{"id":16041,"date":"2026-06-18T13:37:47","date_gmt":"2026-06-18T13:37:47","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/morwarid-mayar\/"},"modified":"2026-06-18T13:37:56","modified_gmt":"2026-06-18T13:37:56","slug":"morwarid-mayar","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/morwarid-mayar\/","title":{"rendered":"Morwarid Mayar"},"content":{"rendered":"","protected":true},"excerpt":{"rendered":"","protected":true},"author":7,"featured_media":16042,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"us_portfolio_category":[45],"class_list":["post-16041","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","post-password-required","hentry","us_portfolio_category-new-template"],"acf":{"naam_van_het_proefschift":"Bridging the gap between in vitro and in vivo","samenvatting":"Eiwitten zijn belangrijke bouwstenen van het leven en hebben belangrijke structurele en biochemische functies in ons lichaam. Wij kunnen eiwitten verkrijgen uit onze voeding. De gezondheidsvoordelen van eiwitten hangen echter af van hoe goed ze worden afgebroken tot opneembare aminozuren in ons maag-darmkanaal. Melk is een bron van hoogwaardige eiwitten, namelijk case\u00efne en wei-eiwitten.\n\nVoordat melk in de supermarkt terechtkomt, wordt het verhit om het veilig en lang houdbaar te maken. Dit proces kan de structuur van de eiwitten veranderen en daarmee de daaropvolgende vertering van melkeiwitten be\u00efnvloeden.\n\nDe vertering van melkeiwitten begint in de maag, waarbij onder invloed van zuur en het enzym pepsine de case\u00efnes aan elkaar gaan kleven en stollen, een proces dat coagulatie wordt genoemd. Dit leidt tot de vorming van een eiwitgel in onze maag, die veel op kaas lijkt. Dit proces is belangrijk omdat het ervoor zorgt dat de eiwitten geleidelijk worden afgegeven aan het darmkanaal, waardoor een overbelasting van de verteringscapaciteit van de darmen wordt voorkomen. De vertering van eiwitten in de maag wordt vaak bestudeerd in het laboratorium of bij dieren. Dit is echter niet representatief voor hoe de vertering in het menselijke lichaam plaatsvindt. Om de vertering direct in het menselijke lichaam te kunnen meten, zijn niet-invasieve meettechnieken nodig waarmee veranderingen in de maaginhoud kwantitatief gevolgd kunnen worden.\n\nMagnetic Resonance Imaging (MRI) is een niet-invasieve techniek die kan worden gebruikt om gedetailleerde beelden te verkrijgen van het menselijk lichaam, waarbij het contrast iets zegt over de lokale samenstelling en structuur van het weefsel of de inhoud van de maag of darmen. Dit maakt MRI veelbelovend voor onderzoek naar vertering. Het doel van dit proefschrift was dan ook om verschillende MRI-technieken te gebruiken om de vertering van melkeiwitten in de maag te volgen, zowel met laboratoriummodellen als direct in het menselijke lichaam.\n\nDe MRI-technieken die in dit proefschrift zijn gebruikt, waren conventionele T2-gewogen anatomische MRI-beelden, magnetisatie-overdracht MRI, en chemische uitwisseling MRI.\n\nT2-gewogen MRI: In T2-gewogen MRI-beelden worden weefsels of componenten met een lange T2-relaxatietijd, zoals vloeistoffen, helder (wit) weergegeven, terwijl weefsels of andere componenten met een korte T2-relaxatietijd, zoals orgaanweefsels of bot, donker (grijs tot zwart) verschijnen. Deze beelden worden gebruikt in onderzoek naar spijsvertering om de maaginhoud te onderscheiden van het omringende weefsel. Zo kan de maaginhoud over tijd gekwantificeerd worden als maatstaf voor maaglediging.\n\nMagnetisatieoverdracht MRI: Met deze techniek kan de interactie tussen grote moleculen (macromoleculen), zoals eiwitten in een gel of vaste toestand, en water gemeten worden. De mate van magnetisatie-overdracht geeft een indicatie van hoe vast de matrix is waarin de macromoleculen zich bevinden.\n\nChemische-uitwisselings-MRI: Met deze techniek kan de chemische uitwisseling van protonen tussen water en mobiele moleculen, zoals eiwitten en peptiden in oplossing, worden gemeten. Dit dient als maatstaf voor de pH, de eiwit-concentratie en structuur.