Die In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Wirkung von Speiseölen: Ein Überblick über Zellinteraktionen. (2023)

Autor(en): Ioannis Tsamesidis; Eleni P. Kalogianni (korrespondierende Autorin) [*]

1. Einleitung

Speisefette und -öle sind eine unverzichtbare Nahrungsquelle für die menschliche Gesundheit, da sie komplexe Eigenschaften besitzen; Daher wird empfohlen, im Rahmen einer gesunden Ernährung Öle und Fette zu sich zu nehmen [1]. Laut der Food and Drug Administration in den USA (FDA) können Nahrungsergänzungsmittel (Fischölkapseln usw.) Menschen dabei helfen, ihre allgemeine Gesundheit zu verbessern oder zu erhalten. Allerdings können sie auch gesundheitliche Risiken mit sich bringen. Aus diesem Grund ist es wichtig, die Fakten zu kennen, bevor man sich für die Einnahme eines Nahrungsergänzungsmittels entscheidet. Darüber hinaus ist die FDA in Bezug auf Lebensmittel, Nutrazeutika und Arzneimittel für den Schutz der öffentlichen Gesundheit durch die Regulierung von Humanarzneimitteln und Lebensmitteln in den USA verantwortlich, während die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) für die Gesundheit und das Wohlergehen von Tieren und Menschen in Europa verantwortlich ist. Es gibt eine Klasse von Lebensmitteln, die wissenschaftliche Experten für ihre beabsichtigten Verwendungsbedingungen als „allgemein anerkannt als sicher“ (GRAS) bezeichnen, für die jedoch keine FDA-Zulassung vor dem Inverkehrbringen erforderlich ist. Die FDA verfügt über ein freiwilliges Benachrichtigungsverfahren, bei dem ein Hersteller eine Schlussfolgerung vorlegen kann, dass die Verwendung eines Inhaltsstoffs GRAS ist [2]. Andererseits stellt die EFSA höhere Anforderungen an neuartige Lebensmittel und neuartige Inhaltsstoffe, und dies gilt auch für Lipide aus für den menschlichen Verzehr ungewöhnlichen Quellen.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der Lebensmittelqualität ist die Lebensmittelproduktion. Die Herstellung sicherer und qualitativ hochwertiger Lebensmittel ist das Ziel der Lebensmittelindustrie [3]. Die Lebensmittelverarbeitung, ein entscheidendes Bindeglied zwischen Produktion und Verbrauch innerhalb der Lebensmittelwertschöpfungskette, beinhaltet die Umwandlung von Rohstoffen in essbare, sichere sowie organoleptisch und kulturell akzeptable Lebensmittelprodukte [3]. Biologische Ex-vivo- und In-vitro-Studien unterstreichen die Bedeutung wichtiger Nachhaltigkeitsindikatoren und der Wirkungsbewertung bei der Entwicklung von Instrumenten zur Untersuchung der Interaktion menschlicher Zellen mit den Bestandteilen von Speiseölen [1,4,5,6,7]. Diese Methoden bieten kostengünstigere Mittel zur Untersuchung von Lebensmittelbestandteilen und verringern die Wahrscheinlichkeit von Überraschungen, wenn klinische Studien zur Aufklärung ihrer gesundheitlichen Vorteile durchgeführt werden. Aus den oben genannten Gründen werden In-vitro-Tests für Lebensmittelanwendungen in menschlichen Zellen und Mausmodellen durchgeführt, beispielsweise Hepatozyten [4,8], Vollblutzellen [5,9], Nervenzellen [10,11] und verschiedenen anderen Zellen Arten (Keratinozyten und glatte Muskelzellen) [6,7] und Mäuse/Ratten-Modelle wie C57BL/6, Swiss-Stamm-Mäuse und Sprague-Dawley-Ratten [12,13,14] usw., um Speiseöle zu untersuchen. „natürliche“ Auswirkungen auf die Gesundheit.

Als biologische Tests gelten die Analyse der antibakteriellen [15,16], entzündungshemmenden [17,18,19,20] und antiviralen Eigenschaften [14] sowie der Antitumoraktivität [21]. Aufgrund ihres „natürlichen“ Status ahmen sichere alternative Tests die Zellinteraktion in vitro nach, wenn sie die biologischen Eigenschaften einer Behandlung untersuchen. Wir werden uns auf die Zellaktivität von drei bekannten Ölkategorien konzentrieren, nämlich (i) Pflanzenöle, (ii) ätherische Samenöle und (iii) Fischöle. Viele Pflanzen enthalten extrahierbare Öle, die seit Jahrhunderten entweder als Nahrungsmittel, in kosmetischen Formulierungen oder wegen ihrer gesundheitlichen Vorteile verwendet werden [22,23]. Ölhaltige Samen, Nüsse oder Kerne oder ölhaltige Fruchtmarks haben einen Ölgehalt, der in einigen Fällen 40 % ihres Gesamtgewichts erreicht oder übersteigt [24]. Heilpflanzen und ihre Ölextrakte werden in großem Umfang in vitro auf ihre biologischen Eigenschaften untersucht [25]. Zur Gewinnung ätherischer Öle kommen verschiedene Methoden zum Einsatz, wobei jede Methode bestimmte Vorteile aufweist und die biologischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften der extrahierten Öle bestimmt [26]. Andererseits gelten Fischöle (FO) als wirksam zur Vorbeugung und Behandlung pathologischer Erkrankungen wie Dyslipidämien [27], Herz-Kreislauf-Erkrankungen (u. a. Vorhofflimmern, Arteriosklerose, Thrombose, Entzündung und plötzlicher Herztod). andere), Diabetes, Krebs, Depressionen und verschiedene psychische Erkrankungen, altersbedingter kognitiver Verfall, Parodontitis und rheumatoide Arthritis [28,29,30,31,32]. Das große Potenzial von Fischölen, solchen Erkrankungen entgegenzuwirken und sie zu behandeln, ist auf ihren hohen Gehalt an Fettsäuren zurückzuführen, darunter mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFAs), Docosahexaensäure (DHA) und Eicosapentaensäure (EPA), bei denen es sich um langkettige Omega-Fettsäuren handelt -3 Fettsäuren [33]. Die Beobachtungen, die den hohen Verzehr von Fischölen über die Nahrung der Eskimos mit einer sehr geringen Inzidenz von entzündlichen Erkrankungen und ischämischen Herzerkrankungen in Verbindung bringen, weckten das Interesse an Fischölen [19]. Die Fähigkeit von Fischölen, die Stoffwechselaktivität von Zellen zu reduzieren, ist in der Literatur gut dokumentiert. Zu diesen Fähigkeiten gehören die Hemmung des Quorum Sensing, die Zerstörung oder Inaktivierung von genetischem Material, die Änderung des pH-Gradienten über die Zytoplasmamembran und die Beeinflussung der Phospholipiddoppelschicht der Zellmembran [34]. Sie verursachen jedoch keinen Zelltod, und in den letzten Jahren wurden verschiedene Zellmodelle untersucht, um ihre Biokompatibilität zu bestätigen und ihre antioxidative Aktivität zu bewerten [14,27].

