Porovnání statických a dynamických in vitro modelů trávení pro hodnocení dostupnosti bioaktivních látek z potravin

Viktor Dvořáček

Bachelor's thesis

Comparison of static and dynamic in vitro digestion models for assessing the bioavailability of bioactive compounds from foods

Anotácia:

Trávení potravy představuje komplexní soubor fyzikálních, chemických a biologických procesů, jejichž výsledkem je rozklad potravinových složek a jejich následné vstřebávání v lidském organismu. Pochopení těchto procesů je zcela zásadní pro vyhodnocení nutriční hodnoty biologicky aktivních látek a jejich dostupnosti. Vzhledem k etickým, finančním a časovým omezením spojeným s in vivo studiemi se v posledních desetiletích stále více využívají in vitro modely trávení, které umožňují simulovat podmínky lidského gastrointestinálního traktu v laboratorním prostředí. Tyto modely simulují jednotlivé fáze trávení – orální, žaludeční a střevní, a lze je rozdělit na statické, semi-dynamické a dynamické systémy, které se liší konstrukcí (jednokomorové a vícekomorové) i způsobem simulace fyziologických podmínek. Cílem této bakalářské práce bylo porovnat statické in vitro modely, které se vyznačují především jednoduchostí, nízkou finanční náročností a vysokou reprodukovatelností, a modely dynamické, které simulují složitější fyziologické aspekty trávení, jako jsou změny pH, motilita nebo sekrece enzymů. Statické modely, zejména standardizovaný protokol INFOGEST, jsou využívány častěji než modely dynamické, a to při studiu makroživin (proteinů, tuků a sacharidů), mikroživin i fytochemikálií, především pro screeningové studie a mechanistický výzkum. Naproti tomu pokročilé dynamické modely poskytují komplexnější a realističtější simulaci fyziologických podmínek, zejména systémy používané již delší dobu (např. TIM, DIDGI nebo SHIME). Tyto modely tak představují vhodné nástroje pro detailnější studium kinetiky trávení a biologické dostupnosti živin, jejich využití je však limitováno vyšší technickou složitostí, nákladností a časovou náročností experimentů. Ačkoliv žádný z modelů nedokáže plně napodobit komplexitu lidského trávení, obě skupiny in vitro modelů představují důležité nástroje současného výzkumu výživy a potravinářství, které jsou uplatňovány podle konkrétního cíle studie. V praxi se oba přístupy často vzájemně doplňují a společně přispívají k hlubšímu porozumění procesům trávení a využitelnosti bioaktivních látek z potravin.

Abstract:

Digestion of food represents a complex set of physical, chemical, and biological processes whose result is the breakdown of food components and their subsequent absorption in the human organism. Understanding these processes is essential for evaluating the nutritional value and bioavailability of bioactive compounds. Due to ethical, financial, and time limitations associated with in vivo studies, in vitro digestion models have been increasingly used in recent decades, as they allow the simulation of conditions of the human gastrointestinal tract in a laboratory environment. These models simulate individual phases of digestion – oral, gastric, and intestinal, and can be divided into static, semi-dynamic, and dynamic systems, which differ in their construction (single-compartment and multi-compartment) as well as in the way they simulate physiological conditions. The aim of this bachelor’s thesis was to compare static in vitro models, which are characterized primarily by simplicity, low financial cost, and high reproducibility, with dynamic models that simulate more complex physiological aspects of digestion, such as changes in pH, motility, or enzyme secretion. Static models, particularly the standardized INFOGEST protocol, are used more frequently than dynamic models in the study of macronutrients (proteins, lipids, and carbohydrates), micronutrients, and phytochemicals, especially for screening studies and mechanistic research. In contrast, advanced dynamic models provide a more complex and realistic simulation of physiological conditions, particularly systems that have been used for a longer time (e.g., TIM, DIDGI, or SHIME). These models therefore represent suitable tools for more detailed studies of digestion kinetics and the bioavailability of nutrients; however, their use is limited by higher technical complexity, cost, and time demands of experiments. Although none of the models can fully replicate the complexity of human digestion, both groups of in vitro models represent important tools in contemporary nutrition and food science research and are applied depending on the specific aim of a study. In practice, both approaches often complement each other and together contribute to a deeper understanding of digestion processes and the bioavailability of bioactive compounds from foods.

Kľúčové slová

INFOGEST, TIM-1, SHIME, SIMGI, Proteiny, Tuky, Sacharidy

Keywords

Proteins, Lipids, Carbohydrates, INFOGEST, TIM-1, SHIME, SIMGI

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 10. 4. 2026

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 25. 5. 2026
• Vedúci: Ing. Ivo Doskočil, Ph.D.
• Oponent: Petr Šmíd, Ing.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme:
Food and Nutrition