichmann publiceerde onlangs een overzichtsartikel in Frontiers in Pediatrics waarin het huidige bewijs en de potentiële voordelen voor de gezondheid van het combineren van meerdere HMO's met verschillende structuren worden onderzocht.¹ We spraken met Dr. Wichmann over haar bevindingen en leerden wat de toekomst in petto heeft voor HMO-innovatie op het gebied van early life nutrition.

1. Wat is er bekend over verschillende HMO-structuren en hoe beïnvloedt dit hun werking?

"Er zijn meer dan 200 verschillende HMO's gedetecteerd in moedermelk. Deze koolhydraten bestaan elk uit een lactosekern (met de twee suikereenheden glucose en galactose) en extra suikermoleculen, zoals fucose, N-acetylglucosamine of siaalzuur, gerangschikt in verschillende structuren. HMO's variëren sterk in grootte, waarbij de kleinste bestaan uit slechts drie suikereenheden (lactose plus fucose, bijv. 2'-fucosyllactose, of lactose plus siaalzuur, bijv. 3'-sialyllactose) en de grootste uit wel 14 (Figuur 1). Belangrijk is dat deze structuren invloed hebben op hoe elke HMO functioneert en welke voordelen ze biedt.

"HMO's worden over het algemeen ingedeeld in één van de drie grote structuurklassen, gebaseerd op hun suikersamenstelling:

• Fucosylbevattende fucose
• Neutrale kern-bevattende N-acetylglucosamine
• Siaalzuurhoudend siaalzuur

Figuur 1. (A) Alle HMO's hebben een lactose ruggengraat die uitgebreid kan worden met fucose, siaalzuur of eenheden van N-acetylglucosamine en galactose. (B) 2'-fucosyllactose (2'-FL) is een voorbeeld van een gefucosyleerd HMO. (C) Complexe HMO's kunnen vertakt zijn en gemodificeerd met fucose, siaalzuur en/of N-acetylglucosamine.

"In menselijke moedermelk variëren de soorten en niveaus van verschillende HMO-structuren per individu en tijdens de lactatie naargelang de behoeften van de zuigeling, maar gefucosyleerde HMO's nemen meestal het grootste deel (60-70%) van de HMO-pool voor hun rekening.^7,8

"HMO's worden afgebroken door bacteriën in de darmen van de zuigeling, waardoor het darmmicrobioom wordt 'gevoed' en de verschillende suikereenheden vrijkomen. Sommige bacteriesoorten in de darm kunnen een breed scala aan structureel diverse HMO's gebruiken, terwijl andere een beperktere capaciteit hebben. Vervolgens kunnen de vrijgekomen suikereenheden, afhankelijk van hun specifieke structuren, fungeren als groeisubstraat voor andere darmbacteriën (d.w.z. cross-feeding), darmprocessen zoals ontstekingen moduleren of worden opgenomen en andere delen van het lichaam beïnvloeden, waaronder de hersenen."

2. Hoe zou het verhogen van het aantal HMO's in kindervoedingsoplossingen de gezondheid beter kunnen ondersteunen?

"Gezien de invloed van de structuur van HMO's op hoe ze functioneren, is de hypothese dat een toename van het aantal en de structurele diversiteit van HMO's een breder scala aan gezondheidsvoordelen zou bieden - en er is steeds meer wetenschappelijk bewijs om deze theorie te ondersteunen.

"Een recent in vitro onderzoek rapporteerde bijvoorbeeld dat een mix van zes HMO's - twee van elke structuurklasse - een grotere overvloed en diversiteit van Bifidobacteriacaea (de dominante groep bacteriën in de darmmicrobiota van zuigelingen die borstvoeding krijgen) bevorderde, vergeleken met slechts één of twee HMO's.⁹ Deze bevindingen zijn verder onderbouwd door klinische studies bij zuigelingen, waaruit bleek dat mengsels van vijf HMO's de samenstelling van de darmmicrobiota dichter bij die van zuigelingen bracht die borstvoeding krijgen.^10,11