Die verfügbare Literatur liefert nur begrenzte Daten über die vollständige Wirkungsweise der Biokompatibilität von Pflanzenölen, ätherischen Ölen und Fischölen sowie über die oxidativen Stressbedingungen bei einer Vielzahl von Zelltypen. Um die oxidativen Stressbedingungen in Zellen zu analysieren, sollten daher reaktive Sauerstoffspezies (ROS) bestimmt werden. Parallel zur zellulären aeroben Atmung reichern sich ROS, bei denen es sich sowohl um radikalische als auch nichtradikale chemische Spezies handelt, die durch teilweise Reduktion von Sauerstoff entstehen, physiologisch an. ROS können Zelltod und DNA-Schäden verursachen. Superoxiddismutase, Katalase, Glutathionperoxidase und Albumin sind nur einige der spezifischen Enzyme und thiolischen Antioxidantien, die den Zellen als ROS-Abwehrmechanismen zur Verfügung stehen. Zellen produzieren auch biologisch aktive Metaboliten, die für die physiologische Auflösung des Entzündungsprozesses von entscheidender Bedeutung sind. Die Nahrung kann diese Prozesse unterstützen, indem sie Makronährstoffe wie Omega-3-Fettsäuren liefert, die Substrate für die Herstellung von Auflösungsmediatoren sind, sowie Mikronährstoffe wie Vitamin C und Vitamin A und E, die ROS neutralisieren können [20, 35].

Der vorliegende Artikel bietet einen Überblick über den Wissensstand hinsichtlich der Wirkung von Speiseölen auf verschiedene Zelltypen unter In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Bedingungen. Es stellt dar, welche nahrhaften und bioaktiven Bestandteile verschiedener Speiseöle Biokompatibilität aufweisen, sowie alle oxidativen Stressbedingungen und/oder antimikrobiellen/antitumoralen Eigenschaften, die ihre potenziellen molekularen Mechanismen aufdecken können. Die eingehende Literaturanalyse zeigt, wie Fettsäuren biochemische Wege nach Zellkontakten beeinflussen und wie sie oxidativem Stress entgegenwirken.

2. Materialien und Methoden

Die Literaturrecherche wurde anhand der folgenden vorgegebenen Suchbegriffe durchgeführt: Speiseöle und Biokompatibilität. Abbildung 1 zeigt die Screening-Methodik, mit der die relevanten Forschungsartikel für diese Rezension identifiziert und ausgewählt werden.

2.1. Suchstrategie

Bis zum 11. Februar 2023 wurde eine elektronische Literaturrecherche ohne Spracheinschränkungen durchgeführt. Für die Suchstrategie wurden folgende Datenbanken verwendet: (i) Scopus[sup.®] (Elsevier), (ii) PubMed[sup.®] (NLM: United States National Library of Medicine) und (iii) Web of Science. Die Suchkriterien umfassten die folgenden zwei Hauptschlüsselwörter: „Speiseöl“ und „Biokompatibilität“. In einem zweiten Schritt wurden die Ergebnisse aus den oben genannten Suchkriterien auf diejenigen eingegrenzt, die das folgende Schlüsselwort enthielten: „menschlicher Verzehr“. In Bezug auf Tabelle 2 und die Rolle von Fettsäuren bei Zellinteraktionen wurden als Schlüsselwörter „Fettsäuren“ und „Zellfunktionen“ verwendet. Für Tabelle 3 wurden als Schlüsselwörter „Fischölergänzungen“, „Pflanzenöle“, „oxidativer Stress“ und „Zellinteraktionen“ verwendet. Um unsere Literaturauswahl um weitere Studien zu bereichern, wurden außerdem die Referenzen einzelner Arbeiten untersucht. Das Ziel dieser Übersicht bestand darin, Anwendungen von Speiseölen bei Zellinteraktionen in vitro und ex vivo sowie im Hinblick auf klinische Ergebnisse zu diskutieren, die aus In-vivo-Modellen und klinischen Studien abgeleitet wurden. Es wurde auch eine manuelle Suche anhand ausgewählter Übersichtsartikel und anderer enthaltener Artikel durchgeführt.

