La crescita di neonati e bambini è strettamente legata a un corretto sviluppo, dopo la nascita, della loro comunità batterica intestinale. I ricercatori hanno infatti osservato che bambini malnutriti presentano un microbiota intestinale immaturo rispetto ai loro coetanei sani.

Scopo di questo studio è stato valutare l’efficacia di supplementi specifici utilizzati per favorire la maturazione batterica e una crescita sana dei bambini.

Tra tutti quelli testati, un supplemento combinato a base di banana, farina di ceci, di soia e di arachidi ha dimostrato i risultati più promettenti nel migliorare la salute di bambini malnutriti, agendo sia sul microbioma sia su importanti marcatori sierici correlati alla crescita.

Queste le caratteristiche e le proprietà della nuova formulazione denominata MDCF-2 e messa a punto da Jeanette L. Gehrig, S. Venkatesh, H. W. Chang e colleghi della Washington University School of Medicine (USA).

Lo studio, pubblicato su Science, fa seguito a un precedente lavoro focalizzato sull’individuazione a fini preventivi e/o diagnostici di un core microbico caratteristico di bambini malnutriti di Bangladesh e altri Paesi in via di sviluppo.

Dopo aver compreso le peculiarità del microbioma in caso di malnutrizione moderata o grave e la necessità di nuove formulazioni ad hoc per ristabilire l’eubiosi, i ricercatori hanno voluto testare, prima in vivo su modelli animali e poi con un preliminare studio clinico, gli effetti di un supplemento alternativo da abbinare all’allattamento al seno, fonte principale di nutrimento nei primi anni di vita.

Ciò è stato possibile integrando dati di metabolomica, proteomica e metagenomica relativi a 343 bambini del Bangladesh (6-36 mesi di vita) con una malnutrizione iniziale grave (SAM). I passaggi di questo studio, come i risultati, sono stati molti. Brevemente:

• caratterizzazione del microbioma e della risposta dell’ospite nel corso di un anno di trattamento con supplementi terapeutici convenzionali attraverso il monitoraggio del microbioma fecale e di parametri ematici e antropometrici
• valutazione del corretto sviluppo batterico (tempi di maturazione, composizione ecc.) mediante l’analisi di campioni fecali di 25 coetanei sani e la determinazione dei taxa più informativi
• test di risposta ai prodotti in uso su modelli murini gnotobiotici colonizzati con ceppi isolati da bambini sani al fine di identificare i componenti nutritivi più efficaci e i ceppi meno rappresentati nei malnutriti
• trapianto di microbioma di bambini malnutriti dopo il trattamento in altri modelli murini gnotobiotici alimentati in maniera similare ai bambini sani e con la combinazione di più supplementi
• individuazione delle formulazioni più promettenti e test su modelli di suini, più simili in termini di risposta fisiologica e metabolica all’uomo
• studio clinico pilota con tre diverse formulazioni e determinazione dei loro effetti sul microbioma e sulla salute generale.

Di seguito, i risultati principali.

Effetti dei supplementi convenzionali

Nessuno dei prodotti abitualmente in uso ha migliorato significativamente la crescita dei bambini dopo un anno. Il 44% è infatti risultato ancora malnutrito, seppur in maniera più lieve. I ricercatori sono giunti a questa conclusione dopo aver analizzato il fenotipo metabolico, il proteoma plasmatico e la composizione batterica intestinale, dimostrando ad esempio che:

