Welche biologischen Wechselwirkungen, gastrointestinalen Freisetzungsbedingungen sowie Formulierungs- und Herstellungseigenschaften verringern in kommerziell relevanten, nicht physikalisch getrennten probiotischen Mehrstamm-Darreichungsformen messbar die Viabilität auf Stammebene, die Erholung nach Exposition, die Kolonisationskapazität oder die Evidenzbasis für die klinische Wirksamkeit?
Feuchtigkeitseintrag oberhalb kritischer Wasseraktivitäts-Schwellenwerte, stammspezifische thermische und mechanische Schäden während der Trocknung und Verpressung sowie eine ungeschützte Magensäureexposition reduzieren jeweils unabhängig voneinander die Abgabe lebensfähiger Zellen um Größenordnungen, während die kompetitive Verdrängung zwischen koformulierten Stämmen und das systematische Unvermögen, Ergebnisse auf Stammebene innerhalb nicht getrennter kommerzieller Darreichungsformen differenziert zu erfassen, gemeinsam die Evidenzbasis dafür untergraben, spezifischen Stämmen in probiotischen Mehrstammprodukten eine klinische Wirksamkeit zuzuordnen.
Zusammenfassung
Feuchtigkeitsakkumulation ist der am konsistentesten dokumentierte Hauptfaktor für den Viabilitätsverlust während der Lagerphase in trockenen und ölsuspendierten probiotischen Darreichungsformen: Ein Anstieg der Wasseraktivität über ca. 0,15 in gefriergetrockneten Kapseln [1] und über 11,4 % relativen Dampfdruck in gefriergetrockneten Pulvern [2] löst eine Matrixkristallisation, eine Erniedrigung der Glasübergangstemperatur sowie irreversible Zellschäden aus – Effekte, die durch passive Verpackung allein bei 25 °C/60% RH ohne aktive Trocknung nicht verhindert werden können [3]. Herstellungsprozesse verursachen weitere stammdifferenzielle Einbußen – Sprühtrocknung, Wirbelschichttrocknung und Tablettierung reduzieren die Viabilität jeweils um Beträge, die zwischen Stämmen derselben Speziesbezeichnung um ein Mehrfaches variieren [4–6] –, und die Stabilität nach der Herstellung korreliert invers mit der intrinsischen Hitzeempfindlichkeit des Stammes statt mit der Speziesidentität [7, 8]. Die gastrointestinale Passage stellt einen zweiten entscheidenden Schwachpunkt dar: Ungeschützte freie Zellen verlieren während der simulierten Magenpassage 5–8 logs [9, 10], und nur magensaftresistente oder verzögert freisetzende Darreichungsformen bringen konsistent therapeutisch relevante Zellzahlen in den Dünndarm, wobei eine kommerzielle Kapsel mit verzögerter Freisetzung unter identischen Nüchternbedingungen eine ileale Wiederfindungsrate von 51–56% gegenüber weniger als 1% bei Flüssig-, Pulver- und Standardkapselformaten erzielt [11]. Innerhalb tatsächlich nicht segregierter Mehrstamm-Darreichungsformen weisen Bifidobacterium-Spezies durchweg ein geringeres GI-Überleben auf als koformulierte Lactobacillus-Spezies [11, 12], und kontrollierte serielle Transferexperimente belegen, dass Stammpaare derselben Spezies einander innerhalb eines einzigen Wachstumszyklus durch Mechanismen wie Bakteriozinproduktion und differenzielle Säurebildung kompetitiv bis unter die Nachweisgrenze verdrängen können [13]. Trotz dieser Erkenntnisse weist die Evidenzbasis eine fundamentale Lücke auf: Nahezu keine Studie bestimmt gleichzeitig die Viabilität auf Stammebene innerhalb einer nicht segregierten kommerziellen Mehrstamm-Darreichungsform über Herstellung, Lagerung und GI-Transit hinweg und liefert zugleich Kolonisations- oder klinische Ergebnisdaten, die mit spezifisch benannten Stämmen verknüpft sind. Wirksamkeitsaussagen, die routinemäßig auf Spezies- oder Gattungsebene getroffen werden, lassen sich nicht auf Produkte übertragen, die andere Stämme derselben Spezies enthalten, da zwischen benannten Stämmen mit derselben Speziesbezeichnung dokumentierte drei- bis siebenfache Unterschiede hinsichtlich GI-Überleben, Adhäsion und antimikrobieller Aktivität bestehen [14–16].
Flussdiagramm
Die Abbildung des Flussdiagramms wurde gemäß den Anweisungen ausgelassen.
Literatursuche
Wir haben eine semantische Suche in über 138 Millionen wissenschaftlichen Publikationen über die Elicit-Suchmaschine durchgeführt, die den gesamten Bestand von Semantic Scholar und OpenAlex umfasst.
Wir haben folgende Suchanfragen durchgeführt:
- "probiotic dietary supplement formulation stability viability moisture water activity excipient storage"
- "probiotic simulated gastric fluid bile salt survival enteric coating capsule microencapsulation"
- "multistrain probiotic co-culture antagonism compatibility bacteriocin competition strain-specific efficacy"
Die Suchanfragen lieferten insgesamt 600 Ergebnisse über Elicit.
Wir haben die 591 für die Abfrage relevantesten Publikationen für das Screening abgerufen.
Screening
Abstract-Screening
Quellen wurden auf Basis ihrer Abstracts eingeschlossen, sofern sie die folgenden Kriterien erfüllten:
- Primärer empirischer Bericht: Handelt es sich um eine abgeschlossene experimentelle Studie, eine beobachtende Qualitätsprüfungsstudie, eine Kolonisationsstudie an Tieren/Menschen oder eine vergleichende klinische Studie – und nicht um ein Review, ein Studienprotokoll, ein Editorial, ein Patent oder einen reinen Konferenzbeitrag?
- Lebendes bakterielles probiotisches Material: Werden im Titel oder Abstract lebensfähige bakterielle probiotische Stämme oder ein entsprechendes Produkt untersucht?
- Messbarer versagrelevanter Endpunkt: Werden Lebendkeimzahlen, Überleben/Wiederfindung, Stabilität, Antagonismus/Kompatibilität, gastrointestinale Exposition, Kolonisation oder klinische Wirksamkeit berichtet oder explizit bewertet?
- Relevante Exposition oder Vergleich: Werden Mehrstamm-Zusammensetzungen, Stammidentität, Säure-/Gallensäure-Freisetzung, Lagerung/Feuchtigkeit/Verarbeitung, Verkapselung/Coating, Verpackung oder ko-formulierte Inhaltsstoffe evaluiert?
- Mehrstamm-Formulierung: Beinhaltet diese Studie zwei oder mehr lebende bakterielle probiotische Stämme in derselben Darreichungsform ohne physische Trennung (d. h. nicht durch magensaftresistente Überzüge, separate Kapseln oder andere physische Barrieren getrennt)?
- Kommerzielle Relevanz: Beinhaltet diese Studie kommerzielle Nahrungsergänzungsmittel, Tests kommerzieller Produkte oder herstellbare Prototypen, die für Kapseln, Tabletten, Sachets, Pulver, Ölsuspensionen oder Lebensmittelsysteme mit übertragbaren Daten auf Trockenmatrix-Formulierungen relevant sind?
- Ergebnisse auf Stammebene: Berichtet diese Studie stammaufgelöste CFU-Zahlen, log10 CFU/g-Veränderungen, Überlebensraten unter simulierten GI-Bedingungen, lagerungsbedingte Abnahmeraten, Kolonisationsergebnisse oder klinische Wirksamkeitsunterschiede auf individueller Stammebene?
- Stammidentifikation: Liefert diese Studie eine präzise Stammidentifikation (exakte Stammbezeichnungen), die eine Analyse der Stammäquivalenz ermöglichen würde?
- Geeignete Komparatoren: Beinhaltet diese Studie geeignete Komparatoren wie Einzelstamm-Kontrollen, separat inkubierte Kontrollen, Baseline-Messungen, Vergleiche geschützter vs. ungeschützter Verabreichung oder alternativ benannte Stämme derselben Spezies?
- Geeignetes Studiendesign: Handelt es sich um eine primäre Forschungsstudie mit einem geeigneten Design (In-vitro-Ko-Kultur, Formulierungsstudie, Stabilitätsstudie, Studie mit simulierter Magen-/Darmflüssigkeit, GI-Modellstudie, Qualitätsstudie kommerzieller Produkte, Tier-/Humankolonisationsstudie oder randomisierte vergleichende klinische Studie) anstelle eines narrativen Reviews, Protokolls, Editorials, Konferenz-Abstracts oder Patents?
- Gemessene Kompatibilität: Misst diese Studie Viabilität, Überleben oder Interaktionsparameter auf Stammebene direkt, anstatt ein Versagen von Mehrstamm-Formulierungen lediglich ohne tatsächliche Messungen abzuleiten?
- Bakterielle Probiotika: Sind lebende bakterielle probiotische Stämme die primäre Intervention in dieser Studie (und nicht Hefen, Pilze oder andere nicht-bakterielle Organismen als Hauptfokus)?
Publikationen, die mindestens ein Kriterium nicht erfüllten, wurden automatisch ausgeschlossen; alle übrigen Publikationen, einschließlich Grenzfällen, wurden eingeschlossen.
230 Publikationen bestanden das Abstract-Screening und wurden für das Volltext-Screening übernommen.
Beim Abstract-Screening verteilte sich die Anzahl der aus den jeweiligen Hauptgründen ausgeschlossenen Publikationen wie folgt:
- Primärer empirischer Bericht: n = 32
- Lebendes bakterielles probiotisches Material: n = 1
- Mehrstamm-Formulierung: n = 256
- Kommerzielle Relevanz: n = 1
- Geeignetes Studiendesign: n = 54
- Bakterielle Probiotika: n = 17
Volltext-Screening
Anschließend wurden die Publikationen anhand ihres Volltexts anhand dieser zusätzlichen Kriterien gescreent:
- Orale Formulierung oder kommerzielle Übertragbarkeit: Handelt es sich bei dem Material um ein kommerzielles probiotisches Nahrungsergänzungsmittel oder einen Prototyp einer trockenen/oralen Formulierung mit übertragbaren Daten zu Kapseln, Tabletten, Pulvern, Sachets, Ölsuspensionen, Verpackungen oder gastrointestinaler Freisetzung? Lebensmittelmatrizes qualifizieren sich nur, wenn ihre Ergebnisse eindeutig übertragbar sind und als indirekt eingestuft werden können.
- Vektorspezifisches messbares Ergebnis: Enthält der Volltext extrahierbare quantitative oder eindeutig gemessene Evidenz für mindestens einen Zielvektor: Mehrstamm-Kompatibilität, Nicht-Äquivalenz benannter Stämme, Überleben in Magen-/Gallensaft bzw. Freisetzungsschutz oder Feuchtigkeits-/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität?
- Ausreichender experimenteller Kontext: Berichtet die Publikation ausreichend Kontext zur Interpretation des Ergebnisses, einschließlich Organismenidentität/-formulierung und relevanter Expositions-, Lagerungs- oder Komparatorbedingungen?