2.2. Studienauswahl-/Einschlusskriterien

Alle in diese Übersicht einbezogenen Studien erfüllten die folgenden Kriterien: (1) Biokompatibilitätstests im Zusammenhang mit dem toxischen Verhalten von Lebensmitteln; (2) Diätöle, einschließlich Pflanzenöle, Fischöle, tierische Fette und ätherische Öle, wurden hauptsächlich untersucht; (3) Zelltypen ohne Einschränkungen; (4) der biochemische Mechanismus von Zellen nach Wechselwirkungen mit Ölen.

2.3. Datenextraktion und Ergebnisse

Die Daten wurden von zwei Autoren (I.T. und E.P.K.) extrahiert und eingegeben, während der zweite Autor (E.P.K.) für die Überprüfung der Informationen verantwortlich war. Alle möglichen Unstimmigkeiten wurden einvernehmlich gelöst.

3. Ergebnisse und Diskussion

3.1. Wirkung von Speiseölen: In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Studien

Ein Biokompatibilitätstest ist die am häufigsten verwendete Methode zur Beschreibung der geeigneten biologischen Anforderungen neu eingeführter Verbindungen, Lebensmittel und Materialien für Lebensmitteltechnologie und biomedizinische Anwendungen durch die Durchführung von In-vitro-Experimenten. Tabelle 1 fasst die In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Wirkung von Speiseölen zusammen. Die von Forschern für die In-vitro-Analyse verwendeten Zelllinien sind Vero-Zellen [36], Hepatozyten [4,8], Vollblutzellen [4,5,9] und Krebszelllinien wie Jurkat- und HeLa-Zellen [37, 38,39]. Nur wenige Studien wurden unter Ex-vivo-Bedingungen durchgeführt [40,41] und bezogen sich auf Experimente oder Messungen, die in oder an Zellen/Geweben in einer künstlichen Umgebung außerhalb des Organismus mit minimaler Veränderung der natürlichen Bedingungen durchgeführt wurden. In den In-vivo-Studien werden die Auswirkungen verschiedener biologischer Einheiten auf ganze lebende Organismen (Tiere, einschließlich Menschen und Pflanzen) getestet. In diesem Beitrag untersuchen wir die verschiedenen präklinischen Modelle (in vitro, ex vivo und in vivo) von ihrer Entwicklung bis zur Anwendung zur Untersuchung der Wirkung von Speiseölen in Kontakt mit verschiedenen Zelltypen [5,37,42]. In diesem Abschnitt werden In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Studien zum Öleffekt in Zellen besprochen. Bei allen in dieser Rezension enthaltenen Speiseölen handelt es sich um herkömmliche Speiseöle, die für den menschlichen Verzehr hergestellt werden.

Tabelle 1: In-vitro-, Ex-vivo- und In-vivo-Modelle zur Untersuchung der Wirkung verschiedener Öle auf Zellen.

3.1.1. Pflanzliche und ätherische Öle

Menschlicher Konsum

Pflanzenöle, eine Hauptquelle essbarer Lipide, sind ein unverzichtbarer Bestandteil der menschlichen Ernährung und scheinen Körpergewebe zu schützen, die fettlösliche Vitamine tragen und eine bedeutende Quelle für Fettsäuren, insbesondere essentielle Fettsäuren, enthalten. Essentielle Fettsäuren (die Alpha-Linolensäure der Omega-3-Familie und die Omega-6-Linolsäure) stellen Bausteine ​​längerkettiger Fettsäuren dar und haben die Rolle von Medianten, die biologische Prozesse regulieren, aber nicht endogen synthetisiert werden und daher nicht synthetisiert werden müssen über die Nahrung aufgenommen werden [66]. Darüber hinaus ist die Bereitstellung gesunder Lebensmittel und damit die Herstellung qualitativ hochwertiger Lebensmittel, insbesondere einschließlich hochwertiger Pflanzenöle, eine der größten ernährungstechnischen Herausforderungen der Gesellschaft [67].

In diesem Zusammenhang können einzelne Fettsäuren aus Pflanzenölen sowie öllösliche bioaktive Verbindungen eine unterschiedliche Rolle für die menschliche Gesundheit spielen, insbesondere bei der Behandlung akuter und chronischer Krankheiten wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Brustkrebs und Entzündungen [ 68,69,70,71]. Eines der am häufigsten auf seine gesundheitlichen Eigenschaften untersuchten Öle ist Olivenöl [18,68,69,71,72]. Olivenöl ist reich an einfach ungesättigter Ölsäure und phenolischen Verbindungen sowie Squalen [73,74,75]. Die Fähigkeit von Olivenöl, die mit chronischen degenerativen Erkrankungen verbundenen Entzündungsprozesse zu stoppen oder zu verlangsamen, unterstützt auch seine Rolle als Antiatherosklerotikum und verbessert auch das Lipidprofil. Der menschliche Verzehr von Sesamöl, einem Öl, das reich an Linol- und Ölsäure sowie phenolischen Antioxidantien ist und aus Sesamsamen gewonnen wird, wurde in klinischen Studien für Patienten mit hohem CVD-Risiko eingesetzt und stellte ein wirksames natürliches kardiovaskuläres therapeutisches Potenzial dar [76]. In einer anderen Studie wurde die positive Wirkung von Granatapfelkernöl, einer natürlichen Quelle konjugierter Linolsäure und Linolsäure, auf hyperlipidämische Probanden dargelegt und kam zu dem Schluss, dass ihre tägliche Verabreichung über einen Zeitraum von einem Monat das Lipidprofil der Probanden verbessern könnte [77]. Kürzlich wurden die Auswirkungen von Nigella sativa L.-Samenöl aus Nigeria auf die abnormale Samenqualität bei unfruchtbaren Männern untersucht. Die Ergebnisse mit Nigella-Samenöl waren beeindruckend und zeigten, dass die tägliche Einnahme von Sativa-Öl die abnormale Samenqualität bei unfruchtbaren Männern verbessern konnte [78]. Darüber hinaus zeigten verschiedene klinische Studien, dass Kokosnussöl, eine Quelle gesättigter mittelkettiger Fettsäuren, die Blutfette, die Lipoproteine ​​hoher Dichte (HDL) und den Cholesterinspiegel erhöht, was auf gesundheitliche Risiken hinweist [54,55,79,80]. Eine andere Studie an Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen (CVD) zeigte, dass das Kochen mit Kokosnussöl anstelle von Sonnenblumenöl keinen Einfluss auf das Lipid- und Oxidationsprofil oder die CVD-Risikofaktoren und Ereignisse im Zusammenhang mit Lipiden bei Patienten hatte, die normale medizinische Versorgung erhielten [53]. Zusammenfassend kommt eine aktuelle Metaanalyse der Wirkung von Kokosnussöl zu dem Ergebnis, dass der Verzehr von Kokosnussöl im Vergleich zu anderen Ölen den Gesamtcholesterin- und Lipidspiegel im Blut erheblich erhöht [81].