\n\nMet dit doel hebben we in hoofdstuk 2 en 3 eerst magnetisatieoverdracht- en chemische-uitwisselings-MRI-metingen opgezet en uitgevoerd op een 7T laboratorium-MRI-scanner. We wilden de meetparameters optimaliseren en de gevoeligheid van deze metingen voor de structurele en chemische veranderingen tijdens de vertering van melkeiwitten onderzoeken. Hiervoor hebben we gebruikgemaakt van een eenvoudig laboratoriummodel om de biochemische vertering van eiwitten in de maag na te bootsen. Dit werk toonde aan dat de ontwikkelde metingen geschikt waren om de coagulatie en afbraak van eiwitten, evenals veranderingen in pH en eiwitconcentratie, te volgen tijdens de vertering in een laboratoriummodel. We hebben ook aangetoond dat de vertering van rauwe en verhitte melk aanzienlijk verschilt onder deze verteringscondities.\n\nOm meer inzicht te krijgen in de dynamische complexiteit van de vertering in het menselijk lichaam, werd in hoofdstuk 4 een semi-dynamisch laboratoriummodel voor de maagvertering opgezet en gebruikt. In dit semi-dynamische model wordt de geleidelijke afscheiding van maagzuur en pepsine, evenals de lediging van de maaginhoud, nagebootst. Onder deze dynamische omstandigheden waren variaties in pH en eiwitconcentratie de dominante factoren die de chemische uitwisseling be\u00efnvloedden. Gezien de kritieke rol van pH in de maag, werd chemische-uitwisselings-MRI verder ontwikkeld als een indirecte methode voor het in kaart brengen van de pH gedurende de vertering. Met deze methode was het mogelijk om de pH tijdens de vertering van een wei-eiwitdrank te volgen. Daarnaast ontdekten we dat onder de semi-dynamische verteringscondities de eiwitcoagulatie langzamer verliep vergeleken met die in het eenvoudige model van hoofdstuk 2 en 3. We maakten gebruik van een computer-algoritme om in de T2-gewogen MRI-beelden de gecoaguleerde melk (lage intensiteit, donker) en de vloeistof (hoge intensiteit, helder) van elkaar te onderscheiden op basis van hun intensiteit. Dit kon gebruikt worden om het volume van het eiwitcoagulaat gedurende de vertering te meten. Verder kon magnetisatieoverdracht-MRI ook hier gebruikt worden om de eiwitcoagulatie te volgen en om verschillen daarin tussen laag- en hoogverhitte melk in kaart te brengen.\n\nHoofdstuk 5 breidde de resultaten van het laboratoriumwerk uit met een onderzoek bij mensen. Het doel van de studie was om de geoptimaliseerde MRI-metingen toe te passen om de eiwitvertering van laag- en hoogverhitte melk te onderzoeken. Twaalf vrijwilligers ondergingen MRI-scans van de maag na minstens 11 uur vasten en na consumptie van 300 g laag- of hoogverhitte melk. Magnetisatieoverdracht-MRI werd gebruikt om de coagulatie van melk te volgen, en T2-gewogen MRI-beelden werden gebruikt om de maaglediging te volgen.\n\nDe bevindingen toonden aan dat het meten van de magnetisatieoverdracht ook geschikt is voor het volgen van de melkeiwitcoagulatie in de maag direct bij mensen. Voor laag-verhitte melk was de trend in de magnetisatieoverdracht tijdens de vertering vergelijkbaar met die in het semi-dynamisch laboratoriummodel van hoofdstuk 4. Interessant genoeg werden in deze studie geen verschillen gevonden in de coagulatie van laag- en hoogverhitte melk, maar de maaglediging van laagverhitte melk was sneller dan die van hoogverhitte melk. Dit is in tegenstelling tot de bevindingen uit dieronderzoeken bij varkens en ratten. Hoofdstuk 5 onderstreepte niet alleen het potentieel van MRI als waardevol hulpmiddel om processen tijdens de spijsvertering bij mensen op niet-invasieve wijze te meten, maar toonde ook aan dat het effect van verhitting op de vertering van melkeiwitten anders kan zijn bij mensen dan wat is waargenomen in laboratorium- of diermodellen.\n\nTot slot werden in hoofdstuk 6 de bevindingen uit de voorgaande hoofdstukken gezamenlijk besproken en in een breder perspectief geplaatst. Eerst werden de sterke punten en beperkingen van de MRI-technieken in de context van verteringsonderzoek besproken, vergezeld van suggesties voor toekomstige verbeteringen. Vervolgens werd een directe vergelijking tussen spijsvertering in het semi-dynamische laboratorium model en in mensen gepresenteerd. Uit deze vergelijking bleek dat de maagvertering van laagverhitte melk realistisch wordt nagebootst in het laboratoriummodel. Voor hoogverhitte melk werden daarentegen substanti\u00eble verschillen waargenomen tussen het laboratoriummodel en mensen. Deze verschillen kunnen mogelijk het gevolg zijn van een te eenvoudige weergave van de maaglediging, de maagafscheidingen en menging binnen het laboratoriummodel. Er werden suggesties gegeven om deze aspecten van het laboratoriummodel in de toekomst te