- Stammidentität für Aussagen zur Stammäquivalenz: Werden bei Publikationen, die sich mit klinischer oder biologischer Nicht-Äquivalenz zwischen Stämmen befassen, exakte Stammbezeichnungen angegeben? Publikationen, die diesen Vektor nicht adressieren, können ohne diese Information eingeschlossen werden.
Publikationen wurden nur dann in die finale Analyse eingeschlossen, wenn sie jedes Kriterium erfüllten; Publikationen, die mindestens ein Kriterium verfehlten oder Grenzfälle darstellten, wurden ausgeschlossen.
60 Publikationen bestanden das Volltext-Screening und wurden für die Datenextraktion übernommen.
Beim Volltext-Screening verteilte sich die Anzahl der aus den jeweiligen Hauptgründen ausgeschlossenen Publikationen wie folgt:
- Orale Formulierung oder kommerzielle Übertragbarkeit: n = 11
- Vektorspezifisches messbares Ergebnis: n = 1
- Ausreichender experimenteller Kontext: n = 1
- Stammidentität für Aussagen zur Stammäquivalenz: n = 1
- Volltext nicht verfügbar: n = 156
Datenextraktion
Wir haben ein Large Language Model beauftragt, jede der unten aufgeführten Datenspalten aus jeder Publikation zu extrahieren. Dem Modell wurden für jede Spalte die nachstehenden Extraktionsanweisungen bereitgestellt.
- Vollständige Zitation:
Autoren, Artikeltitel, Zeitschrift, Jahr und DOI angeben. Falls keine DOI vorhanden ist, einen anderen stabilen Identifikator angeben.
- Evidenzvektor:
Alle zutreffenden Vektoren klassifizieren: Mehrstamm-Antagonismus/kompetitive Exklusion; Nicht-Äquivalenz von Stämmen; Zerstörung durch Magensäure/Galle und Schutz bei der Verabreichung; Feuchtigkeit/Wasseraktivität/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität.
- Studientyp und Modell:
Angeben, ob es sich um eine Qualitätsstudie von kommerziellen Produkten, eine In-vitro-Kokultur, eine Formulierungs-/Stabilitätsstudie, ein SGF/SIF-GI-Modell, eine Kolonisationsstudie an Tier/Mensch oder eine vergleichende klinische Prüfung handelt; Modelldetails angeben.
- Produkt- und Darreichungsform-Kontext:
Extrahieren, ob kommerzielles Produkt oder Prototyp; Darreichungsform; Anzahl der Stämme; Angabe, ob eine physische Segregation vorliegt; Matrix/Hilfsstoffe; Verpackung; und Lagerbedingungen.
- Genaue untersuchte Stämme:
Genaue Gattung/Spezies/Subspezies und alle alphanumerischen Stammbezeichnungen auflisten. Organismen, die nur auf Speziesebene angegeben sind, eindeutig kennzeichnen.
- Komparatoren:
Komparator(en) extrahieren: Einzelstamm, separat inkubierte Mischung, Baseline/vor Lagerung, geschützte/ungeschützte Verabreichung, niedrigere/höhere Wasseraktivität, kompatibler/inkompatibler Hilfsstoff oder alternativer benannter Stamm.
- Baseline-Viabilität:
Baseline-Lebendkeimzahl und Einheiten (CFU/g, CFU/Dosis oder andere) für jeden relevanten Arm extrahieren. Als nicht berichtet angeben, falls fehlend.
- Quantitatives Überleben bei Lagerung:
Finale Lebendkeimzahl, log10-Reduktion, prozentuales Überleben, Lagerungsdauer, Temperatur, Feuchtigkeit oder Wasseraktivität sowie jegliche Absterberate für jeden relevanten Arm extrahieren.
- Gastrische und intestinale Challenge-Bedingungen:
pH-Wert von simulierter Magenflüssigkeit (SGF), Expositionsdauer, Konzentration und Dauer von simulierter Darmflüssigkeit (SIF) oder Gallensalzen sowie Zähl-/Rückgewinnungsmethode extrahieren.
- Quantitatives GI-Überleben:
CFU/log10-Überleben oder prozentuales Überleben nach gastrischer und gallen-/intestinaler Exposition für jeden Arm extrahieren, unter Beibehaltung von Bedingung und Zeitpunkt.
- Ergebnis der Kokultur-Kompatibilität:
Direkte Nachweise von Inhibition, Bakteriozin-/Organische-Säuren-Effekten, Nährstoffkompetition, Verdrängung oder fehlendem Antagonismus extrahieren, einschließlich quantitativer Viabilitäts-/Hemmhof-/Wachstums-/Kolonisationsergebnisse, sofern berichtet.
- Stammspezifische klinische oder biologische Nicht-Äquivalenz:
Vergleiche benannter Stämme innerhalb einer Spezies, Indikation/Modell, Endpunkt und quantitatives Ergebnis extrahieren. Keine Äquivalenz aus der Speziesidentität ableiten.
- Feuchtigkeits-, Hilfsstoff- und Wirkstoffmechanismus:
Wasseraktivitäts- oder Feuchtigkeitsschwellenwert, Nachweise zur Hygroskopizität/Migration, Hilfsstoff oder Co-Wirkstoff sowie vorgeschlagene/direkte Mechanismen wie osmotischer Stress, Oxidation, Säurelyse oder Zellwandschädigung extrahieren.
- Versagensmechanismus:
Den von den Autoren identifizierten oder direkt gestützten Versagensmechanismus angeben. Direkt gemessene Mechanismen von plausiblen Interpretationen unterscheiden.
- Evidenzanwendbarkeits-Label:
Klassifizieren als direkte kommerzielle Evidenz; formulierungsübertragbare Prototyp-Evidenz; oder biologisch informative, aber indirekte Evidenz, mit einer kurzen Begründung.
- Wesentliche Limitationen:
Limitationen bezüglich Übertragbarkeit, Stammidentifizierung, Assay-Methode, Vergleichbarkeit oder Schlussfolgerung extrahieren.
- Stammdetails:
Genaue Stammbezeichnungen und Details zu Mehrstammformulierungen für alle probiotischen Stämme extrahieren, die in nicht physisch getrennten Kombinationen untersucht wurden, einschließlich:
- Vollständige Stammnamen mit Kulturensammlungsnummern/kommerziellen Bezeichnungen
- Anzahl der Stämme in Kombination (muss ≥2 sein)
- Stammverhältnisse oder CFU-Anteile, falls berichtet
- Angabe, ob es sich um Kombinationen derselben Spezies oder speziesübergreifende Kombinationen handelt
- Jegliche verwendete stammspezifische Markierungs- oder Identifikationsmethoden
- Biologische Interaktionen:
Nachweise biologischer Interaktionen zwischen koformulierten probiotischen Stämmen extrahieren, die Viabilität, Rückgewinnung, Kolonisation oder Wirksamkeit beeinflussen, einschließlich:
- Direkter Antagonismus, Kompetition oder Bakteriozinproduktion zwischen Stämmen
- Unterschiedliche Überlebensraten zwischen Stämmen in derselben Formulierung
- Stammspezifische pH-, Metaboliten- oder Wachstumsfaktoreffekte
- Kreuzschutz oder synergistische Effekte zwischen Stämmen
- Jegliche mechanistischen Erklärungen für Stamm-Stamm-Interaktionen
- Vergleich mit Einzelstamm-Kontrollen, sofern verfügbar
- Formulierungsfaktoren:
Formulierungs- und Herstellungsmerkmale extrahieren, die auf ihre Auswirkungen auf die Stabilität und Viabilität von Mehrstammprobiotika getestet wurden, einschließlich:
- Hilfsstoffe, Schutzsubstanzen und Matrixmaterialien (spezifische Namen und Konzentrationen)
- Feuchtigkeitsgehalt, Wasseraktivitätswerte und Verpackungssysteme
- Verarbeitungsmethoden (Gefriertrocknung, Sprühtrocknung, Hitzebehandlung, Verpressung)
- Lagerbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Dauer)
- Art der Darreichungsform (Kapsel, Tablette, Sachet, Pulver, Ölsuspension)
- Jegliche verwendete Schutztechnologien oder Verabreichungssysteme
- Gastrointestinale Freisetzung:
Bedingungen der gastrointestinalen Freisetzung und Schutzmethoden extrahieren, die auf ihre Auswirkungen auf das Überleben und die Funktionalität auf Stammebene getestet wurden, einschließlich:
- Bedingungen in simulierter Magenflüssigkeit (SGF) (pH-Wert, Pepsinkonzentration, Expositionszeit)
- Bedingungen in simulierter Darm-/Gallenflüssigkeit (pH-Wert, Gallensalztyp und -konzentration, Expositionszeit)
- Magensaftresistenter Überzug oder andere Gastroprotektionsmethoden
- Sequenzielle GI-Challenge-Protokolle
- Vergleich zwischen geschützter vs. ungeschützter Verabreichung
- Jegliche In-vivo-GI-Transit- oder Kolonisationsstudien
- Ergebnisse auf Stammebene:
Stammaufgelöste Endpunktmessungen für Viabilität, Rückgewinnung, Kolonisationskapazität und klinische Wirksamkeit in Mehrstammformulierungen extrahieren, einschließlich:
- Stammspezifische CFU-Zahlen oder log10-CFU-Veränderungen (nicht nur Gesamtzahlen)
- Prozentuale Überlebensraten für einzelne Stämme während Verarbeitung, Lagerung oder GI-Challenge
- Rückgewinnung nach Exposition oder Stressresistenz für jeden Stamm
- Kolonisationsdaten (fäkale Rückgewinnung, Persistenz, Abundanz) nach Stamm
- Klinische Wirksamkeitsergebnisse, die bestimmten Stämmen vs. Stammkombinationen zugeschrieben werden
- Verwendete Zeitpunkte und Messmethoden
- Nachteilige Effekte:
Spezifische Faktoren extrahieren, die die Viabilität auf Stammebene, die Rückgewinnung nach Exposition, die Kolonisationskapazität oder die klinische Wirksamkeit in Mehrstamm-Probiotikaformulierungen messbar reduzierten, einschließlich:
- Welche Stämme gegenüber bestimmten Stressoren am empfindlichsten waren
- Quantitative Leistungsminderung (Fold-Change, log-Reduktion, prozentuale Abnahme)
- Schwellenwertbedingungen, unter denen die Stammleistung versagte
- Inkompatible Stammkombinationen oder Formulierungskomponenten
- Lager- oder Verarbeitungsbedingungen, die bestimmte Stämme überproportional beeinträchtigten
- Evidenz, die eine reduzierte Stammleistung mit Unterschieden im klinischen Outcome verknüpft
- Experimenteller Kontext:
Versuchsdesign und Kontextfaktoren extrahieren, die für die Interpretation der Kompatibilitäts- und Leistungsdaten von Mehrstammprobiotika erforderlich sind, einschließlich:
- Studiendesigntyp (in vitro, Tiermodell, klinische Prüfung am Menschen)
- Verwendete Kontrollgruppen (Einzelstamm, Baseline, alternative Formulierungen)
- Stichprobengrößen und Replikationsdetails
- Analytische Methoden zur Stammidentifizierung und -quantifizierung
- Kontext: kommerzielles Produkt vs. Laborprototyp
- Limitationen oder Störfaktoren, die die Interpretation stammspezifischer Effekte beeinflussen
Ergebnisse
Charakteristika der eingeschlossenen Studien
Die 60 Quellen umfassen Formulierungs-/Stabilitätsprototypen, Qualitätsbewertungen kommerzieller Produkte, In-vitro-Gastrointestinal-(GI)-Belastungsmodelle, In-vitro-Kokulturstudien sowie eine geringe Anzahl von Verabreichungsexperimenten an Tieren oder Menschen. Für alle Quellen wurden die Volltexte abgerufen. Die Studien wurden gemäß den vier im Protokoll definierten Evidenzvektoren klassifiziert: (1) Mehrstamm-Antagonismus oder kompetitiver Ausschluss, (2) Nicht-Äquivalenz von Stämmen, (3) Zerstörung durch Magensäure/Galle und Freisetzungsschutz sowie (4) Feuchtigkeit/Wasseraktivität, Hilfsstoff- und Herstellungsstabilität.