In-vitro- und Tierstudien

In-vitro-Studien zu Pflanzenölen analysierten die vorteilhafte Rolle von Olivenöl bei der Veränderung der Physiologie mesenchymaler Stammzellen (MSCs) durch Reduzierung von Apoptose, oxidativem Stress und dem Entzündungsstatus von MSCs [47]. Darüber hinaus wurde die Fähigkeit von Olivenöl erreicht, Melanomzellen durch die Transkriptionsmodulation relevanter Gene und microRNAs zu hemmen, was auf die krebshemmenden Eigenschaften von Olivenöl schließen lässt [49]. Die überwiegende Mehrheit der Studien weist auf die schützende Rolle von Olivenöl gegen Krebszellen hin, was darauf hindeutet, dass es ein vielversprechendes Mittel zur Reduzierung des Krebsrisikos ist [82]. Darüber hinaus haben experimentelle In-vivo-Studien eine präventive Wirkung von Olivenöl und seinen Bestandteilen auf die Brustkrebsentstehung gezeigt [83]. Die wohltuende Wirkung von Olivenöl wurde durch eine Vielzahl komplexer und miteinander verbundener Mechanismen erklärt, darunter Modifikationen des Transkriptoms, der Proteinexpression und der Epigenetik in Zellen, die eine Reihe von Signalwegen beeinflussen. Die gleichen krebshemmenden Eigenschaften wurden auch bei der Verwendung von Sonnenblumenöl in Caco-2-Krebszellen beobachtet, was auf seine chemopräventive Rolle hinweist [52]. Bezüglich allergischer Symptome schien nur Olivenöl in Mäusemodellen eine Verbesserungswirkung auf die klinischen allergischen Symptome der In-vivo-Allergietests zu haben [84]. Andere Pflanzen-/Samenöle wie Leinsamenöl verstärkten den Zelltod von Krebszellen und störten die Mitochondrienfunktion der bösartigen Zellen [51].

P. Schnitzler und sein Team, die Pioniere auf diesem Gebiet waren, untersuchten die Wirkung ätherischer Myrtaceae-Öle (Cajuputöl, Nelkenöl, Kanukaöl und Manukaöl) auf Hepatozyten und rote Blutkörperchen, um den Mechanismus der Zellmembranen in der Leber zu verstehen Ende der 1980er Jahre. Sie identifizierten biochemische Veränderungen, wie z. B. das Austreten von Laktatdehydrogenase (LDH), die mit der Schädigung des periapikalen Gewebes durch ätherische Öle und der daraus resultierenden Membranlyse, Oberflächenaktivität und Membranaffinität sowie Lipidlöslichkeit zusammenhängen. Außerdem wurden Biokompatibilitätstests durchgeführt, um die Toxizität von Komponenten gegenüber Krebszelllinien oder Krankheitserregern aufzudecken. Im Detail wurde die Rolle des ätherischen Öls von Eucalyptus benthamii gegen Jurkat-, J774A.1- und HeLa-Zelllinien untersucht [37]. Hinsichtlich der zytotoxischen Aktivität verwendeten sie einen gängigen MTT-Assay (3-[4,5-Dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyltetrazoliumbromid), der zytotoxische Wirkungen gegen Jurkat-Zellen zeigte und gleichzeitig die LDH-Aktivität und DNA-Schäden maß, um dies zu erklären der Zelltod durch Apoptose. Darüber hinaus zeigten die genannten ätherischen Öle aus den Blättern von E. benthamii eine Zytotoxizität gegenüber den untersuchten Tumorzelllinien, was ihr Antitumorpotenzial bestätigt [37]. Dieselbe Versuchsreihe in In-vitro-Testsystemen für MTT, DNA-Schädigung und LDH-Aktivität wurde mit ätherischen Ölen von Thymus- und Origanum-Pflanzen in Vollblutzellen durchgeführt [9]. Ziel dieser Studie war es, das Potenzial dieser ätherischen Öle als therapeutische Antioxidantien gegen verschiedene Krankheiten zu untersuchen. Antioxidantien waren statistisch gesehen erhöht, während die ROS-Werte verringert waren. Den Ergebnissen des LDH-Tests zufolge induzierte ätherisches Thymusöl zeit- und dosisabhängig Zytotoxizität bei kultivierten menschlichen Blutzellen [9].