"In relatie tot neonatale immuungezondheid is HMO-functie sterk afhankelijk van structuur, zelfs binnen de hoofdklassen. Interessant is dat 3'-sialyllactose (3'-SL) en 6'-sialyllactose (6'-SL)-die bestaan uit dezelfde drie suikereenheden maar met verschillende 3D-structurele conformatie- verschillen in hun vermogen om de infectiviteit van specifieke respiratoire virussen in vitro te verminderen.¹² Bovendien blijkt uit gegevens van preklinisch onderzoek dat 2'-fucosyllactose (2'-FL)-een gefucosyleerd HMO- evenals 3'-SL en 6'-SL, gesialyleerde HMO's, een belangrijke rol zouden kunnen spelen bij de ontwikkeling van de hersenen en cognitie, maar via verschillende mechanismen.¹³

"Samen suggereert dit bewijs dat het verrijken van zuigelingenvoeding met een groter aantal HMO's een breder scala aan gezondheidsvoordelen zou bieden, hoewel er meer klinische interventiestudies nodig zijn om dit beter te onderbouwen."

3. Wat zijn de grootste uitdagingen bij het onderzoeken van de effecten van individuele HMO's en HMO-mengsels?

"Het uitvoeren van klinische studies van hoge kwaliteit bij jonge kinderen vereist een robuust onderzoeksdesign, adequate steekproefgroottes, complexe logistiek en aanzienlijke financiële middelen. Door deze complexiteit en kosten is het niet mogelijk om klinische studies uit te voeren die de fysiologische effecten van elke HMO en elke combinatie vergelijken. Daarom zijn preklinische studies essentieel om de individuele en synergetische effecten van HMO's te begrijpen en de mengsels te selecteren met het grootste potentieel om de gezondheid en ontwikkeling van zuigelingen te ondersteunen. Dit vormt de basis voor klinische proeven en geeft ons de beste kans op succes."

4. Welke HMO's kunnen momenteel op schaal worden geproduceerd en wat zijn de barrières om er meer te produceren?

"Momenteel zijn er zeven HMO's beschikbaar voor grootschalige productie:

• 2'-FL
• 3-fucosyllactose (3-FL)
• 2'-FL/Difucosyllactose (DFL)
• Lacto-N-tetraose (LNT)
• Lacto-N-neotetraose (LNnT)
• 3'-SL
• 6'-SL

"Deze vertegenwoordigen enkele van de meest voorkomende HMO's uit elk van de drie belangrijkste structuurklassen en behoren ook tot de kleinste HMO-structuren, omdat ze allemaal bestaan uit slechts drie tot vier suikereenheden.

"Deze kleinere HMO's worden geproduceerd door genetisch gemanipuleerde bacteriën in een beperkt aantal enzymatische stappen. De productie van grotere HMO's - bestaande uit vijf of meer suikereenheden - brengt echter technische uitdagingen met zich mee, omdat er meer enzymatische stappen nodig zijn en de grotere structuren moeilijker uit te scheiden zijn voor de bacteriën. Daarom moeten er alternatieve technologieën worden ontwikkeld en geoptimaliseerd om de commerciële productie van deze grotere, complexere HMO's te ondersteunen. Bij dsm-firmenich ontwikkelen we dit gebied om voort te bouwen op veelbelovend onderzoek dat wijst op mogelijk unieke en belangrijke gezondheidsvoordelen voor sommige grotere HMO-structuren."

5. Aan welke onderzoeksgebieden moet in de toekomst bijzondere aandacht worden besteed om de voordelen van HMO-combinaties beter te begrijpen?

"De huidige kennis over de mechanismen en gezondheidsvoordelen van HMO's is meestal gebaseerd op kleinere HMO-structuren, vanwege hun grotere beschikbaarheid. Het HMO-veld zou echter veel baat hebben bij preklinisch onderzoek van een grotere verscheidenheid aan structuren en combinaties van structuren om hun differentiële en unieke rol beter in kaart te brengen. Daarnaast zijn er klinische studies nodig om de voordelen te valideren (aangegeven door preklinische gegevens) van het combineren van meerdere HMO's voor immuniteit en hersenontwikkeling. Verder onderzoek zou ook het potentieel van HMO-mengsels voor andere gezondheidsgebieden, zoals metabole functie, kunnen onthullen.  

"Met voortdurende investeringen in HMO-productie en onderzoek kunnen we de combinaties vinden die het breedst mogelijke scala aan voordelen bieden, waardoor de voeding voor jonge kinderen wereldwijd verandert."