verbeteren. Tot slot werd een vooruitblik gegeven op toekomstige studies naar maaglediging met MRI, zoals studies bij verschillende leeftijdsgroepen en mensen met een spijsverteringsstoornis.","summary":"Proteins are indispensable building blocks of life, serving numerous structural and biochemical functions in our bodies. These vital molecules are synthesized in our cells from amino acids (AAs), categorized into essential and non-essential AAs. Essential AAs (EAAs) must be obtained from dietary proteins. The nutritional benefits of dietary proteins depend on how well the latter are broken down into absorbable AAs within our digestive tract. Milk is a widely consumed source of high-quality proteins, namely caseins and whey proteins (WPs). However, food processing, such as heat treatment, may affect the structure, and subsequent digestion of milk proteins (MPs). \n\nThe digestion of MPs starts in the stomach, which involves acid- and pepsin-induced aggregation of caseins, resulting in the formation of a semi-solid protein coagulum. This process regulates the gradual release of proteins into the intestinal tract, preventing an overload of the digestive capacity of the intestines. Gastric digestion of proteins is commonly studied using in vitro and in vivo animal digestion models. However, findings from these studies need to be verified with in vivo digestion data from humans, which is challenging due to the lack of non-invasive, spatially-resolved, methods to quantitatively measure changes in the gastric content during digestion. Magnetic Resonance Imaging (MRI) is a non-invasive technique that can be used to obtain detailed images, with imaging contrast based on the local composition and structure of tissues or food systems: this makes MRI highly promising for investigating gastric digestion. Hence, the aim of this thesis was to address the above-mentioned research gap by exploring 1H MRI techniques, namely Magnetization Transfer (MT), Chemical Exchange Saturation Transfer (CEST) and conventional T2-weighted MRI, for assessing gastric MP digestion, both in vitro and in vivo. \n\nTo this aim, in Chapter 2 and 3, we first implemented 1H MT and CEST MRI measurements on a 7 T laboratory MRI scanner to optimize measurement parameters, and explore the sensitivity of MT and CEST to the structural and chemical changes that occur during gastric digestion using static in vitro samples. Furthermore, the sensitivity of MT and CEST to the effect of heat treatment on gastric MP digestion was assessed by comparing raw- and heated (30 min at 80 \u00b0C, 90% WP denaturation) skim milk. \n\nThis work showed that the 1H magnetization transfer between semi-solid macromolecules and water, quantified by the MT ratio (MTR), is a marker of gastric MP coagulum formation and solubilization. Additionally, the assessment of the 1H chemical exchange between soluble proteins\/peptides and water, quantified by the MTRasym parameter, was established as a marker of protein hydrolysis, and changes in protein\/peptide concentration under static in vitro conditions. The trends in the MTR and MTRasym vs. digestion time were different for raw- and heated skim milk, thus demonstrating the sensitivity of these MRI markers to heat-induced changes in the gastric digestion of MPs. Furthermore, intensity thresholding of T2-weighted images enabled estimating the semi-solid volume representing the coagulum, and monitoring its changes during digestion. By integrating MT and CEST MRI with T2-weighted MRI, both macroscopic and molecular-level changes occurring during static in vitro gastric digestion could be monitored. \n\nTo move towards the dynamic complexity of in vivo gastric digestion, in Chapter 4 the previously developed MRI markers were further explored for probing gastric digestion in a semi-dynamic in vitro model using WP isolate solution (WPIS), as well as low- and high-pasteurized skim milk (LPSM and HPSM, respectively). LPSM was a commercially available skim milk, which is typically heated for 15 s at 72 \u00b0C, resulting 3% WP denaturation. HPSM was prepared from LPSM by heating it for 30 min at 80 \u00b0C, resulting 90% WP denaturation. \n\nVariations in pH and protein concentration were the dominant factors affecting the MTRasym under semi-dynamic gastric conditions. Given the critical role of pH in gastric digestion, CEST MRI was