Antimikrobielle Eigenschaften

Im Hinblick auf die antimikrobiellen Eigenschaften von Pflanzenölen wurde die Zytokompatibilität menschlicher Zahnfleischfibroblasten mit ozonisiertem Olivenöl bewertet, um als alternatives antibakterielles Mittel in Betracht gezogen zu werden [48,85]. Weitere Untersuchungen zeigten, dass die phenolischen Bestandteile von Olivenöl, wie Luteolin, Apigenin, Ferulasäure, Cumarsäure oder Kaffeesäure, antibakteriell wirken und die Regeneration von Fibroblasten fördern [50]. Den ätherischen Ölen wurden weitere Studien zu antimikrobiellen Eigenschaften gewidmet. Ätherische Öle zielen auf die Lipide der Zellmembranen von Bakterien ab, zerstören die Zellwandstrukturen und die Membranpermeabilität und zeigen sowohl einzelne als auch mehrere Zielaktivitäten. Aus diesem Grund könnten ätherische Öle in Kombination mit Antibiotika (orale Einnahme) verwendet werden, und ihre antimikrobiellen Screening- und Bewertungsmethoden werden derzeit untersucht. Welldiffusion, Scheibendiffusion und Brühen- oder Agarverdünnung sind einige bekannte und häufig verwendete Bioassays. Die Schätzung der minimalen bakteriziden Konzentration (MBC), die als die Konzentration definiert ist, die 99,9 % oder mehr der anfänglichen Inokulums abtötet, ist die Methode, die am häufigsten zur Schätzung der bakteriziden Aktivität verwendet wird. Die antibakterielle Wirkung verschiedener ätherischer Öle wurde untersucht, beispielsweise ätherisches Kreuzkümmelöl [57] und Melaleucaöl [44]. Die oben genannten Öle zeigten eine antibakterielle Wirkung gegen kariogenen Streptococcus mutans, Lactobacillus acidophilus und kommensalen Streptococcus sanguinis mit starken antimikrobiellen Eigenschaften. Die Kombination aus antioxidativer und antibakterieller Wirkung aller ätherischen Ölformulierungen schien für die antimikrobielle Behandlung nützlich zu sein. Bei den Blütenölen zeigte das aus Magnolienblüten gewonnene ätherische Öl eine höhere antimikrobielle Wirksamkeit gegen Klebsiella pneumoniae und Staphylococcus aureus [62].

3.1.2. Fischöle

Verzehr von Mensch und Tier

Die Anwendung neuer Formulierungen von Fischölen in der Lebensmittelindustrie hat aufgrund ihrer hohen Biokompatibilität und verbesserten multifunktionalen Leistungen im Vergleich zu herkömmlichen Zusatzstoffen großes Interesse geweckt. Die gesundheitlichen Vorteile von Fischölen sind gut belegt und verschiedene Zelltypen wurden untersucht. Perales et al. stellten sowohl in vitro an glatten Muskelzellen (SMCs) als auch in vivo an Küken dar, dass der Ersatz einer cholesterinreichen Ernährung durch eine fischölreiche Ernährung eine gewisse Umkehrung der cholesterininduzierten Veränderungen bewirken und die Resistenz von SMCs gegen Apoptose erhöhen kann [ 7]. Darüber hinaus zeigte Bottargaöl, das mit Epithelzellen inkubiert wurde, signifikante Veränderungen in der Fettsäurezusammensetzung, jedoch nicht im Cholesterinspiegel, was auf die vorteilhafte Rolle von Bottargaöl in diesen Zellen hinweist [65]. Andere Tiermodelle, die in In-vivo-Studien verwendet wurden, waren Ratten, d. h. Wistar-Ratten mit Omega-3-(n-3)-Mangel, die einer hypercholesterinämischen Diät mit oder ohne Asthma folgten oder nicht folgten [27,86,87,88].

Andere Eigenschaften

In-vitro-Studien zur Untersuchung der Wirkung von Fischölen verwendeten die folgenden Zelllinien: Nervenzellen [11,89] und weiße Blutkörperchen [90,91,92]. Es wurden auch Blutplättchen nach Wechselwirkungen mit Fischölergänzungen sowie deren möglicherweise erhöhtes Blutungsrisiko untersucht, ohne dass sich dies auf die Blutplättchenaggregation auswirkte [93]. An einer weiteren Reihe von Experimenten mit Immunzellen waren neun gesunde Freiwillige beteiligt, die täglich 18 g Fischölkonzentrat mit hohem Gehalt an mehrfach ungesättigten n-3-Fettsäuren konsumierten, was zur In-vitro-Produktion von Interleukin-2 führte, was darauf hindeutet, dass die Wirkung von n- 3-Fettsäuren können bei einigen Krankheiten teilweise durch eine verminderte Produktion von Interleukin-2 und eine verminderte Proliferation mononukleärer Zellen verursacht werden.

3.2. Wirkung von Fettsäuren auf biochemische Wege nach Zellinteraktionen

Eine ausgewogene Ernährung ist für die korrekte Funktion unseres Organismus und die Zellreaktionen zur Bekämpfung von Krankheitserregern unerlässlich. Unser Immunsystem ist die Zelllinie, die unseren Körper verteidigt, und viele Nahrungsbestandteile, darunter Makronährstoffe wie Fettsäuren und Mikronährstoffe wie Vitamin D, haben nachweislich immunregulatorische Eigenschaften. Aus Omega-3 und Omega-6 hergestellte Metaboliten spielen eine wichtige Rolle bei der immunologischen Regulation [54]. Diese Metaboliten können in viele Gruppen eingeteilt werden und werden allgemein als pro-resolving mediators (SPMs) bezeichnet. Da Fettsäuren (FAs) als Triglyceride gespeichert, durch Oxidation zerstört oder bei der Bildung von Phospholipiden, dem Hauptbestandteil von Zellmembranen, verwendet werden können, werden sie häufig mit strukturellen und metabolischen Rollen in Verbindung gebracht [66]. Es wurde gezeigt, dass diese Lipide in mehreren Zelltypen als Regulatoren fungieren. FAs können als sekundäre Botenstoffe, Regulatoren der enzymatischen Aktivität und Substrate für die Produktion von Zytokinen fungieren. Tabelle 2 fasst die Wirkung der stärksten Fettsäuren zusammen, die in Speiseölen, insbesondere in Fischölen, enthalten sind und eine positive Wirkung auf unsere Zellen haben.