• subito dopo il trattamento, i livelli di metaboliti coinvolti nella lipolisi (chetoni, acidi grassi non esterificati, catene medio-lunghe di acilcarnitina) hanno mostrato una riduzione rispetto ai valori iniziali. Di contro, aminoacidi e prodotti del loro metabolismo hanno registrato un incremento, suggerendo una modifica nel metabolismo energetico
• a sei mesi dal trattamento, però, i livelli di aminoacidi plasmatici hanno mostrato un decremento, stabilizzandosi a valori simili a quelli di partenza. I metaboliti lipidici sono invece risultati stabili dopo le dimissioni
• i livelli di metaboliti correlati agli zuccheri, IGF-1 (insulin-like growth factor) in particolare, non hanno mostrato cambiamenti sostanziali durante il periodo di osservazione, rimanendo inferiori a quelli dei coetanei sani
• rispetto ai controlli sani, bambini con SAM e malnutrizione moderata nel post-intervento (MAM post-SAM) hanno, nel complesso, mostrato un microbioma più immaturo. Nonostante sia stato registrato un miglioramento a uno e sei mesi dopo le dimissioni ospedaliere, tale andamento non è stato sostenuto oltre
• tra i 30 pathways “discriminanti l’età” nei bambini con SAM è risultata particolarmente diminuita l’espressione di quelli relativi al metabolismo degli aminoacidi (per esempio quelli coinvolti nella biosintesi di isoleucina, leucina e valina), di svariati carboidrati (arabinosio, ramnosio, acido sialico ecc.) e della vitamina B.

Nuove proposte

Considerate le limitazioni emerse dai supplementi nutritivi convenzionali, i ricercatori americani hanno testato le proprietà di altri 12 “ingredienti”, nonché le loro eventuali correlazioni con 9 taxa batterici isolati da bambini sani e indicativi della maturazione del microbioma, inoculandoli in rispettivi modelli murini gnotobiotici. Ecco i risultati:

• la farina di ceci e la banana hanno mostrato la più forte correlazione positiva con la numerosità dei ceppi caratterizzanti la fase di svezzamento
• il tilapia (pesce magro molto comune in Bangladesh) ha mostrato una finestra di correlazioni positive molto ristretta. Di contro, assieme a banana e farina di ceci ha registrato correlazioni negative forti con B. longum subsp. infantis, taxa caratterizzante la fase pre-svezzamento
• altre correlazioni negative significative sono emerse tra sei dei taxa di svezzamento e riso, latte in polvere, patate, spinaci, zucca dolce, uova.

Partendo da queste informazioni e dalle abitudini alimentari locali è stata quindi ipotizzata una nuova formulazione (MDCF) a base di farina di ceci, banane e tilapia. Esaminando la risposta batterica e metabolica in seguito alla sua introduzione in vivo e confrontandola con la terapia tradizionale (latte di soia, riso e legumi) è emerso un sostanziale aumento di:

• abbondanza relativa di taxa associati alla fisiologica maturazione del microbioma durante lo svezzamento (F. prausnitzii, Dorea longicatena e B. luti in particolare). Non sono stati tuttavia ottenuti risultati in modelli colonizzati con ceppi provenienti da bambini SAM, a eccezione di E. fergusonii
• butirrato e succinato
• metaboliti batterici coinvolti nella risposta anti-infiammatoria e neuroprotettiva, quali l’acido 3-idrossiantranilico (3-HAA) e l’acido lattico-3-indolo
• IGF-1, insulina e delle relative vie di segnalazione (Jak2, Akt ecc.) coinvolte, tra le altre, anche nell’accrescimento osseo, come confermato da risultati di tomografia del femore
• carnitina C5 a livello del tessuto muscolare scheletrico.

Di contro, MDCF ha comportato principalmente la riduzione di prodotti del metabolismo non ossidativo di glucosio e piruvato. Nello specifico, il lattato proveniente dalla glicolisi ha mostrato un decremento nel fegato, l’alanina prodotta dalla transaminazione del piruvato invece nel siero e nel tessuto muscolare scheletrico. Inoltre, la carnitina C5 e C3 ha dimostrato una diminuzione epatica.

A causa dei costi elevati e delle caratteristiche organolettiche non così piacevoli, si è resa necessaria la sostituzione del tilapia con altri ingredienti. Sono state dunque testate diverse concentrazioni di alternative vegetali dall’analogo contenuto proteico, selezionando le farine di arachidi e soia come le più adatte.

Al fine di esaminarne gli effetti, tre gruppi di modelli murini sono stati colonizzati con il microbiota di donatori SAM alimentati rispettivamente con:

• la tradizionale dieta locale senza supplementi (Mirpur-18)
• la dieta locale addizionata di farina di arachidi (Mirpur-P)
• il supplemento combinato di farina di arachidi, ceci, soia e banana (Mirpur-PCSB).