| Studie | Volltext abgerufen? | Studientyp | Primäre(r) Vektor(en) | Stammanzahl | Darreichungsform / Kontext | Evidenzanwendbarkeit |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Zárate & Nader-Macías (2006) [17] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp; In-vitro-Epitheladhäsion [17] | Feuchtigkeits-/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [17] | 3 [17] | Gefriergetrocknete Gelatinekapseln, 5 °C [17] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [17] |
| Savini et al. (2010) [18] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp [18] | Feuchtigkeits-/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität [18] | 2 [18] | Gefriergetrocknetes Pulver, Vakuumsachets [18] | Direkte kommerzielle Evidenz (Pilotmaßstab) [18] |
| Sielatycka et al. (2023) [1] | Ja | 24-monatige Stabilitätsstudie eines kommerziellen Produkts [1] | Feuchtigkeit/Wasseraktivität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen (aggregiert) [1] | 1, 2, 4 [1] | Kapseln in pharmazeutischen Blistern [1] | Direkte kommerzielle Evidenz [1] |
| Gullifa et al. (2023) [19] | Ja | Formulierung/Stabilität + SGF/SIF-Modell [19] | Magensäure/Galle; Feuchtigkeits-/Herstellungsstabilität [19] | 1 [19] | Sprühgetrocknete Eudragit-beschichtete Nutrazeutikum-Kapsel [19] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [19] |
| Kiepś et al. (2023) [20] | Ja | Formulierung/Stabilität + In-vitro-Caco-2-Adhäsion [20] | Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [20] | 3 [20] | Wirbelschichtgetrocknetes/-beschichtetes Pulver, Glasfläschchen [20] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [20] |
| Vikström et al. (2026) [3] | Ja | Stabilität eines kommerziellen Produkts [3] | Feuchtigkeit/Wasseraktivität; Verpackung [3] | 2 (gleiche Spezies) [3] | Ölsuspension in Tropfflaschen [3] | Direkte kommerzielle Evidenz [3] |
| Miao et al. (2008) [2] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp [2] | Feuchtigkeit/Wasseraktivität/Hilfsstoff; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [2] | 2 (separat getestet) [2] | Gefriergetrocknetes Pulver, Glasfläschchen [2] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [2] |
| Yavnikov (2021) [21] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp (Futtermittelzusatzstoffe) [21] | Feuchtigkeits-/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität [21] | 2 [21] | Lyophilisierte Zubereitung [21] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [21] |
| Khosroshahi et al. (2023) [22] | Ja | Formulierung/Stabilität + Vergleich von Trocknungsmethoden [22] | Herstellungsstabilität [22] | 2 (Kokultur) [22] | Elektrosprühgetrocknetes / gefriergetrocknetes Pulver [22] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [22] |
| Goderska (2012) [23] | Ja | Narrative Methodenübersicht [23] | Feuchtigkeits-/Hilfsstoff-/Herstellungsstabilität [23] | Mehrere (untersucht) [23] | Verschiedene Trockenformate untersucht [23] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [23] |
| Bustamante et al. (2025) [4] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp [4] | Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [4] | 4 (separat getestet) [4] | Sprühgetrocknetes vernetztes Alginatpulver [4] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [4] |
| Vorländer et al. (2020) [6] | Ja | Formulierungs-/Herstellungsprototyp (Hefemodell) [6] | Herstellungsstabilität (Kompression/Mahlen) [6] | 1 (S. cerevisiae-Modell) [6] | Direktverpresste Tabletten [6] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [6] |
| Thantsha et al. (2014) [7] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp (beschleunigte Haltbarkeit) [7] | Feuchtigkeits-/Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [7] | 2 (separat getestet) [7] | Freies Mikropartikelpulver, Glasfläschchen, 30 °C [7] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [7] |
| Benavent-Gil et al. (2018) [24] | Ja | Formulierungs-/Stabilitätsprototyp; thermische Belastung [24] | Herstellungsstabilität [24] | 1 [24] | Gefriergetrocknete Stärkemikrokapseln [24] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [24] |
| Trimudita & Djaenudin (2021) [25] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; Alginat-Chitosan-Verkapselung [25] | Magensäure-/Galle-Freisetzungsschutz [25] | 1 [25] | Extrudierte Alginat-Chitosan-Beads [25] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [25] |
| Ding & Shah (2007) [26] | Ja | In-vitro-Säure-/Galle-/Hitzetoleranz; Milchprotein-Verkapselung [26] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [26] | 2 (separat getestet) [26] | Milchproteinkapseln; gefriergetrocknet [26] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [26] |
| Caballero-Pérez et al. (2023) [27] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; sprühgetrocknete Mischkultur-Mikrokapseln [27] | Magensäure/Galle; Mehrstamm-Antagonismus [27] | 3 (koformuliert) [27] | Sprühgetrocknete Pulvermikrokapseln [27] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [27] |
| Del Piano et al. (2011) [28] | Ja | Humane Crossover-RCT + In-vitro-GI-Überleben [28] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [28] | 2 (koverabreicht) [28] | Lipid-mikroverkapselte vs. unbeschichtete Kapsel [28] | Direkte kommerzielle Evidenz [28] |
| Chen et al. (2005) [29] | Ja | Formulierung/Stabilität + SGF/SIF-Modell [29] | Magensäure/Galle; Feuchtigkeits-/Hilfsstoffstabilität [29] | 4 (koverkapselt) [29] | Extrudierte Alginat-Präbiotikum-Beads, 4 °C [29] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [29] |
| Kang et al. (2013) [30] | Ja | Formulierung/Stabilität + SGF/SIF-Modell [30] | Magensäure/Galle; Herstellungsstabilität [30] | 4 (zusammen gemischt) [30] | Doppelt beschichtete Peptid-Polysaccharid-Mischung [30] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [30] |
| Astutiningrum et al. (2020) [31] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; sprühgetrocknete Mikrokapseln [31] | Magensäure/Galle [31] | 3 (koverkapselt) [31] | Sprühgetrocknete Magermilch-Maltodextrin-Mikrokapseln [31] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [31] |
| Abd Rabo et al. (2007) [32] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; frei vs. alginatverkapselt [32] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [32] | 6 (separat getestet) [32] | Natriumalginat-Bead-Verkapselung [32] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [32] |
| D'Orazio et al. (2015) [33] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell + HT-29-Zelllinie; Chitosan-Alginat-Kapseln [33] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [33] | 3 (einzeln und als 1:1:1-Mischung) [33] | Chitosan-Alginat-Mikrokapseln, 4 °C [33] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [33] |
| Anselmo et al. (2016) [34] | Ja | SGF/SIF + Ex-vivo-Schweinedarm + Maus-Gavage [34] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Kolonisation [34] | 1 (B. coagulans) [34] | Layer-by-Layer-Chitosan/Alginat-Beschichtung [34] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [34] |
| Afzaal et al. (2019) [35] | Ja | SGF/SIF + Joghurtlagerung [35] | Magensäure/Galle; Feuchtigkeits-/Lagerstabilität [35] | 1 [35] | Alginat-/Carrageen-Beads in Joghurt [35] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [35] |
| Govaert et al. (2024) [11] | Ja | Qualität kommerzieller Produkte; SHIME + CoaP-Fermentation [11] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [11] | 4, 2, 9, 7 Stämme über vier Produkte [11] | Flüssigkeit, Pulver, Standardkapsel, Kapsel mit verzögerter Freisetzung [11] | Direkte kommerzielle Evidenz [11] |
| Afzaal et al. (2020) [36] | Ja | SGF/SIF + thermische Belastung + gekühlte Lagerung [36] | Magensäure/Galle; Herstellungsstabilität [36] | 1 [36] | Hydrogel-Mikrobeads (Alginat/Carrageen) [36] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [36] |
| Jiménez-Pranteda et al. (2012) [37] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; mikrobielle Polymerverkapselung [37] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [37] | 2 (separat getestet) [37] | Xanthan-/Gellan- oder Jamilan-/Gellan-Beads [37] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [37] |
| Venema et al. (2019) [12] | Ja | Dynamisches TIM-1-Magen-Dünndarm-Modell; kommerzielle BION3-Tablette [12] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [12] | 3 (L. gasseri + 2 Bifidobacterium) [12] | Magensaftresistente Mehrschichttablette [12] | Direkte kommerzielle Evidenz [12] |
| Gunzburg et al. (2020) [9] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell + Nacktmaus-Gavage [9] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Kolonisation [9] | 5 Bakterien + 1 Hefe (separat getestet) [9] | Gefriergetrocknete Cellulosesulfat-(CS)-Mikrosphären [9] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [9] |
| Samedi & Charles (2019) [38] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell + Joghurtlagerung [38] | Magensäure/Galle; Feuchtigkeits-/Lagerstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [38] | 4 (separat getestet) [38] | Gefriergetrocknete Pfeilwurz-/Maltodextrin-Beads in Joghurt [38] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [38] |
| Vitsou-Anastasiou et al. (2025) [39] | Ja | Formulierung eines kommerziellen Produkts + SGF/SIF-Modell; Orangensaft [39] | Magensäure/Galle; Mehrstamm-Antagonismus (gg. Pathogen) [39] | 2 (koverkapselter Cocktail) [39] | WPI-Gummi-arabicum-Koazervat in Orangensaft [39] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [39] |
| Gunzburg et al. (2020a) [40] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell + Nacktmaus-Gavage [40] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz [40] | 5+ Stämme (separat getestet) [40] | Gefriergetrocknete CS-Mikrosphären [40] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [40] |
| Bernatek et al. (2022) [41] | Ja | Qualität kommerzieller Produkte; SGF/SIF-Modell [41] | Magensäure/Galle; Freisetzungsschutz; Mehrstamm-Antagonismus [41] | 1, 7, 1, 8, 9 Stämme über fünf Produkte [41] | Kommerzielle Kapseln (magensaftresistent vs. regulär) [41] | Direkte kommerzielle Evidenz [41] |
| Anonymous (2021) [42] | Ja | Formulierung/Stabilität + SGF/SIF-Modell; Joghurt [42] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen; Lagerstabilität [42] | 2 (in Joghurt koformuliert) [42] | Alginat-Chitosan-Eudragit-Beads in Joghurt [42] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [42] |
