แนวทางการพัฒนางานวิจัยอาหารฟังก์ชันด้วยแบบจำลองลำไส้ tiny-TIMsg และ TIM-2 Guidelines for Advancing Functional Food Research Using Simulated Gut Models: tiny-TIMsg and TIM-2

แนวทางการพัฒนางานวิจัยอาหารฟังก์ชันด้วยแบบจำลองลำไส้ tiny-TIMsg และ TIM-2
Guidelines for Advancing Functional Food Research Using Simulated Gut Models:
tiny-TIMsg and TIM-2

By:   ดร. อติกร ปัญญา
Atikorn Panya, Ph.D.
Service Platform for Food & Functional Ingredients (FoodSERP) Research Team
The National Science and Technology Development Agency (NSTDA)
atikorn.pan@biotec.or.th

ดร. ชัยวุฒิ กมลพิลาส
Chaiwut Gamonpilas, Ph.D.
Service Platform for Food & Functional Ingredients (FoodSERP) Research Team
The National Science and Technology Development Agency (NSTDA)
chaiwutg@mtec.or.th

          การใช้ระบบย่อยจำลอง (Simulated Gut Models) นั้นมีความจำเป็นอย่างมากในการพัฒนางานวิจัยเกี่ยวกับอาหารฟังก์ชัน เนื่องจากระบบดังกล่าวมีส่วนช่วยในการทดสอบและประเมินประสิทธิภาพของอาหารในกระบวนการย่อยและดูดซึมได้อย่างแม่นยำ โดยหนึ่งในระบบจำลองที่มีความก้าวหน้าและมีงานวิจัยรองรับจำนวนมากในปัจจุบัน คือ ระบบ tiny-TIMsg (Smartificial Gut) และ TIM-2 โดยทั้งสองระบบนี้ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อจำลองการทำงานเชิงพลวัติและสภาพแวดล้อมเสมือนจริงของการย่อยอาหารในกระเพาะและลำไส้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งควบคุมการทำงานด้วยระบบคอมพิวเตอร์ ทำให้นักวิจัยสามารถเข้าใจถึงกลไกการปลดปล่อยสารอาหารและส่วนผสมฟังก์ชันได้อย่างละเอียด รวมถึงช่วยให้นักวิจัยสามารถออกแบบอาหารที่สามารถนำส่งสารอาหารและส่วนผสมฟังก์ชันเข้าสู่ร่างกายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาอาหารที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพและตอบสนองต่อความต้องการของผู้บริโภคในอนาคต

          ระบบย่อยจำลอง tiny-TIMsg และ TIM-2 นั้นครอบคลุมการใช้งานในหลากหลายด้านและเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการพัฒนาอาหารเชิงฟังก์ชัน รวมถึงการศึกษาทางชีวการแพทย์และโภชนาการ ทั้งนี้ ระบบ tiny-TIMsg มุ่งเน้นไปที่ระบบการย่อยและการดูดซึมสารอาหารในกระเพาะอาหารและลำไส้เล็ก ทำให้สามารถประเมินและวิเคราะห์ผลกระทบของสารอาหารและตัวยาสำคัญต่อระบบย่อยอาหารได้อย่างแม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับการทดสอบทั่วไปที่มักใช้โมเดลเป็นแบบสถิต (Static Digestion Model) นอกจากนี้ ระบบดังกล่าวยังเหมาะสมกับการทดสอบหรือพัฒนาสูตรอาหารและวัตถุดิบอาหารใหม่ที่สามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการดูดซึมสารอาหารได้ เช่น การประเมินคุณภาพของโปรตีนที่เป็นองค์ประกอบหรืออยู่ในรูปแบบอาหารแปรรูปด้วยวิธี In-vitro DIAAS (Digestible Indispensable Amino Acid Score) รวมถึงการประเมินการย่อยได้ของคาร์โบไฮเดรตและการปลดปล่อยน้ำตาล (Glycemic Index; GI) เป็นต้น

          สำหรับระบบ TIM-2 จะมุ่งเน้นไปที่การทำงานของลำไส้ใหญ่ ไม่ว่าจะเป็นการศึกษาจุลินทรีย์ในลำไส้ใหญ่และผลกระทบของสารต่างๆ ต่อจุลินทรีย์เหล่านั้น รวมถึงการใช้จุลินทรีย์ในกลุ่มเป้าหมายที่แตกต่างกัน เช่น ผู้ใหญ่ที่มีสุขภาพดีหรือผู้ป่วยโรคต่างๆ ซึ่งจะช่วยให้สามารถศึกษาผลกระทบของอาหารและสารสกัดได้อย่างชัดเจนและละเอียดมากยิ่งขึ้น รวมถึงการวิเคราะห์สารเมแทบอไลต์ เช่น กรดไขมันสายสั้น วิตามิน และอนุพันธ์ของกรดอะมิโนที่สร้างขึ้นในลำไส้ใหญ่หลังจากได้รับสารสำคัญต่างๆ ซึ่งล้วนเป็นข้อมูลที่มีคุณค่าสำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและยาต่อไป

          Using simulated gut models is essential for advancing research on functional foods. These systems play a crucial role in testing and accurately evaluating the efficacy of food in digestion and absorption processes. Among the most advanced and extensively studied models currently available are the tiny-TIMsg (Smartificial Gut) and TIM-2 systems. Both systems have been developed to effectively simulate the dynamic functions and realistic environments of digestion in the stomach and intestines. Controlled by computer systems, they enable researchers to understand the mechanisms behind the release of nutrients and functional ingredients. This, in turn, allows researchers to design foods that efficiently deliver nutrients and functional components, marking a significant step forward in developing health-beneficial food that meets future consumer demands.

          The tiny-TIMsg and TIM-2 simulated digestion systems have diverse applications and provide significant benefits for the development of functional foods, as well as biomedical and nutritional research. The tiny-TIMsg system focuses on the digestion and absorption of nutrients in the stomach and small intestine, enabling precise evaluation and analysis of the effects of nutrients and active compounds on the digestive system. This system is more accurate compared to traditional static digestion models. Moreover, tiny-TIMsg is well-suited for testing or developing new food formulations and ingredients that enhance nutrient absorption capability. Examples include the evaluation of protein quality using the In-vitro DIAAS (Digestible Indispensable Amino Acid Score) method and the assessment of carbohydrate digestibility and sugar release, such as determining the Glycemic Index (GI).

          The TIM-2 system focuses on the functioning of the large intestine, including the study of the gut microbiome and the effects of various substances on these microorganisms. It also allows for the use of microbiomes from different target groups, such as healthy adults or patients with specific diseases, enabling clear and detailed analysis of the impacts of foods and extracts. Additionally, the TIM-2 system facilitates the analysis of metabolites, such as short-chain fatty acids, vitamins, and amino acid derivatives produced in the large intestine after exposure to specific compounds. This valuable data can be used to further develop dietary supplements and pharmaceuticals.