El vertiginoso aumento de la obesidad en las últimas décadas ha llevado a buscar nuevas explicaciones más allá de la dieta y la inactividad física. Entre los factores más relevantes emergentes está la microbiota intestinal, una comunidad de microorganismos que habita el tracto digestivo y que participa activamente en procesos metabólicos, inmunológicos y digestivos. Su composición, diversidad y funcionalidad está directamente relacionadas con el riesgo de desarrollar obesidad y trastornos metabólicos asociados.
Microbiota intestinal: un factor clave en la digestión, la pérdida de peso y el sistema inmunitario
La microbiota intestinal no solo participa en la digestión y absorción de nutrientes, sino que desempeña funciones metabólicas clave, como:
- La síntesis de vitaminas (por ejemplo, del grupo B y la vitamina K)
- La obtención de energía a partir de compuestos no digeribles, como la fibra dietética
- La modulación del sistema inmunológico. Además, contribuye a la protección frente a microorganismos patógenos mediante mecanismos de competencia y producción de compuestos antimicrobianos, y colabora en el mantenimiento de la integridad de la barrera intestinal.
En personas con obesidad, se ha descrito una menor diversidad microbiana y alteraciones en la proporción relativa de los principales filos bacterianos, especialmente un aumento del cociente Firmicutes/Bacteroidetes. Estas modificaciones pueden mejorar la eficiencia en la extracción de energía a partir de la dieta y favorecer un estado de inflamación crónica de bajo grado, ambos factores implicados en la ganancia de peso y en alteraciones metabólicas asociadas.
Por otro lado, algunos metabolitos producidos por la microbiota, como los ácidos grasos de cadena corta (AGCC) —acetato, propionato y butirato—, actúan como verdaderos moduladores metabólicos. Estos compuestos influyen en el metabolismo lipídico y de carbohidratos, en la regulación del apetito a través de señales hormonales (como GLP-1 y PYY), en la motilidad intestinal y en la respuesta inmunitaria, reforzando el papel clave de la microbiota en la homeostasis del organismo.
Modulación de la microbiota intestinal mediante ingredientes funcionales
La microbiota intestinal es altamente sensible a los componentes de la dieta. Por ello, uno de los enfoques más prometedores en la prevención y tratamiento de la obesidad consiste en su modulación selectiva mediante ingredientes funcionales como probióticos, prebióticos o fibras fermentables.
Probióticos: microorganismos que refuerzan el equilibrio intestinal
Los probióticos son microorganismos vivos que, administrados en cantidades adecuadas, ejercen efectos beneficiosos sobre la salud del huésped. Diversas cepas probióticas han demostrado capacidad para modificar la composición y actividad de la microbiota, resistir el paso por el tracto gastrointestinal y actuar directamente sobre el epitelio intestinal y el sistema inmunológico. Ejemplos como Lactobacillus casei DN 114-001 y CRL 431 han mostrado beneficios tanto en la modulación microbiana como en el refuerzo de la inmunidad intestinal y sistémica.
Prebióticos: nutrientes funcionales para las bacterias beneficiosas
Los prebióticos son ingredientes no digeribles —como ciertos oligosacáridos— que estimulan selectivamente el crecimiento de bacterias beneficiosas en el colon, como bifidobacterias y lactobacilos. Su efecto se traduce en una mejor absorción de minerales y vitaminas, refuerzo de la barrera intestinal y reducción del riesgo de enfermedades digestivas e inflamatorias. Compuestos como la inulina y los fructooligosacáridos (FOS) son algunos de los más estudiados por su efecto prebiótico.
Simbióticos y alimentos fermentados: sinergia para la salud intestinal
La combinación de probióticos y prebióticos —conocida como simbióticos—, junto con otros ingredientes bioactivos derivados de alimentos fermentados, impulsa el desarrollo de alimentos funcionales orientados a mejorar el equilibrio del ecosistema intestinal y apoyar la salud metabólica.
Estos productos se integran fácilmente en la dieta habitual y pueden generar efectos fisiológicos medibles, con aplicaciones directas en condiciones como la obesidad, la inflamación crónica o el síndrome metabólico.