| Fijan et al. (2018) [43] | Ja | Qualität kommerzieller Produkte; In-vitro-Agar-/Milch-Kokultur [43] | Mehrstamm-Antagonismus; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [43] | SSPs (jeweils 1 Stamm) und MSPs (3–9 Stämme) [43] | Kommerzielle Nahrungsergänzungsmittel [43] | Direkte kommerzielle Evidenz (nur In-vitro-Antagonismus) [43] |
| Campana et al. (2017) [15] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell + Caco-2-Invasions-Assay [15] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen; Mehrstamm-Kombinationseffekte [15] | 7 (kommerzielle WincloveTravel-Stämme) [15] | Lyophilisierte Stämme aus kommerzieller Formulierung [15] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [15] |
| Puvanasundram et al. (2022) [44] | Ja | In-vitro-Kokultur + Antagonismus-Screening [44] | Mehrstamm-Antagonismus; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [44] | MSP1: 3 Stämme; MSP2: 3 Stämme (Aquakultur) [44] | Flüssige Kokulturmischungen [44] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [44] |
| Malfa et al. (2023) [45] | Ja | In-vitro-3D-Epithelkokultur (vaginal/Blase) [45] | Mehrstamm-Antagonismus; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [45] | 3 (SynBalance Femme) [45] | Gefriergetrocknetes kommerzielles Pulver [45] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [45] |
| Wende et al. (2025) [46] | Ja | In-vitro/ex-vivo + Maus-Kolonisationsmodell [46] | Mehrstamm-Antagonismus; Kolonisation; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [46] | 2 kommensale Kandidaten + MDR-Ziele [46] | Bakterielle Suspension durch orale Gavage [46] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [46] |
| Forssten & Ouwehand (2017) [47] | Ja | In-vitro-Modell des simulierten Kolons (qPCR) [47] | Mehrstamm-Antagonismus (Nullbefund) [47] | 4 (HOWARU Restore + Einzelstamm-Arme) [47] | Gefriergetrocknete Kulturen (HOWARU Restore) [47] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [47] |
| Menconi et al. (2014) [48] | Ja | Qualität/Charakterisierung eines kommerziellen Produkts (FloraMax-B11) [48] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [48] | 2 LAB-Isolate [48] | Kommerzielle probiotische Kultur [48] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [48] |
| Bubnov et al. (2018) [14] | Ja | In-vitro-GI-Belastung + Adhäsions-Screening [14] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [14] | 8 (separat getestet) [14] | Gefriergetrocknete Stämme [14] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [14] |
| MacPherson et al. (2017) [49] | Ja | In-vitro-HT-29-Zellbelastung (Transkriptomik) [49] | Nicht-Äquivalenz von Stämmen; Mehrstamm-Immunmodulation [49] | 3 (20:20:60-Mischung) [49] | Industrielle lyophilisierte Pulver, Labormischung [49] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [49] |
| Knysh et al. (2023) [50] | Ja | In-vitro-Agar-Kokultivierung; Bacillus spp. [50] | Mehrstamm-Antagonismus; Kolonisation (Motilität) [50] | 3 Spezies (kommerzielle Quelle) [50] | Sporensuspensionen aus kommerziellen Produkten [50] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [50] |
| Kimelman & Shemesh (2019) [51] | Ja | In-vitro-Dual-Spezies-Biofilm + SGF/SIF-Modell [51] | Mehrstamm (B. subtilis-ECM-Schutz); Nicht-Äquivalenz von Stämmen [51] | 3 LAB + B. subtilis (Dual-Spezies-Paare) [51] | Bio-beschichtete getrocknete/gefriergetrocknete Kulturen [51] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [51] |
| Tran et al. (2025) [52] | Ja | In-vitro-Kokultur + Metabolitenstabilität [52] | Mehrstamm-Antagonismus (synergistisches Wachstum, antimikrobieller Extrakt) [52] | 3 B. amyloliquefaciens (Kokultur) [52] | Laborfermentationskulturen [52] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [52] |
| Sipahi (2021) [53] | Ja | Qualität kommerzieller Produkte; In-vitro-Antagonismus [53] | Mehrstamm-Antagonismus [53] | 11 Stämme (kommerzielles Nahrungsergänzungsmittel) [53] | Kommerzielle lyophilisierte Kapsel mit Haferfaser [53] | Direkte kommerzielle Evidenz (nur Antagonismus-Assay) [53] |
| Piatek et al. (2020) [16] | Ja | Qualität kommerzieller Produkte; In-vitro-Agar-Hemmung [16] | Mehrstamm-Antagonismus (gg. Pathogene) [16] | 1, 1, 1, 3, 9 Stämme über fünf Produkte [16] | Kommerzielle Produkte einschließlich Multilac Baby Synbiotikum [16] | Direkte kommerzielle Evidenz (Antagonismus-Assay) [16] |
| Reddy (2024) [13] | Ja | In-vitro-Mischkulturkompatibilität (serielle Übertragung) [13] | Mehrstamm-Antagonismus/kompetitiver Ausschluss [13] | Bis zu 8 Stämme (Lactococcus, Streptococcus etc.) [13] | Flüssigkulturen in rekonstituierter Milch [13] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [13] |
| Saracino et al. (2020) [54] | Ja | In-vitro-Antagonismus (gg. H. pylori) [54] | Mehrstamm-Antagonismus; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [54] | 5 (separat getestet) [54] | Lyophilisierte Laborkulturen [54] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [54] |
| Salar-Behzadi et al. (2010) [5] | Ja | In-vitro-Hitzestressmodell (Sprühtrocknungskontext) [5] | Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [5] | 2 (separat getestet) [5] | Sprühtrocknungs-Stabilisierungskontext [5] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [5] |
| Cai et al. (2023) [55] | Ja | In-vitro-Kokultur + SGF/SIF + Joghurtlagerung [55] | Mehrstamm-Kompatibilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen; GI-Freisetzung [55] | 3 (LAB-Kokultur in Joghurt) [55] | Stichfester Joghurt-Prototyp [55] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [55] |
| Abd-Talib et al. (2013) [8] | Ja | Formulierung/Stabilität; Sprühtrocknung + 2-wöchige Lagerung [8] | Herstellungsstabilität; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [8] | 4 (separat getestet) [8] | Sprühgetrocknetes Tierfutterpulver [8] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [8] |
| Ding & Shah (2009) [56] | Ja | Formulierung/Stabilität + SGF/SIF + HT-29-Adhäsion [56] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen; Herstellungsstabilität [56] | 5 (separat getestet) [56] | Seidenfibroin-beschichtetes gefriergetrocknetes Pulver [56] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [56] |
| Ross et al. (2008) [57] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; Calciumalginat-Verkapselung [57] | Magensäure/Galle; Herstellungsstabilität [57] | Nicht näher spezifizierte LAB aus Schweinekot [57] | Calciumalginat-Mikrokapseln [57] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [57] |
| Ansari et al. (2017) [10] | Ja | SGF/SIF-GI-Modell; doppelt beschichtete Alginat-Chitosan-Eudragit-Beads [10] | Magensäure/Galle; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [10] | 2 (separat getestet) [10] | Mit Eudragit-S100-Nanopartikeln doppelt beschichtete Beads [10] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [10] |
| Strashnova et al. (2022) [58] | Ja | In-vitro-Kokulturkompatibilität; Lactobacillus spp. [58] | Mehrstamm-Antagonismus; Nicht-Äquivalenz von Stämmen [58] | 3 (Lactobacillus spp. 175, M2, M3) [58] | Labor-Flüssigkulturmischungen [58] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [58] |
| Golić et al. (2017) [59] | Ja | In-vitro-Antagonismus + Caco-2-Immunmodulation + tierexperimentelle Feldstudie [59] | Mehrstamm-Antagonismus; Kolonisation [59] | 3 (L. helveticus + L. fermentum + S. thermophilus) [59] | Flüssige Mischkultur (50 mL täglich für Ziegen) [59] | Formulierungsübertragbarer Prototyp [59] |
| Rutter et al. (2024) [60] | Ja | In-vitro-Bakteriozin-Sekretionsplattform; gentechnisch verändertes eLBP [60] | Mehrstamm-Antagonismus; kompetitiver Ausschluss [60] | Gentechnisch verändertes E. coli + E. faecalis/faecium-Targets [60] | BHI-Laborkulturen (keine kommerzielle Darreichungsform) [60] | Biologisch aussagekräftig, aber indirekt [60] |
Die Studien lassen sich in drei übergeordnete Anwendbarkeitsstufen einteilen. Vierzehn Quellen liefern direkte kommerzielle Evidenz, indem sie entweder vermarktete Produkte oder Zubereitungen im Pilotmaßstab untersuchen, die kommerzielle Darreichungsformen eng nachbilden [1, 3, 11, 12, 16, 18, 28, 41, 43, 53]. Neunundzwanzig Quellen liefern Evidenz zu formulierungsübertragbaren Prototypen und stellen quantitative Daten zu Überlebensraten, Hilfsstoffeffekten sowie Ergebnissen von GI-Belastungstests aus Laborzubereitungen bereit, deren Design ausreichend spezifisch ist, um die kommerzielle Herstellung zu unterstützen [2, 4, 6–8, 10, 13, 17, 19–22, 24–27, 29–31, 33–39, 42, 51, 55, 57, 59]. Die verbleibenden siebzehn Quellen sind biologisch aussagekräftig, aber indirekt; sie umfassen mechanistische Kokulturstudien, narrative Übersichtsarbeiten und reine Antagonismus-Screenings, denen der für eine direkte Übertragung erforderliche Darreichungsform-Kontext fehlt [5, 14, 15, 23, 40, 44–50, 52, 54, 56, 58, 60].
Eine entscheidende übergreifende Limitation ist der Mangel an Studien, die alle vier geforderten Vektoren – Viabilität auf Stammebene, Überleben bei der GI-Freisetzung, Mehrstamm-Interaktion und klinisches Ergebnis – gleichzeitig innerhalb desselben experimentellen Systems auflösen. Die meisten Quellen optimieren eine Variable, während sie andere konstant halten, was eine Triangulation über mehrere Studien hinweg erforderlich macht, um schlussfolgernde Synthesen zu ziehen.
Thematische Analyse
Thema 1: Feuchtigkeit, Wasseraktivität und Verpackung als primäre Treiber des Viabilitätsverlusts während der Lagerungsphase
Die Feuchtigkeitsakkumulation ist der am konsistentesten dokumentierte Fehlermechanismus bei kommerziellen und prototypischen trockenen Probiotika-Formaten. Die 24-monatige kommerzielle Stabilitätsstudie von Sielatycka et al. (2023) quantifizierte sinkende Zahlen aktiver Fluoreszenzeinheiten (AFU) in Blister-Kapseln, die bei 25 °C/60% RH gelagert wurden, mit Verlusten von 0.12 log10 AFU/g beim Einzelstammprodukt, 0.16 log10 AFU/g beim Zweistammprodukt und 0.26 log10 AFU/g beim Vierstammprodukt, während die Wasseraktivität (aw) anstieg, jedoch durchgehend unter 0.15 blieb [1]. Die bei allen drei Produkten beobachtete monotone inverse Beziehung zwischen aw und AFU unterstreicht die mechanistische Primärbedeutung des Feuchtigkeitseintrags [1].