Tabelle 2: Biochemische Rolle von Ölen, die reich an bestimmten Fettsäuren sind.

3.2.1. Fischöl

Verzehr von Mensch und Tier

Ab Anfang der 1990er Jahre wurden in Krankenhäusern gut strukturierte klinische Studien durchgeführt, um das Potenzial von Omega-3-Fettsäuren gegen verschiedene Pathologien zu analysieren. Die Wirkung von Omega-3-Fettsäuren bei Patienten, die sich einer Koronararterien-Bypass-Operation unterziehen [67,68], HIV-seropositiven Patienten [69,70,71], Patienten mit Multipler Sklerose [72,73] und Kindern mit Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung [18], Patienten mit Alzheimer-Krankheit [27,74], Patienten mit Prostatakrebs [75] und Patienten unter Hämodialyse [76,77] wurden untersucht. Die Verabreichung von Vitaminen oder n-3 (PUFAs) bei Patienten, die sich einer Koronararterien-Bypass-Operation (CABG) unterzogen, schwächte den postoperativen oxidativen Stress während der CABG-Operation ab [100]. In den oben genannten Studien wurden bei den meisten Patienten positive Auswirkungen beobachtet, denen jedoch kein spezifischer biochemischer Signalweg zugrunde lag, mit Ausnahme der Veränderung durch oxidativen Stress, die im letzten Abschnitt besprochen wird.

Andererseits untersuchten Enders und sein Team in Tiermodellen das Potenzial einer Nahrungsergänzung mit Omega-3-Fettsäuren zur Unterdrückung der Interleukin-2-Produktion und der Proliferation mononukleärer Zellen. Der Versuchsablauf umfasste verschiedene Zeitpunkte der Blutentnahme. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Wirkung von Omega-3-Fettsäuren aus der Nahrung auf Makrophagen bemerkenswert war, insbesondere auf deren Proliferationsrate [52]. In einer anderen Studie wurde die Proliferationsrate von Neutrophilen nach einer reichhaltigen Fischöldiät bei menschlichen Probanden untersucht. Es gab keine Auswirkung auf die Neutrophilenaggregation und die Fischölergänzung steigerte die EPA-Konzentration der Neutrophilen von einem nicht mehr nachweisbaren Niveau an. Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass eine Nahrungsergänzung mit Omega-3-Fettsäuren positive Auswirkungen auf mehrere T-vermittelte Erkrankungen hat, darunter Autoimmunhepatitis und Asthma [78]. Allerdings war die modulierende Wirkung von Omega-3-Fettsäuren für jede phänotypische Untergruppe von T-Zellen unterschiedlich. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Interpretation der Ergebnisse in Tiermodellen im Vergleich zu klinischen Studien am Menschen am fruchtbarsten erschien. Klinische Studien am Menschen zeigten die positive Wirkung, ohne detaillierte Angaben zum betroffenen molekularen Signalweg zu machen.

3.2.2. Pflanzliche Nahrungsergänzungsmittel mit ätherischen Ölen

Verzehr von Mensch und Tier

In-vivo-Studien zu wundheilenden Eigenschaften zeigten die potenzielle Wirkung von Olivenöl. Im Detail zeigten Swiss-Mäuse unter stressinduzierten Bedingungen einen Anstieg der Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors und der Anzahl von Makrophagen und Neutrophilen, was auf ein erhöhtes Entzündungsniveau hinweist. Der Verzehr von Olivenöl mit einfach ungesättigten n-9-Fettsäuren (MUFA), Ölsäure und Phenolverbindungen konnte den stressbedingten Anstieg des Katecholaminspiegels und oxidative Schäden umkehren. Die durch Adrenalin verursachte Abnahme der Fibroblastenmigration und Kollagenablagerung sowie der Anstieg der Lipidperoxidation wurden durch die Olivenöltherapie alle umgekehrt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Ergänzung von Mäusen mit Olivenöl, jedoch nicht mit Fischöl, die Heilung von Hautwunden beschleunigt [13]. Darüber hinaus wurde die Wirkung von Nahrungsfettsäuren aus nativem Olivenöl extra (EVOO) an Ratten mit induzierter Pankreatitis getestet, um die entzündungshemmende Wirkung von EVOO zu unterscheiden. Interessanterweise wurden die Entzündungsparameter moduliert und der Krankheitsverlauf unterbrochen. Darüber hinaus wurde die Fortpflanzungsleistung von Kaninchen durch die (PUFA)-angereicherte Ernährung verbessert [99]. Andererseits stammt Palmitinsäure aus Palm-Lungenmetastasen von Melanomen, was auf eine erhöhte Proliferationsrate der Zellen hinweist [98]. Darüber hinaus wurden die Karzinogenese und die Rolle von Fettsäuren bei weiblichen Ratten nach dem Verzehr von Sonnenblumen-, Raps-, Oliven- oder Kokosnussöl untersucht. Interessanterweise wurde in der Sonnenblumen-Diätgruppe ein statistisch signifikant höherer Adduktspiegel in verschiedenen Organen beobachtet, der mit einem höheren Risiko für genotoxischen Krebs verbunden war. Offensichtlich wurde die Reduzierung des Adduktspiegels nicht wesentlich durch die Vitamin-E-Konzentration der Pflanzenöle beeinflusst. Die Fütterung mit Rapsöl hatte keinen erkennbaren Einfluss auf das Ausmaß der prokanzerogenen DNA-Adduktbildung. Nach der Fütterung mit Olivenöl war lediglich eine Tendenz zur verminderten Adduktbildung zu beobachten. Es scheint, dass auch die Art der konsumierten Fettsäuren einen Einfluss auf das Darmkrebsrisiko haben kann [101]. Darüber hinaus stützen Untersuchungen zur Wirkung von MUFA bei Patienten mit metabolischem Syndrom (MetS) die Annahme, dass postprandialer oxidativer Stress durch die MUFA-Diät bei diesen Patienten verringert wird. Diese Ergebnisse legen nahe, dass das Verständnis der möglichen kardioprotektiven Vorteile einfach ungesättigter Nahrungsfette von entscheidender Bedeutung ist, insbesondere bei Menschen mit MetS.

