Em todo o mundo, cerca de 2 bilhões de pessoas sofrem de deficiência de ferro, o que pode levar à anemia, comprometimento do desenvolvimento cerebral em crianças e aumento da mortalidade infantil.

Para combater esse problema, pesquisadores do MIT criaram uma nova maneira de fortificar alimentos e bebidas com ferro, usando pequenas partículas cristalinas. Essas partículas, conhecidas como estruturas metalorgânicas, podem ser polvilhadas sobre os alimentos, adicionadas a alimentos básicos como pão ou incorporadas a bebidas como café e chá.

“Estamos criando uma solução que pode ser facilmente adicionada a alimentos básicos em diferentes regiões”, afirma Ana Jaklenec, pesquisadora principal do Instituto Koch de Pesquisa Integrativa do Câncer do MIT. “O que é considerado básico no Senegal não é o mesmo que na Índia ou nos EUA, então nosso objetivo era desenvolver algo que não reagisse com o próprio alimento. Dessa forma, não precisamos reformular para todos os contextos — ele pode ser incorporado a uma ampla gama de alimentos e bebidas sem concessões.”

As partículas projetadas neste estudo também podem transportar iodo, outro nutriente essencial. Elas também podem ser adaptadas para transportar minerais importantes, como zinco, cálcio ou magnésio.

“Estamos muito entusiasmados com essa nova abordagem e com o que acreditamos ser uma nova aplicação de estruturas metal-orgânicas para potencialmente avançar a nutrição, particularmente no mundo em desenvolvimento”, diz Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT e membro do Instituto Koch.

Jaklenec e Langer são os autores principais do estudo, que aparece hoje no periódico Matter . O pós-doutorado do MIT, Xin Yang, e Linzixuan (Rhoda) Zhang, PhD '24, são os autores principais do artigo.

A fortificação de alimentos pode ser uma maneira eficaz de combater deficiências nutricionais, mas essa abordagem costuma ser desafiadora, pois muitos nutrientes são frágeis e se decompõem durante o armazenamento ou o cozimento. Quando o ferro é adicionado aos alimentos, ele pode reagir com outras moléculas presentes, conferindo-lhes um sabor metálico.

Em trabalhos anteriores, o laboratório de Jaklenec demonstrou que encapsular nutrientes em polímeros pode protegê-los da degradação ou da reação com outras moléculas. Em um pequeno ensaio clínico, os pesquisadores descobriram que mulheres que comeram pão enriquecido com ferro encapsulado conseguiram absorver o ferro do alimento.

No entanto, uma desvantagem dessa abordagem é que o polímero adiciona muito volume ao material, limitando a quantidade de ferro ou outros nutrientes que acabam no alimento.

Para superar esse desafio, Yang teve uma nova ideia: em vez de encapsular o ferro em um polímero, eles poderiam usar o próprio ferro como um bloco de construção para uma partícula cristalina conhecida como estrutura metal-orgânica, ou MOF (pronuncia-se “moff”).

MOFs consistem em átomos metálicos unidos por moléculas orgânicas chamadas ligantes, criando uma estrutura rígida, semelhante a uma gaiola. Dependendo da combinação de metais e ligantes escolhida, eles podem ser usados para uma ampla variedade de aplicações.

“Pensamos que talvez pudéssemos sintetizar uma estrutura metal-orgânica com ligantes e micronutrientes de grau alimentício”, diz Yang. “Estruturas metal-orgânicas têm porosidade muito alta, então podem carregar muita carga. Por isso, pensamos que poderíamos aproveitar essa plataforma para criar uma nova estrutura metal-orgânica que pudesse ser usada na indústria alimentícia.”

Neste caso, os pesquisadores projetaram um MOF composto de ferro ligado a um ligante chamado ácido fumárico, que é frequentemente usado como aditivo alimentar para realçar o sabor ou ajudar a conservar os alimentos.

Essa estrutura impede que o ferro reaja com polifenóis — compostos comumente encontrados em alimentos como grãos integrais e nozes, além de café e chá. Quando o ferro reage com esses compostos, forma um complexo metálico de polifenóis que não pode ser absorvido pelo corpo.

A estrutura dos MOFs também permite que eles permaneçam estáveis até atingirem um ambiente ácido, como o estômago, onde se decompõem e liberam sua carga de ferro.

Os pesquisadores também decidiram incluir iodo em sua partícula MOF, que eles chamam de NuMOF. O sal iodado tem se mostrado muito eficaz na prevenção da deficiência de iodo, e muitos esforços estão em andamento para criar "sais duplamente fortificados" que também contenham ferro.

A administração conjunta desses nutrientes tem se mostrado difícil porque o ferro e o iodo podem reagir um com o outro, tornando cada um deles menos provável de ser absorvido pelo corpo. Neste estudo, a equipe do MIT demonstrou que, uma vez formadas as partículas MOF contendo ferro, elas poderiam ser carregadas com iodo, de forma que o ferro e o iodo não reagissem um com o outro.

Em testes de estabilidade das partículas, os pesquisadores descobriram que os NuMOFs podem suportar armazenamento de longo prazo, calor e umidade elevados e água fervente.

Durante esses testes, as partículas mantiveram sua estrutura. Quando os pesquisadores as alimentaram com camundongos, descobriram que tanto o ferro quanto o iodo estavam disponíveis na corrente sanguínea algumas horas após o consumo do NuMOF.

Os pesquisadores estão agora trabalhando no lançamento de uma empresa que está desenvolvendo café e outras bebidas fortificadas com ferro e iodo. Eles também esperam continuar trabalhando em um sal duplamente fortificado que possa ser consumido puro ou incorporado a alimentos básicos.

A pesquisa foi parcialmente apoiada pelas Bolsas J-WAFS para Soluções de Água e Alimentos. 

Outros autores do artigo incluem Fangzheng Chen, Wenhao Gao, Zhiling Zheng, Tian Wang, Erika Yan Wang, Behnaz Eshaghi e Sydney MacDonald.

Esta pesquisa foi conduzida, em parte, usando as instalações do MIT.nano.