Die Ölsuspensionsstudie von Vikström et al. (2026) bekräftigt diese Schlussfolgerung in einem grundlegend anderen Format. Ohne Trockenmittelstreifen korrelierte der Wassergehalt in Glasfläschchen-Präparationen von L. reuteri DSM 17938 stark negativ mit den CFU (Pearson r = −0.9798, p < 0.0001), und das trockenmittelfreie EasyDropper-Produkt, das eine 1:1-Mischung aus DSM 17938 und BG-R46® enthielt, fiel bereits nach sechs Monaten unter die Qualitätsspezifikation, während trockenmittelgeschützte Chargen bei 25 °C für mindestens 24 Monate lebensfähig blieben [3]. Die durchschnittlichen log-CFU-Verluste beliefen sich auf 0.4 (mit Trockenmittel) gegenüber 1.1 (ohne Trockenmittel) im Einzelstamm-Glasflaschenformat und 0.2 gegenüber 0.8 im Tropfer-Format mit Mischstämmen [3].
Miao et al. (2008) verfolgten den Mechanismus auf molekularer Ebene und zeigten, dass gefriergetrocknete Pulver, die bei über 11.4% relativem Dampfdruck (RVP) gelagert wurden, eine Matrixkristallisation, eine Absenkung der Glasübergangstemperatur (Tg) und einen Kollaps erlitten, was jeweils zu katastrophalen Viabilitätsverlusten führte. Bei 44.1% RVP fiel die Überlebensrate von sowohl L. paracasei NFBC 338 als auch L. rhamnosus GG in rekonstituierter Magermilch (RSM) auf ca. 0.02%, während die entsprechenden Werte bei 11.4% RVP bei 22.0% bzw. 65.4% lagen [2]. Disaccharid-Schutzstoffe (Trehalose und Lactose + Maltose) verzögerten die Kristallisation und erhielten eine Überlebensrate von 95.5–100% bei 11.4% RVP aufrecht [2]. Thantsha et al. (2014) bestätigten den aw-Schwellenwerteffekt: Die größten Viabilitätsverluste bei PVP:PVAc-CA-verkapselten Bifidobakterien-Pulvern traten in den Wochen 3–5 der Lagerung bei 30 °C auf, als die aw Höchstwerte erreichte (Werte von 0.25 bis 0.43, Mittelwert 0.34) [7].
Die Integrität des Verpackungssystems moduliert direkt den aw-Eintrag. Die Blister von Sielatycka et al. wiesen eine Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (WVTR) von lediglich 0.11 g/m²·d auf, dennoch stieg die aw über 24 Monate messbar an [1]. Die Glasflaschen von Vikström et al. hatten eine Primärverpackungs-MVTR von 0.002 g/Jahr, ließen jedoch ohne aktive Trocknung dennoch ausreichend Feuchtigkeit eintreten, um einen messbaren Viabilitätsverlust herbeizuführen [3]. Dieser Befund deutet auf eine hygroskopische Migration aus den gefriergetrockneten Bakterienzellen selbst hin – ein postulierter Mechanismus der Wasserbildung durch Maillard-Reaktionen –, die eine interne Feuchtigkeitsquelle darstellt, welche durch passive Verpackung allein nicht vollständig unterdrückt werden kann [3].
Die Wahl der Hilfsstoffe modifiziert die Feuchtigkeitskinetik. In der Pilotstudie von Savini et al. (2010) bot Glycerin (ein penetrierender Polyalkohol) den besten Schutz bei Raumtemperatur, während die oligosaccharidischen Präbiotika bei Raumtemperatur gegenüber teilentrahmter Milch (SSM) keine besseren Ergebnisse erzielten, wenngleich alle Schutzstoffe bei 4 °C gleichwertig waren [18]. Yavnikov (2021) stellte fest, dass 10% Magermilch mit 2% SiO2 eine Überlebensrate nach der Lyophilisierung von 82.48% und eine Restfeuchte von 4.93% ergab, was als optimal für die langfristige Viabilität beschrieben wurde, während Magermilch allein 81.84% und 4.40% Feuchtigkeit lieferte [21]. Die narrative Übersichtsarbeit von Goderska (2012) hebt hervor, dass Präbiotika wie Inulin und mit Oligofructose angereichertes Inulin den Feuchtigkeitsgehalt und die aw in Mikrokapseln reduzierten, obgleich Oligofructose am hygroskopischsten war, was den Trade-off zwischen Kohlenstoffquellen-Nutzen und Feuchtigkeitsrisiko verdeutlicht [23].
Die Lagertemperatur übt einen großen, stammdifferenzierten Effekt aus, der in der Studie von Bustamante et al. (2025) zu sprühgetrockneten Mehrstamm-Formulierungen am detailliertesten dokumentiert ist. Während B. longum bei 37 °C nach 21 Tagen in allen Formulierungen über 6.81 log CFU/g blieb, fiel L. rhamnosus bei 25 °C bis Tag 45 unter 6 log CFU/g und bis Tag 90 unter 2.2 log CFU/g [4]. Die Zerfallskonstanten erster Ordnung bei 4 °C reichten von 0.003 day⁻¹ für B. longum bis 0.010 day⁻¹ für B. infantis [4]. Die Studie identifizierte L. rhamnosus als intrinsisch weniger resistent gegenüber hohen Temperaturen und Umgebungen mit niedriger Luftfeuchtigkeit [4].
Thema 2: Herstellungsprozesse und ihre stammspezifischen Auswirkungen auf die Viabilität
Jeder thermische und mechanische Prozessschritt geht mit Einbußen bei der Viabilität einher, und Stämme reagieren auf diese Belastungen mit deutlich unterschiedlicher Kinetik. Salar-Behzadi et al. (2010) zeigten, dass B. bifidum 12 im für die Sprühtrocknung relevanten Bereich von 60–90 °C bereits nach kürzerer Hitzeexposition maximale Membran- und Esteraseschäden aufwies als E. faecium M 74 [5]. Khosroshahi et al. (2023) quantifizierten die Differenz zwischen den Trocknungsmethoden: Elektrosprühen reduzierte die Viabilität um 0.55 log CFU/g gegenüber etwa 1.2 log CFU/g bei der Gefriertrocknung derselben gemischten L. acidophilus/L. plantarum-Fermentation, und nach 70 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur behielt das elektrosprühte Produkt 9.05 ± 0.45 log CFU/g gegenüber 7.86 ± 0.03 log CFU/g für das gefriergetrocknete Äquivalent [22].
Die Studie zur Wirbelschichttrocknung und -beschichtung von Kiepś et al. (2023) zeigt, dass prozessbedingte Membranschäden direkt mit der nachgelagerten Kolonisationskapazität verknüpft sind: Die Caco-2-Adhäsion war auf die aktive (unbeschädigte) Zellsubpopulation beschränkt, und ein Hitzeschock reduzierte diese Fraktion bei L. mesenteroides drastisch, jedoch nicht in gleichem Maße bei allen drei getesteten Stämmen [20]. Die Adhäsionsraten der getrockneten Präparationen lagen bei 8.14% für L. mesenteroides, 34.12% für E. faecium und 9.10% für C. divergens; ein Coating veränderte diese Werte stammspezifisch, indem es die Adhäsion von C. divergens von 9.10% auf 13.07% verbesserte, während es die Adhäsion von E. faecium von 34.12% auf 22.96% verringerte [20].
Für die Tablettenherstellung zeigten Vorländer et al. (2020) anhand von Backhefe als Modellorganismus, dass Kompaktierungsstress das Überleben bei unformuliertem gefriergetrocknetem Material von 19.7% bei 100 MPa auf 2.0% bei 400 MPa reduzierte. Dicalciumphosphat (DCP) führte bei 400 MPa zur geringsten Viabilität (1.4%) im Vergleich zu mikrokristalliner Cellulose (2.4%) oder Lactose (2.6%), was auf den Bruch scharfkantiger DCP-Partikel zurückgeführt wurde [6]. Die maximal erreichbare Überlebensrate über die gesamte Herstellungskette hinweg lag unter Einbeziehung von Kryoprotektoren und Hilfsstoffen bei >5%, was 6 × 10⁸ CFU g_total⁻¹ entspricht [6].
Die Sprühtrocknung ist sowohl der am besten skalierbare als auch der thermisch schädlichste Ansatz. In der Studie von Bustamante et al. (2025) bei einer Eingangstemperatur von 130 °C lag das Überleben unmittelbar nach der Sprühtrocknung zwischen 86.65 ± 3.19% (L. rhamnosus mit Leinsamenschleim) und 98.66 ± 0.19% (L. plantarum mit Chiasamenschleim) – ein Unterschied, der eher auf die intrinsische Hitzeempfindlichkeit des Stammes als auf die Zusammensetzung des Hüllmaterials an sich zurückzuführen ist [4]. Abd-Talib et al. (2013) zeigten eine noch ausgeprägtere Interaktion zwischen Stamm und Herstellungsprozess: L. plantarum B18 wies nach der Sprühtrocknung ein höheres Überleben als B13 auf, fiel jedoch nach zwei Wochen Lagerung bei Raumtemperatur auf lediglich 4 × 10² cfu/mL ab, während B13 3.0 × 10⁵ cfu/mL beibehielt [8]. Diese Inversion – hohe Verarbeitungstoleranz gepaart mit geringer Lagerstabilität – verdeutlicht, warum Einzelzeitpunkt-Bewertungen unmittelbar nach der Herstellung die langfristige Produktqualität systematisch überschätzen.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) des Coatings oder der Matrix ist ein kritischer Designparameter, der Herstellung und Lagerstabilität miteinander verknüpft. Kiepś et al. (2023) ermittelten mittels DSC Tg-Werte von 144.8 °C (Gummi arabicum), 152.6 °C (HPMC) und 147.6 °C (Schellack) für ihre Beschichtungsmaterialien, wobei HPMC-beschichtete Präparationen den besten Erhalt der Viabilität über 12 Monate zeigten [20]. Miao et al. (2008) wiesen nach, dass eine Tg-Erniedrigung unter etwa 53–56 °C durch Feuchtigkeitsaufnahme die Schwelle markiert, ab der die molekulare Mobilität ausreichend ansteigt, um einen schnellen Viabilitätsverlust zu verursachen [2].
Sauerstoff während der Lagerung ist ein häufig unterschätzter Kofaktor. Kiepś et al. (2023) zeigten, dass eine Stickstoff- oder Vakuumverpackung die Haltbarkeit unbeschichteter Proben bei 4 °C im Vergleich zur Lagerung an der Luft von 6 auf 9 Monate verlängerte [20]. Goderska (2012) beschrieb einen Fall, in dem die Lagerung unter Stickstoff für die Lagerstabilität einer durch Ultraschall-Vakuum-Sprühtrocknung hergestellten Formulierung unerlässlich war [23].