Tecnologías para estudiar la eficacia de ingredientes funcionales
Para que estos productos sean realmente eficaces, es fundamental entender cómo interactúan con el sistema digestivo y la microbiota. En este contexto, los modelos de simulación digestiva in vitro son herramientas clave. Estos sistemas reproducen de forma precisa las condiciones del aparato digestivo humano, incluida la fase de fermentación colónica, permitiendo:
- Evaluar la bioaccesibilidad de ingredientes funcionales
- Estudiar la modulación microbiana inducida por diferentes compuestos
- Analizar la producción de metabolitos clave, como los ácidos grasos de cadena corta (SCFAs)
- Predecir la eficacia potencial de alimentos y suplementos funcionales
Integrar este tipo de herramientas en las fases de I+D de nuevos alimentos, suplementos o nutracéuticos no solo aporta rigor científico, sino que facilita el diseño de productos más eficaces, seguros y orientados a las verdaderas necesidades del consumidor. En AINIA, desarrollamos y aplicamos tecnologías avanzadas in vitro para evaluar científicamente el impacto de ingredientes y productos en la salud digestiva y metabólica, acelerando su validación y puesta en el mercado.
Evaluación del efecto sobre la microbiota intestinal mediante modelos digestivos in vitro
Para comprobar si un ingrediente funcional tiene realmente la capacidad de modular favorablemente la microbiota intestinal, es fundamental disponer de modelos de simulación digestiva in vitro que reproduzcan de forma precisa las condiciones fisiológicas del tracto gastrointestinal humano.
Estos sistemas permiten estudiar la interacción entre el ingrediente y la microbiota colónica en un entorno controlado, reproduciendo aspectos clave del proceso digestivo.
¿Qué aportan los modelos digestivos in vitro?
- Simulan fielmente las condiciones reales de pH, tiempo de tránsito, actividad enzimática y sales en cada fase digestiva (oral, gástrica, intestinal y colónica).
- Evalúan la fermentación colónica y los cambios en la composición y actividad microbiana frente a un ingrediente o matriz alimentaria.
- Permiten cuantificar metabolitos bioactivos, como los ácidos grasos de cadena corta (SCFA), implicados en funciones metabólicas, inmunitarias y de señalización intestinal.
- Ofrecen resultados reproducibles, éticos y coste-eficientes, facilitando la predicción de efectos fisiológicos reales sin necesidad de recurrir inicialmente a estudios in vivo.
En algunos casos, la aplicación de modelos in vitro de digestión gastrointestinal y fermentación colónica, integran modelos celulares que representan la barrera gastrointestinal, evaluando aspectos clave como la permeabilidad intestinal y la respuesta inmunitaria. Empleando tecnologías avanzadas como organoides intestinales y dispositivos organ-on-chip que reproducen la arquitectura y funcionalidad del epitelio intestinal, permitiendo un análisis más fisiológico de las interacciones microbianas y los efectos del ingrediente sobre la barrera mucosa. Todo ello, ofrece resultados reproducibles, éticos y coste-eficientes, facilitando la predicción de efectos fisiológicos reales sin necesidad de recurrir inicialmente a estudios in vivo.
Además, el uso de estos modelos se alinea con los principios de las 3Rs en experimentación animal:
- Reemplazo: sustituyendo el uso de animales por sistemas in vitro y ex vivo cuando es científicamente viable.
- Reducción: permitiendo seleccionar con mayor precisión las condiciones y compuestos que justifiquen posteriores estudios en modelos animales o humanos.
- Refinamiento: mejorando las condiciones experimentales para minimizar el estrés y el impacto en los animales, cuando su uso es imprescindible.
La modulación de la microbiota mediante ingredientes funcionales ofrece un enfoque prometedor para prevenir o tratar trastornos metabólicos, pero requiere de evidencias científicas sólidas. En este sentido, los modelos de simulación digestiva in vitro permiten evaluar de forma controlada el comportamiento de un ingrediente a lo largo del tracto gastrointestinal, su impacto sobre la microbiota y su capacidad de generar efectos beneficiosos.