further developed as an indirect method for pH mapping. This method enabled accurate estimation of the pH for WPIS within a pH range of 4.5-7. Additionally, in situ pH maps during gastric digestion could be obtained using a 3 T clinical MRI scanner. Furthermore, T2-weighted imaging, combined with respective MTR mapping of semi-solid proteins, enabled in situ assessment of the volume and consistency of the coagulum during digestion. Overall, these results demonstrated the capability of MT, CEST and T2-weighted MRI to capture the variations in pH and coagulation dynamics during gastric digestion. \n\nChapter 5 expanded on the promising results of the in vitro work with an in vivo study in humans. The aim of the study was to assess the translatability of the optimized MT MRI measurements to in vivo monitoring of gastric MP coagulation. Participants (n = 12) underwent gastric MRI scans at baseline and after consumption of 300 g of either LPSM or HPSM. The coagulation and gastric emptying dynamics were evaluated using the MTR, total gastric content (TGC), semi-solid, and liquid volumes. \n\nThe findings demonstrated that the MTR parameter can serve as a suitable marker for measuring MP coagulation during gastric digestion in humans. The observed trend in the MTR for LPSM was consistent with what was observed in the semi-dynamic model of Chapter 4. Interestingly, while no differences were found in the MTR between LPSM and HPSM, the TGC, semi-solid, and liquid volumes indicated a slower gastric emptying for HPSM compared to LPSM. Chapter 5 underscored the potential of MRI as a valuable tool to non-invasively measure intra-gastric processes during digestion in humans. These findings demonstrate that the effect of heat treatment on gastric milk protein digestion may be different in humans compared to what has been observed in in vitro or animal models. This highlights the importance of conducting in vivo studies in humans when investigating the effects of heat treatment on digestion. \n\nFinally, in Chapter 6 the findings from the preceding chapters were jointly discussed and put into a broader perspective. First, a thorough discussion on the strengths and limitations of 1H MT and CEST MRI in the context of digestion research was provided, accompanied by suggestions for future improvements. Next, a direct comparison between the semi-dynamic in vitro and human in vivo data was presented. This comparison showed that gastric digestion of LPSM is realistically mimicked in the semi-dynamic in vitro model, given that the differences between in vitro and in vivo results in terms of MTR, semi-solid or liquid volumes were relatively small (\u2264 12%). Conversely, for HPSM, substantial differences around 40% were observed between the in vitro and in vivo data of the MTR, and semi-solid and liquid volumes. This discrepancy could potentially stem from an oversimplified representation of the gastric emptying, secretion and mixing within the in vitro model. Suggestions for improving these aspects of the in vitro model in the future were provided. Finally, an outlook towards future studies of gastric digestion with MRI was proposed, including studies across different populations and\/or of different foods.","auteur":"Morwarid Mayar","auteur_slug":"morwarid-mayar","publicatiedatum":"14 mei 2024","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/morwaridmayar?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/4f2b6ee0-f615-4a50-8d23-4ddfc0469e56\/optimized","url_epub":"","ordernummer":"19280","isbn":"","doi_nummer":"","naam_universiteit":"Wageningen University","afbeeldingen":16043,"naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"Wageningen University","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16041","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/7"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=16041"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16041\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":16044,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/16041\/revisions\/16044"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/16042"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=16041"}],"wp:term":[{"taxonomy":"us_portfolio_category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio_category?post=16041"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}