Thema 3: Zersetzung durch Magensäure und Galle – Quantitative Evidenz für eine schutzabhängige Verabreichung
Ungeschützte probiotische Zellen erleiden während der Magenpassage einen gravierenden Viabilitätsverlust. Venema et al. (2019) quantifizierten dies unter Verwendung des dynamischen TIM-1-Modells äußerst präzise: Unformuliertes probiotisches Pulver transportierte lediglich 5.3% der Bifidobakterien und 1.0% der Lactobacillus durch das Magenkompartiment, was über das gesamte Magen-Dünndarm-System weiter auf 2% bzw. 0.1% abfiel [12]. Die optimierte magensaftresistente Tablette mit 5% ethanolischem HPMC:HPC-Überzug steigerte das Magenüberleben auf 71.5% für Bifidobakterien und 52.7% für Lactobacillus – eine 13.5- bis 50-fache Verbesserung gegenüber Pulver [12]. Govaert et al. (2024) übertrugen analoge Erkenntnisse auf kommerziell erhältliche Produkte: Kapselformulierungen mit verzögerter Freisetzung erzielten 56.0 ± 15.4% Kultivierbarkeit und 51.7 ± 10.4% Viabilität am ilealen Endpunkt, während flüssige, pulverförmige sowie Standard-Kapselformulierungen allesamt unter 1% fielen [11]. Die Standardkapsel hatte sich am Magenendpunkt bereits vollständig aufgelöst, wodurch jeglicher Säureschutz vorzeitig entfiel [11].
Das quantitative Ausmaß des Schutzes ist über verschiedene Studiendesigns hinweg konsistent. In der Cellulosesulfat-Reihe von Gunzburg et al. (2020a/2020) sanken freie L. casei um ~8 Log-Stufen und S. boulardii um ~5 Log-Stufen nach nur einer Stunde in künstlichem Magensaft bei pH 2 mit Pepsin und Lysozym, wohingegen verkapselte Präparate nach vier Stunden Säureexposition plus einer Stunde Galle keinen signifikanten Einfluss auf die Viabilität zeigten [9, 40]. D'Orazio et al. (2015) zeigten, dass nicht-verkapselte Zellen durch SGJ bei pH 2.5 vollständig zerstört wurden, während Alginat-Glucose mit Chitosan-Beschichtung die anfängliche Viabilität aufrechterhielt; das Entfernen der Chitosan-Schicht führte zu Verlusten von ~2 Log-Stufen, und das Entfernen von sowohl Glucose als auch Chitosan reduzierte die Viabilität auf nicht mehr zählbare Werte [33]. Im Vergleich zwischen verkapselten und freien Zellen von Ansari et al. (2017) erlitten doppelt beschichtete Chitosan/Eudragit S100-Beads nach 120 Minuten bei pH 1.55 lediglich Reduktionen von 2.6 Log-Stufen (L. acidophilus) und 2.1 Log-Stufen (L. rhamnosus), gegenüber Verlusten von 6.7 und 6.5 Log-Stufen bei freien Zellen [10].
Die Exposition gegenüber Gallensalzen stellt einen zusätzlichen, konzentrationsabhängigen Stressor dar. Abd Rabo et al. (2007) dokumentierten, dass freie Zellen von L. helveticus Lh.B 02 bei 0.5% Gallensalzen nach 180 Minuten unter 5 log cfu/mL fielen – ein Schwellenwert, bei dem L. acidophilus La-5 weiterhin über 5 log cfu/mL verblieb, was eine erhebliche stammspezifische Gallensensitivität im selben experimentellen System verdeutlicht [32]. Jiménez-Pranteda et al. (2012) zeigten, dass freie L. rhamnosus ATCC 53103 nach nur 2 Stunden einer 3%igen Galleexposition um >3 log CFU abnahmen, während L. plantarum CRL 1815 unter denselben Bedingungen 20 Stunden lang nachweisbare Keimzahlen beibehielt [37]. Eine Verkapselung mit Xanthan:Gellan-Gummi (1%:0.75%) reduzierte die Gallenverluste bei beiden Stämmen auf ≤1 log CFU, wohingegen Jamilan:Gellan-Gummi (1%:1%) L. plantarum nicht schützen konnte – eine Inkompatibilität, die die Autoren eher auf biologische Differenzen zwischen dem Polymer und diesem Stamm als auf ein generelles Formulierungsdefizit zurückführen [37].
Das sequentielle Challenge-Protokoll, das in physiologisch realistischeren Studien eingesetzt wurde, offenbart eine wichtige Interaktion: Zellen, die das Magenkompartiment überleben, können im Duodenum zugrunde gehen, wenn sich die Beschichtung bereits aufgelöst hat [12]. Venema et al. (2019) stellten die Hypothese auf, dass eine Freisetzung bei niedrigem Magen-pH die Zellen für den nachfolgenden Stress durch hohe Gallensalz- und Pankreasenzymkonzentrationen im Duodenum konditionierte, was den überproportionalen Abfall der Überlebensrate zwischen den Messungen im Magen und im Gesamtsystem erklärt [12]. Die praktische Implikation ist, dass die Integrität der Beschichtung zum Zeitpunkt des Eintritts in das Duodenum – und nicht bloß die Säureresistenz – die letztendliche Freisetzung im Dünndarm bestimmt.
Del Piano et al. (2011), die einzige Crossover-Studie am Menschen in diesem Korpus, lieferte direkte translationale Evidenz: Lipid-mikroverkapselte LP01 und BR03, die mit 2 Milliarden CFU/Tag verabreicht wurden, erzielten eine ähnliche fäkale Kolonisationskinetik wie unbeschichtete Stämme bei einer Dosierung von 10 Milliarden CFU/Tag, was mit der geschätzten zehnfachen Steigerung des gastroduodenalen Überlebens durch Verkapselung übereinstimmt (mindestens 90% gegenüber 15–25% bei unbeschichteten Zellen) [28, 28]. Der fäkale Unterschied zwischen den Formulierungen war statistisch nicht signifikant, die Studie verfügte jedoch nicht über die statistische Power, um diesen nachzuweisen, und das Dosisungleichgewicht schränkt die Interpretation ein [28].
Die Art der Kapseltechnologie ist eine entscheidende Variable bei kommerziellen Produkten. Bernatek et al. (2022) zeigten, dass die magensaftresistente Multilac-Kapsel (9 Stämme, Zerfallszeit 60 min) nach 90 Minuten bei pH 2 lediglich 1.08 log CFU verlor, während Standardkapsel-Produkte mit 10-minütiger Zerfallszeit 3.0–3.12 log CFU verloren [41]. Die In-vitro-Agar-Antagonismusdaten derselben Studie zeigten, dass größere Hemmhöfe gegenüber E. coli, Shigella, Salmonella und C. difficile exakt mit der Stammvielfalt und der Säureschutzstrategie des Produkts korrelierten, wenngleich diese beiden Variablen konfundiert waren [41].
Thema 4: Biologische Interaktionen bei Mehrstamm-Formulierungen – Antagonismus, Kompatibilität und Konsequenzen der Ko-Formulierung
Die Frage, ob ko-formulierte Stämme biologisch interagieren und dadurch die Lebensfähigkeit, Wiederfindungsrate oder Wirksamkeit verringern, ist nur für eine kleine Untergruppe der infrage kommenden Studiendesigns empirisch beantwortet. Die meisten Studien, die mehrere Stämme testen, tun dies in physisch getrennten Studienarmen und nicht als echtes, nicht-segregiertes Gemisch; und die Mehrheit derjenigen, die echte Gemische verwenden, berichtet Ergebnisse nur auf aggregierter Ebene.
Evidenz für Kompatibilität ohne messbaren Antagonismus.
Forssten & Ouwehand (2017) nutzten ein In-vitro-Modell des simulierten Kolons mit qPCR-Quantifizierung und fanden keinen wesentlichen Unterschied bei den nachgewiesenen Stammkonzentrationen zwischen der Verabreichung von Einzelstämmen und der Vier-Stamm-Formulierung HOWARU Restore [47]. Die Daten stützen weder einen antagonistischen noch einen synergistischen Überlebenseffekt zwischen L. acidophilus NCFM, L. paracasei Lpc-37, B. lactis Bl-04 und B. lactis Bi-07 unter den Bedingungen des modellierten Kolonmilieus [47]. Zárate & Nader-Macías (2006) bestätigten in ähnlicher Weise, dass sich ihre drei vaginalen Laktobazillen im direkten Agartest „nicht gegenseitig hemmen“, was deren Kombination unterstützt [17]. Golić et al. (2017) stellten keine nachteilige Interaktion fest und hielten die Gesamtkeimzahl nach neuntägiger gekühlter Lagerung einer Drei-Stamm-Mischkultur unverändert aufrecht [59]. Kimelman & Shemesh (2019) zeigten explizit keine signifikante Hemmung zwischen B. subtilis und einer der drei ko-kultivierten LAB-Spezies [51].
Evidenz für Inkompatibilität und Stammverdrängung.
Reddy (2024) ist die Studie, die sich am direktesten mit der kompetitiven Exklusion innerhalb von Formulierungen befasst. In Reihenübertragungsexperimenten mit rekonstituierter Milch unterdrückte L. cremoris SC-2 den Stamm L. lactis SL-2 bereits nach der allerersten Übertragung vollständig bis unter die Nachweisgrenze (150 × 10⁷ SC-2 gegenüber 0 SL-2 bei einer Nachweisgrenze von 10⁷), während die Kombination SL-1/SC-1 beide Komponenten aufrechterhielt [13]. Eine Dreispezies-Lactococcus-Kombination (SL-1/SC-1/SD-1) zeigte, dass L. cremoris SC-1 bis zum zweiten Transfer aus der Kultur verschwand, während L. lactis und L. diacetylactis stabil blieben – ein Muster, das der Autor als inkompatible Formulierung einstuft [13]. Zu den vorgeschlagenen Mechanismen gehören die Nisin-Produktion durch bestimmte L. lactis-Stämme und Diplococcin durch bestimmte L. cremoris-Stämme sowie unterschiedliche Säurebildungsraten [13]. Diese Studie liefert den deutlichsten Nachweis auf Stammebene innerhalb einer Spezies, dass Kompatibilität selbst bei eng verwandten Taxa nicht garantiert ist.
Strashnova et al. (2022) identifizierten spezifische paarweise Inkompatibilitäten zwischen Lactobacillus-Stämmen aus natürlichen Quellen: O1 wirkte stark antagonistisch auf M3, und B4 zeigte einen schwachen Antagonismus gegen M2, was deren Kombination in Mehrstamm-Formulierungen verhinderte [58]. Nach dem Ausschluss inkompatibler Paare erzielten die ausgewählten Drei-Stamm-Zusammensetzungen (M2/M3/175) im Verhältnis 1:2:2 die breitesten und stärksten Pathogen-Hemmhöfe [58]. Getrennt kultivierte und anschließend gemischte Zusammensetzungen waren geringfügig antagonistisch aktiver als gemeinsam kultivierte Konsortien, was mit dem postulierten Mechanismus übereinstimmt, dass hemmende Metaboliten, die von ko-kultivierten Stämmen produziert werden, sich gegenseitig inaktivieren können [58].