3.3. Einfluss von Speiseölergänzungen auf Biomarker für oxidativen Stress

3.3.1. Fischölergänzungen

Verzehr von Mensch und Tier

Studien zur Bewertung der Wirkung einer Fischölergänzung zur Bekämpfung von oxidativem Stress sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Rocha et al. [25] untersuchten kommerzielles Fischöl in Gelkapseln, die reich an Omega-3 sind, als therapeutische Intervention zur Reduzierung der Plasmatriglyceridkonzentration bei männlichen Wistar-Ratten nach einer hypercholesterinämischen Diät. Die Behandlung mit Fischöl hatte in Mäusemodellen eine schützende Wirkung gegen eine hypercholesterinämische Ernährung, erhöhte die SOD-Aktivität und hatte keinen Einfluss auf die biochemisch gemessene Lipidperoxidation (MDA). Es wird angenommen, dass die Rolle von Syntaxin-3, einem Einzelmolekül-Effektor bei der Zellmembranexpansion, der Mechanismus ist, durch den Omega-3-Fettsäuren den MDA-Biomarker reduzieren. Es ist auch möglich, dass Omega-3-Fettsäuren die Lipidperoxidation reduzieren, indem sie die Struktur der Zellmembranen verändern, indem sie Syntaxin 3 stimulieren [85]. Allerdings scheint die Wirkung einer Omega-3-Fettsäuren-Supplementierung auf die Reduzierung des MDA auch durch Veränderungen in der Zusammensetzung des Lipidprofils hervorgerufen zu werden. In einer anderen Studie wurde der Zusammenhang zwischen der Einnahme von Omega-3-FA-Ergänzungsmitteln während der Schwangerschaft und den Konzentrationen des Biomarkers für oxidativen Stress (8-iso-PGF2a) im Urin untersucht [86]. Die Studie zeigte einen Rückgang des oxidativen Stresses, insbesondere im dritten Schwangerschaftstrimester, verbunden mit niedrigeren Konzentrationen von 8-isoPGF2a, was auf einen Rückgang des mütterlichen oxidativen Stresses während der Schwangerschaft hindeutet.

Perales et al. [7] stellten die Hypothese auf, dass der Verzehr von Fischöl vor atherosklerotischen Gefäßerkrankungen schützen könnte, und bestimmten in vitro und in vivo die Auswirkungen der Aufnahme von Cholesterin und Fischöl über die Nahrung auf die apoptotischen Wege in glatten Muskelzellen. Fischöl dämpfte den Anstieg der apoptotischen Marker durch seinen Einfluss auf die Expression antioxidativer Gene, was darauf hindeutet, dass der Ersatz einer cholesterinreichen Ernährung durch eine fischölreiche Ernährung die Widerstandsfähigkeit von Stromazellen gegen Apoptose erhöhen und damit Mechanismen im Zusammenhang mit oxidativem Stress entgegenwirken könnte .

Tabelle 3: Speiseöl als Nahrungsergänzungsmittel gegen oxidativen Stress.

3.3.2. Pflanzliche Nahrungsergänzungsmittel mit ätherischen Ölen

Mensch-/Tierstudien

Sesamöl gilt als natürlicher Sonnenschutz. Sesamol, ein phenolisches Antioxidans, unterdrückt die UVB-induzierte ROS-Erzeugung, senkt die Lipidperoxidation und Thiobarbitursäure-reaktive Substanzen in Hautzellen. Es wurde gezeigt, dass Sesamol das spezifisch modulierende oxidative Enzym Myeloperoxidase (MPO) und andere Proteine ​​beeinflusst, die sich nachteilig auf das menschliche Wohlbefinden auswirken [76]. Darüber hinaus bietet Sesamöl aufgrund des molekularen Mechanismus dieser Lebensmittelzutat, der auf die in der Sesamolkomponente vorhandene Methylendioxygruppe zurückzuführen ist, einen Herzschutz [76]. Leinsamenöl (FSO) (Linum usitatissimum L.), ein anderes Pflanzenöl, zeigte bei Ratten lichtschützende Wirkungen gegen durch UV-C induzierte Apoptose und oxidativen Stress [118]. Darüber hinaus enthielt Olivenöl phenolische Verbindungen, die offenbar die Zellen vor Schäden im Zusammenhang mit oxidativem Stress (H[sub.2]O[sub.2]) schützen und in der Lage sind, die Redoxsignalisierung durch Chelatisierung von intrazellulärem labilem Eisen zu modulieren [116]. ]. Darüber hinaus förderte Olivenöl in den Darmzellen eine Reduzierung der Oxysterole, was sich auf das Ungleichgewicht und die proinflammatorische Reaktion der Zellen auswirkte [117]. Daher können sekundäre Pflanzenstoffe, die einen hohen Anteil an Antioxidantien enthalten, eine Schlüsselrolle bei der Chemoprävention von Krebs spielen, indem sie durch oxidativen Stress verursachte DNA-Schäden unterdrücken [46,119]. Andererseits haben Eder et al. behaupten, dass weder die auf Rapsöl basierende Ernährung, die Linolensäure enthält, noch die auf Olivenöl basierende Ernährung, die hauptsächlich Ölsäure enthält, einen nennenswerten Schutzvorteil gegen oxidative DNA-Schäden in der Leber weiblicher Ratten bietet. Es wurde auch gezeigt, dass eine Ernährung mit hohem Gehalt an linolsäurereichem Sonnenblumenöl den oxidativen Stress der Erythrozyten erhöhen, Gewebemikroverletzungen verursachen und einen größeren oxidativen Ausbruch der Phagozyten erzeugen kann, als wenn die gleiche Energiemenge aus gesättigten Fettsäuren und abgeleiteten n-3-PUFAs verbraucht würde aus Meeresquellen. Dies wurde entdeckt, nachdem die Wirkung von Nahrungsfetten auf den oxidativ-antioxidativen Status des Blutes bei Ratten analysiert wurde. Bei gleichem Kaloriengehalt zeigten Ratten, denen Sonnenblumenöl verabreicht wurde, eine höhere antioxidative Plasmaaktivität als Ratten, denen andere Fette verabreicht wurden [120]. In Bezug auf andere Ölarten [121] ergab eine Querschnittsstudie, in der der Konsum von Kokosnussöl und Sonnenblumenöl bei Menschen mit koronarer Herzkrankheit in Indien verglichen wurde, dass diejenigen, die Kokosnussöl verwendeten, einen besseren Antioxidationsstatus hatten als diejenigen, die Sonnenblumenöl verwendeten, mit niedrigerem Vitamin-C-Spiegel und eine höhere Lipidperoxidationsrate, beides Indikatoren für erhöhten oxidativen Stress.