Un gruppo germ-free è stato considerato come controllo. Di seguito i risultati ottenuti:

• entrambi i gruppi con supplemento hanno mostrato un incremento nel metabolismo degli aminoacidi (biosintesi di isoleucina, leucina e valina in particolare) a livello del microbioma del cieco
• i valori sierici di C5:1-acilcarnitina sono risultati più elevati nel gruppo Mirpur-PCSB rispetto a quello con la sola dieta tradizionale
• Mirpur-PCSB ha inoltre prodotto un aumento significativo dell’abbondanza relativa di F. prausnitizii nell’intestino tenue
• Mirpur-PCSB e Mirpur-P hanno incrementato l’espressione di geni correlati al binding di caderina e all’adesione cellulare.

Dal modello murino si è quindi passati a quello suino, più similare all’uomo in termini di risposta metabolica, testando oltre alla formulazione MDCF(PCBS) contenente latte polvere, farina di arachidi, di ceci, di soia e banane, anche la MDCF(CS) a base di farina di ceci e soia. Dai dati ottenuti è emerso che:

• il gruppo trattato con MDCF(PCBS) ha registrato un aumento di peso più significativo, oltre che un incremento del volume osseo
• aumento significativo nello stesso gruppo anche nell’abbondanza di C. symbiosum, R. gnavus, D. formicigenerans, R. torques e B. fragilis a livello di cieco e colon
• di contro, B. breve e B. longum subsp. infantis hanno mostrato valori maggiori nel gruppo MDCF(CS)
• la struttura batterica del gruppo MDCF(PCBS) ha registrato i migliori livelli di maturazione
• cambiamenti più pronunciati a livello del proteoma ancora una volta associati a MDCF(PCBS) con innalzamento di triptofano, metionina e C3:acilcarnitina.

Risultati clinici preliminari

Da ultimo, i ricercatori hanno valutato la trasferibilità di tali risultati nel contesto clinico verificando in particolare gli effetti batterici e metabolici indotti da MDCF-1 (latte in polvere, farina di ceci, soia, arachidi e banana), MDCF-2 (composizione analoga di MDFC-1 ma a più alte concentrazioni) e MDCF-3 (farina di soia e ceci). Il supplemento standard a base di riso e lenticchie (RUSF) è stato considerato come controllo.

Bambini con malnutrizione moderata sono stati quindi randomizzati (14 o 17 per gruppo) e seguiti per due settimane. I dati ottenuti sono stati infine contestualizzati in un campione più ampio (n=113) comprensivo di controlli sani, bambini con SAM e con MAM.

Tutti i gruppi hanno incrementato il peso senza differenze significative. Solo MDCF-2 ha invece:

• aumentato in maniera apprezzabile la circonferenza del braccio
• modificato maggiormente il profilo del proteoma sierico rispetto agli altri interventi, spingendolo verso valori fisiologici
• aumentato l’espressione di un ampio numero di proteine correlate all’indice HAZ (height-for age Z-scores) tra le quali IGFBP-3, LEP e GHR, alla crescita ossea (differenziazione di osteoclasti ad esempio) e allo sviluppo del sistema nervoso centrale
• diminuito l’espressione di GDF15 e di metaboliti correlati alla perdita muscolare, al calo di appetito e alla lipolisi, tutti aumentati nel profilo sierico di bambini con SAM
• incrementato l’abbondanza relativa di vari taxa associati allo svezzamento come F. prausnitzii (OTU 851865) o Clostridiales sp. (OTU 338992)
• promosso la maturazione del microbioma.

In conclusione, dunque, tra tutte quelle testate, la formulazione MDCF-2 rappresenta l’opzione migliore nel trattamento della malnutrizione infantile moderata intervenendo non solo sul microbioma, ma anche su vari parametri metabolici importanti per una corretta crescita.

Trattandosi tuttavia di uno studio preliminare, ulteriori approfondimenti clinici sono necessari prima di una sua eventuale introduzione in terapia.