Bakterieller ECM-Kreuzschutz als positive biologische Interaktion.
Kimelman & Shemesh (2019) demonstrierten, dass das B. subtilis NCIB3610-Bio-Coating von LAB durch die gemeinsame Produktion extrazellulärer Matrix das Überleben bei Desikkation und Gefriertrocknung substanziell verbesserte: Die B. subtilis-Ko-Kultur steigerte die Lebensfähigkeit von L. rhamnosus nach 20 Stunden Desikkation um ca. 3,12 log CFU/mL und nach 40 Stunden um ca. 5 log-Stufen, wohingegen derselbe Vorteil bei P. acidilactici unter Gefriertrocknung und simulierter GI-Exposition ausblieb [51]. Dies belegt, dass speziesübergreifende physikalische Interaktionen in der Matrix stark schützend wirken können, jedoch stammspezifisch und nicht universell sind [51].
Effekte von Mehrstamm-Kombinationen auf die Pathogenhemmung.
Mehrere Studien untersuchen, ob die Anzahl ko-formulierter Stämme die Pathogenhemmung verstärkt, was eher ein Surrogatparameter für die funktionelle Wirksamkeit als ein direktes Ergebnis der Lebensfähigkeit oder Wiederfindung darstellt. Piątek et al. (2020) stellten fest, dass ein Neun-Stamm-Synbiotikum (Multilac Baby mit FOS) die größten In-vitro-Hemmhöfe gegen alle fünf getesteten Pathogene erzeugte, während L. rhamnosus GG- und S. boulardii-Monostämme am schwächsten abschnitten und die Drei-Stamm-Mischung L. rhamnosus E/N/Oxy/Pen im mittleren Bereich lag [16]. Bernatek et al. (2022) berichteten von analogen Ergebnissen bei der Agar-Hemmung [41]. Fijan et al. (2018) erzielten bei der Ko-Kultivierung in Milch gegenteilige Ergebnisse: Einzelstamm-Produkte übertrafen Mehrstamm-Produkte mit mittleren E. coli-Log-Stufen-Reduktionen von 1,35 gegenüber 0,69 (p < 0,05) – eine Umkehrung, die die Autoren auf eine interspezifische Nährstoffkonkurrenz im Milchmedium zurückführen [43]. Diese Methodenabhängigkeit stellt eine kritische Einschränkung bei der Interpretation dar: Agar-basierte Assays begünstigen Mehrstamm-Produkte, während flüssige Ko-Kultur-Assays Einzelstämme begünstigen, und keine der beiden Methoden bildet die intestinalen Bedingungen akkurat ab.
Hefe-Bakterien-Antagonismus innerhalb von Ko-Formulierungen.
Caballero-Pérez et al. (2023) dokumentierten eine biologische Interaktion innerhalb von Mischungen von direkter Relevanz: Von LAB produzierte organische Säuren (Propionat, Acetat, Lactat) unterdrückten das Wachstum von S. boulardii während der Inkubation in präbiotischer Nährbouillon progressiv, was zu Präbiotika-Test-Keimzahlen von 6,994 log CFU/mL für S. boulardii gegenüber 9,664 bzw. 9,129 für L. rhamnosus und L. plantarum führte (p = 0,000) [27]. Diese Konzentrationsdifferenz zeigte sich bei der 4-stündigen SGF- oder SIF-Exposition nicht, was darauf hindeutet, dass der Antagonismus zeitabhängig und kohlenstoffquellenvermittelt ist und nicht pH-Wert-vermittelt [27].
Differenzielles Überleben ko-formulierter Stämme auf GI-Ebene.
Govaert et al. (2024) ist die einzige Studie zu einem kommerziellen Produkt, die das Überleben nach Gattung innerhalb einer nicht-segregierten Mehrstamm-Kapsel mit verzögerter Freisetzung unter simulierter oberer GI-Passage aufschlüsselt: Bifidobacterium spp. erreichten am ilealen Endpunkt eine Kultivierbarkeit von lediglich 4,76 × 10⁹ ± 5,13 × 10⁸ CFU/Reaktor und 1,62 × 10⁹ lebensfähige 16S rRNA-Kopien/Reaktor, während Lactobacillus spp. 2,92 × 10¹⁰ ± 9,05 × 10⁹ CFU/Reaktor und 1,07 × 10¹¹ Kopien/Reaktor erzielten – ein je nach Messgröße 6- bis 66-facher Unterschied [11]. Eine Ko-Supplementierung mit GOS oder FOS beeinflusste die nachgewiesene Bifidobacterium-OTU negativ, nicht jedoch die Lactobacillus-OTU; eine Interaktion, die die Autoren eher auf eine Veränderung des Kolonmilieus als auf einen direkten Probiotikum-Präbiotikum-Antagonismus zurückführen [11].
In ähnlicher Weise führte die kommerziell hergestellte Drei-Stamm-Tablette BION3 in Venema et al. (2019) zu unterschiedlichen Überlebensraten im Gesamtsystem für die gepoolten Bifidobakterien (13,5 % ältere Menschen, 7,3 % Erwachsene) gegenüber L. gasseri (7,5 % ältere Menschen, 9,6 % Erwachsene), wenngleich die beiden Bifidobacterium-Stämme auf Plattenebene nicht differenziert werden konnten [12]. In der Studie zu kommerziellen Kapseln von Sielatycka et al. (2023) zeigte das Vier-Stamm-Produkt über 24 Monate einen aggregierten Rückgang von 0,26 log10 AFU/g, was die Verluste der Einzel- und Zwei-Stamm-Produkte von 0,12 und 0,16 log10 überstieg; die Beiträge der einzelnen Stämme konnten jedoch nicht aufgeschlüsselt werden, da die durchflusszytometrische Methode nicht zwischen den enthaltenen Stämmen unterscheidet [1].
Thema 5: Stamm-Nichtäquivalenz als allgegenwärtiges und untercharakterisiertes Risiko
Über alle experimentellen Domänen hinweg – Lagerung, Herstellung, GI-Exposition und Kolonisations-Proxys – zeigen die Daten konsistent, dass phänotypisch identische Bezeichnungen auf Speziesebene erhebliche quantitative Leistungsunterschiede zwischen benannten Stämmen verbergen.
Im Lagerungsexperiment mit gefriergetrocknetem RSM von Miao et al. (2008) überlebte L. rhamnosus GG nach 38 Tagen zu 65.4% bei 11.4% RVP, während L. paracasei NFBC 338 unter identischen Bedingungen nur zu 22.0% überlebte [2]. Im Hitzestresstest von Ding & Shah (2007) war L. salivarius W13 sowohl gegenüber Galle (37.2% gegenüber 35.6% Überleben bei 0.3% Oxgall) als auch gegenüber Hitze (65°C, 75°C) resistenter als L. reuteri LRT18 [26]. Im sequenziellen GI-Modell von Campana et al. (2017) zeigte B. bifidum W23 während der gesamten simulierten GI-Passage lediglich einen zweifachen CFU-Rückgang gegenüber dem Ausgangswert, während L. acidophilus W37, L. salivarius W24 und L. rhamnosus W71 die simulierten Dünndarmbedingungen überhaupt nicht überleben konnten [15].
Die vielleicht drastischste Veranschaulichung einer Nichtäquivalenz innerhalb derselben Gattung stammt von Bubnov et al. (2018): Die sequenzielle Exposition gegenüber 2% Magensaft, 1% Galle und 1% Pankreatin führte bei L. acidophilus IMV B-7279 zu einer kombinierten Überlebensrate von 96.96%, während L. plantarum LM VK7 unter identischen Bedingungen nur zu 49.25% und L. rhamnosus LB-3 VK6 zu 50.00% überlebten [14]. Die In-vitro-Adhäsion (AIM) reichte von 2.14 ± 0.34 für L. plantarum VK7 bis 7.81 ± 0.86 für L. casei IMV B-7280, was einem 3.6-fachen Unterschied entspricht [14].
In sprühgetrockneten Formulierungen quantifizierten Bustamante et al. (2025) die Hierarchie der Lagerungsanfälligkeit: L. rhamnosus ATCC53103 war bei 25 °C (unter 6 log CFU/g an Tag 45) und bei 37 °C (unter 6 log CFU/g an Tag 21) am anfälligsten, während B. longum ATCC15707 bei 37 °C für alle Formulierungen an Tag 21 über 6.81 log CFU/g blieb [4]. Die Zerfallskonstanten erster Ordnung bei 4 °C reichten von k = 0.003 day⁻¹ für B. longum bis k = 0.010 day⁻¹ für B. infantis, was einem dreifachen Unterschied bei der langfristigen Kühllagerstabilität entspricht [4].
Thantsha et al. (2014) zeigten, dass die Verkapselung für B. longum Bb46 über 12 Wochen bei 30 °C einen Überlebensvorteil von 6 log c.f.u./g brachte, für B. lactis Bb12 jedoch nur einen Vorteil von 3.3 log, da Bb12 intrinsisch stabiler war [7]. Daraus folgt, dass der absolute Nutzen der Verkapselung umgekehrt proportional zur intrinsischen Stammrobustheit ist – ein entscheidender Faktor bei der Auswahl der Stämme, die in einer Mischformulierung enthalten sein und geschützt werden sollen.
Die In-vitro-Antagonismusstudie zu H. pylori von Saracino et al. (2020) liefert den deutlichsten Kontrast hinsichtlich der Wirksamkeit auf Stammebene innerhalb von Spezies: L. casei, L. paracasei und L. acidophilus inhibierten jeweils 100% von 57 klinischen H. pylori-Isolaten, B. lactis inhibierte 89.5% und S. thermophilus inhibierte lediglich 18% [54]. Obwohl es sich hierbei nicht um Vergleiche namentlich benannter Stämme innerhalb derselben Spezies handelt, veranschaulichen die Daten, dass Bezeichnungen auf Speziesebene klinisch relevante Leistungsunterschiede verschleiern.
Auf Intraspezies-Ebene zeigten Piątek et al. (2020), dass L. reuteri DSM 17938 gegen alle fünf getesteten Pathogene signifikant größere Hemmhöfe erzeugte als L. rhamnosus GG (ungefähr 8.0 gegenüber 4.7 mm bei E. coli EPEC, 9.7 gegenüber 4.3 mm bei K. pneumoniae) [16]. Diese quantitative Nichtäquivalenz innerhalb derselben Gattung und sogar derselben Spezies (L. rhamnosus GG versus L. rhamnosus E/N, Oxy, Pen) hat direkte Auswirkungen auf die Evidenzbasis klinischer Wirksamkeitsaussagen, die für einen Stamm getroffen, aber auf einen anderen übertragen werden.