Die vorteilhafte Wirkung von Mikroalgenöl mit vergleichbarer Wirksamkeit zum Schutz vor kardiovaskulären Risikofaktoren wurde in klinischen Studien durch die Senkung von Plasmatriglyceriden und Biomarkern für oxidativen Stress beobachtet [88]. Darüber hinaus zeigte ätherisches Magnolienblütenöl, das aus den Blüten isoliert wurde, eine antibakterielle Aktivität, da es im Vergleich zu anderen getesteten ätherischen Ölen (Knospenöl) höhere Radikalfänger und antioxidative Aktivität aufweist [122].

4. Schlussfolgerung

Die Interaktion verschiedener Zelltypen mit Fischölen, Pflanzenölen oder ätherischen Ölen verbessert die biologischen Daten aus biochemischer und sicherheitstechnischer Sicht. Dadurch ermöglicht dieses Wissen die Identifizierung und Charakterisierung potenzieller molekularer Ziele und aktiver Biomarker, die an einer Vielzahl von Ernährungsstörungen beteiligt sind, darunter Fettlebererkrankungen, Diabetes mellitus, Störungen des Proteinstoffwechsels, Eisenmangelanämie und Dyslipidämien. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass der Einsatz von Biokompatibilitätstests von Vorteil sein könnte, um präzisere Therapien anzubieten, die Patienten dazu raten, bestimmte Fettsäuren entsprechend ihrem Bedarf (personalisierte Ernährung) und dem jeweiligen interessierenden Zelltyp zu sich zu nehmen, sowie aus Sicherheitsgründen. Die geringe Menge der verfügbaren Literatur macht jedoch deutlich, dass in diesen Bereichen noch weitere Forschung erforderlich ist, bevor Präzisionsernährung in klinischen Umgebungen und im Kontext der öffentlichen Gesundheit auf der ganzen Welt eingesetzt werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die öffentliche Gesundheit im Hinblick auf die Verabreichung von Nahrungsmitteln und Arzneimitteln verbessert werden wird, wenn grundlegendere Studien durchgeführt werden, um die Zellinteraktionen mit verschiedenen potenziellen Speiseölen zu untersuchen.

Autorenbeiträge

Konzeptualisierung, I.T. und E.P.K.; Methodik, I.T. und E.P.K. Validierung, I.T. und E.P.K. Ressourcen, E.P.K.; Datenkuration, I.T. und E.P.K.; Schreiben – Originalentwurfsvorbereitung, I.T. und E.P.K.; Schreiben – Rezension und Bearbeitung, E.P.K.; Visualisierung, I.T. und E.P.K.; Aufsicht, E.P.K. Alle Autoren haben die veröffentlichte Version des Manuskripts gelesen und ihr zugestimmt.

Erklärung des Institutional Review Board

Unzutreffend.

Einverständniserklärung

Unzutreffend.

Erklärung zur Datenverfügbarkeit

Die in dieser Studie präsentierten Daten sind online verfügbar.

Interessenskonflikte

Die Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Haftungsausschluss/Hinweis des Herausgebers: Die in allen Veröffentlichungen enthaltenen Aussagen, Meinungen und Daten sind ausschließlich die der einzelnen Autoren und Mitwirkenden und nicht die von MDPI und/oder der Herausgeber. MDPI und/oder der/die Herausgeber lehnen jede Verantwortung für Personen- oder Sachschäden ab, die sich aus Ideen, Methoden, Anweisungen oder Produkten ergeben, auf die im Inhalt Bezug genommen wird.

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Abbildung und Tabellen

Abbildung 1: Flussdiagramm der Bildschirmmethodik für Tabelle 1. [Bitte laden Sie das PDF herunter, um das Bild anzuzeigen]

Autorenverbindungen):

Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und -technologie, Sindos Campus, International Hellenic University, 57400 Thessaloniki, Griechenland

Anmerkung(en) des Autors:

[*] Korrespondenz: elekalo@ihu.gr

DOI: 10.3390/pharmaceutics15030869