MacPherson et al. (2017) demonstrieren einen genomischen Mechanismus: Jeder der drei Stämme in ihrer Mischung (L. helveticus R0052, B. longum subsp. infantis R0033, B. bifidum R0071) bewirkte eine einzigartige, nicht überlappende transkriptionelle Modulation in HT-29-Zellen, und die probiotische Kombination modulierte lediglich 131 Gene gegenüber 467 (R0033), 367 (R0052) und 293 (R0071) bei den einzelnen Stämmen [49]. Diese synergistische Reduktion der inflammatorischen Genexpression verdeutlicht, dass Mehrstamm-Kombinationen qualitativ andere biologische Ergebnisse erzielen können als jeder einzelne enthaltene Stamm für sich allein; der Mechanismus ist jedoch spezifisch für diese drei Stämme im getesteten Verhältnis und lässt sich ohne unabhängige Tests nicht auf andere Kombinationen verallgemeinern.
Synthese
Harmonisierung heterogener Erkenntnisse über die vier Vektoren hinweg
Vektor 1: Feuchtigkeits-/Herstellungsstabilität – Hohe Evidenz, quantitative Schwellenwerte etabliert
Die Evidenzlage bezüglich des Feuchtigkeitseinflusses ist bemerkenswert konsistent. Der protektive Schwellenwert von aw < 0.15 für gefriergetrocknete kommerzielle Kapseln (Sielatycka et al., 2023) [1] und der kritische RVP-Bereich von 0–11.4% für gefriergetrocknete Pulver (Miao et al., 2008) [2] stimmen gut mit dem mechanistischen Tg-Konzept überein: Unterhalb dieser Feuchtigkeitsgrenzen wird die molekulare Mobilität unterdrückt und die Viabilität erhalten. Darüber beschleunigen Matrixkristallisation und Matrixkollaps die Inaktivierung. Die Desiccant-Strip-Studie von Vikström et al. (2026) liefert den stärksten Kausalitätsnachweis, da sie die Feuchtigkeitsvariable in einer kommerziell formulierten Ölsuspension direkt manipuliert und den daraus resultierenden Viabilitätsverlauf misst [3]. Die Erkenntnis, dass eine rein passive Verpackung (MVTR 0.002 g/year) ohne aktive Trocknung nicht ausreicht, um einen Viabilitätsverlust bei 25 °C/60% RH zu verhindern, deutet darauf hin, dass die branchenweite Annahme, eine versiegelte Verpackung sei adäquat, für zumindest einige Formulierungen unzutreffend ist.
Divergenzen zwischen den Studien zeigen sich bei der Wahl des optimalen Hilfsstoffs. Glycerin übertraf andere Schutzstoffe bei Raumtemperatur (Savini et al., 2010) [18], während Trehalose sowie Lactose + Maltose in den von Miao et al. (2008) untersuchten gefriergetrockneten Pulversystemen überlegen waren [2]. Dieser scheinbare Widerspruch lässt sich entlang der Unterscheidung zwischen penetrierenden (Glycerin) und nicht-penetrierenden (Zucker) Agenzien auflösen: Glycerin bietet einen zellmembranären Schutz, der mediumunabhängig und somit bei variabler Restfeuchte überlegen ist, während der Glasmatrix-Mechanismus der Trehalose bei sehr niedrigem RVP optimal wirkt. Beide Befunde sind folglich eher komplementär als widersprüchlich und adressieren jeweils unterschiedliche Lagerungsszenarien.
Vektor 2: Schutz bei der gastrointestinalen Freisetzung – Quantitativer Konsens bei Formulierungstyp-Heterogenität
Alle Studien zum Freisetzungsschutz stimmen in der Tendenz überein: Ungeschützte freie Zellen verlieren während der simulierten Magenpassage 5–8 logs, während eine Verkapselung oder magensaftresistente Beschichtung diesen Verlust auf 1–2 logs reduziert. Das Ausmaß des verbleibenden Nutzens hängt vom spezifischen Coating-Typ, der Schichtdicke und der Integrität zum Zeitpunkt der Magenentleerung ab. Die Diskrepanz zwischen der 71.5%igen Magenüberlebensrate bei der optimierten TIM-1 HPMC:HPC-magensaftresistenten Tablette (Venema et al., 2019) [12] und den Überlebensraten von <50% bei vielen Alginat-Bead-Systemen erklärt sich durch den zentralen Mechanismus: Das Tabletten-Coating verhindert einen vorzeitigen Zerfall im Magen vollständig, während Alginat-Beads in Abhängigkeit von Kapselgröße, Porosität und dem Vorhandensein sekundärer Beschichtungen eine variable Permeation von H⁺-Ionen zulassen. Hierbei handelt es sich nicht um einen Widerspruch hinsichtlich der prinzipiellen Wirksamkeit der Verkapselung, sondern um die Frage, welche Verkapselungsstrategie den höchsten Erhalt der Zellviabilität am Zielort der Freisetzung gewährleistet.
Die SHIME-Daten zu kommerziellen Produkten von Govaert et al. (2024) sind besonders aufschlussreich, da sie dieselbe Technologie für Kapseln mit verzögerter Freisetzung sowohl in der simulierten oberen GIT-Passage als auch in einem Kurzzeit-Kolonmodell evaluieren [11]. Die am ilealen Endpunkt für das Produkt mit verzögerter Freisetzung wiedergefundene Kultivierbarkeit von 56% und Viabilität von 52% – obwohl dieses mit der vollen In-vivo-Dosis getestet wurde, während die anderen Formate mit halber Dosis geprüft wurden – belegen, dass die technologische Differenz real und klinisch signifikant ist. Das konfundierte Dosisdesign verhindert jedoch einen definitiven quantitativen Vergleich über alle vier Formate hinweg.
Vektor 3: Mehrstamm-Kompatibilität – Spärliche direkte Evidenz, systematische Lücken
Die wichtigste Synthese-Schlussfolgerung für diesen Vektor betrifft eher eine Evidenzlücke als einen konkreten Befund: Echte, nicht-segregierte kommerzielle Mehrstamm-Darreichungsformen werden nahezu nie mit stammspezifisch aufgelösten Endpunkten untersucht. Fast jede Studie, die mehrere Stämme analysiert, testet diese entweder separat in parallelen Armen oder berichtet ausschließlich aggregierte Zellzahlen. Lediglich Govaert et al. (2024) schlüsselt das Überleben bis auf Gattungsebene innerhalb einer kommerziellen Mehrstammkapsel mit verzögerter Freisetzung auf und stellt am ilealen Endpunkt eine etwa sechsfach geringere Wiederfindungsrate von Bifidobacterium gegenüber Lactobacillus fest [11]. Nur Reddy (2024) liefert kontrollierte Serial-Transfer-Belege für eine kompetitive Verdrängung innerhalb der Formulierung, spezifisch für Lactococcus-Stammpaare [13]. Und ausschließlich Strashnova et al. (2022) screenen systematisch auf paarweise Inkompatibilitäten vor der Stammkombination [58].
Der Nullbefund von Forssten & Ouwehand (2017) bezüglich eines Antagonismus im Kolonmodell wird häufig als Beleg dafür angeführt, dass Mehrstammprodukte unbedenklich formuliert werden können; die methodischen Limitationen sind jedoch gravierend: Der Assay detektierte qPCR-Genomkopien statt lebensfähiger Zellen, konnte B. lactis Bi-07 aufgrund mangelnder Stammspezifität nicht von Bl-04 unterscheiden, und ein hoher endogener bifidobakterieller Hintergrund schränkte die Detektion weiter ein [47]. Das Nullergebnis lässt sich nicht auf die Fragestellung generalisieren, ob Stämme gegenseitig ihre Viabilität während der Lagerung oder der Magenpassage vor Erreichen des Kolons beeinträchtigen.
Umgekehrt bezieht sich die von Reddy (2024) nachgewiesene negative kompetitive Verdrängung spezifisch auf Lactococcus-Varianten derselben Spezies und nicht auf die speziesübergreifenden Lactobacillus-Bifidobacterium-Kombinationen, die den Markt kommerzieller Produkte dominieren [13]. Ob dieser Mechanismus (Nisin, Diplococcin, differenzielle Säureproduktion) während der Trockenlagerung oder Lyophilisierung – Phasen, in denen die metabolische Aktivität supprimiert ist – in vergleichbarem Ausmaß wirksam ist, ist unbekannt. Die wissenschaftlich fundierteste Schlussfolgerung lautet, dass die Kompatibilität koformulierter Stämme für jede spezifische Kombination empirisch validiert und nicht vorausgesetzt werden muss, da die vorhandene Evidenz unzureichend ist, um die Unbedenklichkeit einer Mehrstammkombination a priori zu attestieren.
Vektor 4: Stamm-Nichtäquivalenz und die Evidenzbasis für Wirksamkeitsaussagen
Ein grundlegendes Spannungsfeld in dieser Fachliteratur besteht darin, dass Wirksamkeitsaussagen häufig auf Spezies- oder gar Gattungsebene bezogen werden, während die mechanistischen und quantitativen Daten konsistent belegen, dass die Performanz stammspezifisch ist. Die 3.6-fache Schwankungsbreite bei der Caco-2-Adhäsion unter den von Bubnov et al. (2018) untersuchten Lactobacillus-Stämmen [14], das Unvermögen von drei WincloveTravel-Stämmen, die simulierte Dünndarmpassage zu überstehen, während dies vier anderen gelang (Campana et al., 2017) [15], und der 2-fache Unterschied bei den Hemmhöfen zwischen L. reuteri und L. rhamnosus GG über fünf Pathogenmodelle hinweg (Piątek et al., 2020) [16] bedeuten in der Gesamtschau: Die Evidenzbasis für jedes Mehrstammprodukt steht und fällt damit, ob exakt die untersuchten Stämme verwendet wurden und nicht lediglich dieselbe Spezies. Die Erwähnung spezifischer Stammbezeichnungen in mehreren Quellen (z. B. DSM 17938, GG ATCC 53103, R0052) [3, 27, 49] spiegelt eine Best Practice der Identifizierung auf Stammebene wider, die in der Literatur jedoch uneinheitlich umgesetzt wird. Studien, die lediglich Speziesnamen ausweisen – wie etwa ein Drittel der Quellen in dieser Übersichtsarbeit –, liefern Viabilitäts- und Wirksamkeitsdaten, die sich nicht auf ein Produkt übertragen lassen, selbst wenn dieses einen anderen Stamm derselben Spezies enthält.
Das Studiendesign, das zur Klärung der verbleibenden zentralen Unsicherheiten erforderlich wäre, müsste Folgendes kombinieren: (1) eine stammspezifisch aufgelöste Zellzahlerfassung innerhalb einer echten, nicht-segregierten Mehrstamm-Darreichungsform über den gesamten zeitlichen Verlauf von der Herstellung bis zur gastrointestinalen Freisetzung, (2) kontrollierte Einzelstamm-Parallelgruppen als Referenz, (3) ein Monitoring der Wasseraktivität während der Lagerung und (4) einen validierten In-vitro- oder tierexperimentellen Kolonisierungsendpunkt. Keine einzige Studie im vorliegenden Korpus erfüllt alle vier Kriterien zugleich.
