Lateral Flow Test zum Nachweis von Calprotectin in einer Blutprobe. Credit: Benjamin Ricken (BÜHLMANN AG)/Cristina Diaz-Perlas (EPFL)
Häufige entzündliche Erkrankungen wie Colitis ulcerosa und Morbus Crohn können durch die Messung des Proteins Calprotectin in Stuhlproben diagnostiziert oder überwacht werden, während die Serumspiegel von Calprotectin zur Überwachung des Entzündungszustands bei rheumatoider Arthritis dienen könnten. Die Calprotectin-Konzentrationen in den Proben von Patientinnen und Patienten werden in der Regel mithilfe von Antikörpern bestimmt, die das Protein binden und nachweisen, z. B. in Lateral-Flow-Assays wie den mittlerweile bekannten COVID-19-Selbsttest-Kits.
Antikörperbasierte Calprotectin-Tests haben jedoch ein Problem: Die Ergebnisse können je nach Art des Antikörpers und des verwendeten Assays variieren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Antikörper an verschiedenen Stellen des Proteins binden oder keine einheitliche Zusammensetzung aufweisen können. Antikörper können auch im Laufe der Zeit inaktiv werden, weil sie sich entfalten oder ausfallen.
Eine Lösung ist die Verwendung von Peptiden anstelle von Antikörpern, um Krankheitsmarker wie Calprotectin aufzuspüren und zu messen. Peptide sind Sequenzen mit bis zu 50 Aminosäuren, die sich mit hoher Affinität und Selektivität an Proteine binden können. Im Gegensatz zu Antikörpern können sie jedoch chemisch mit hoher Reinheit und Homogenität hergestellt werden. Außerdem sind Peptide zeitlich stabil, kostengünstiger herzustellen als Antikörper und weisen eine geringere Variabilität zwischen den einzelnen Chargen auf. Sie können sich an eine bestimmte Stelle einer Oberfläche binden, was die Entwicklung diagnostischer Tests erheblich vereinfacht, da Biomarker genauer und kontrollierter nachgewiesen werden können.
Zu diesem Zweck arbeitete Christian Gerhold, technischer Leiter des Diagnostikunternehmens BÜHLMANN , mit dem Team von Christian Heinis an der EPFL zusammen, um auf der Grundlage von Peptiden Liganden für menschliches Calprotectin zu entwickeln. Aus einer Bibliothek mit über 500 Milliarden verschiedenen Peptiden isolierte Cristina Diaz-Perlas, Postdoktorandin im Team von Christian Heinis, mehrere Calprotectin-Linker. Sie zeigte, dass die Peptide für die Quantifizierung von Calprotectin in vereinfachten Lateral-Flow-Assays geeignet sind. Das beste Peptid hatte eine Dissoziationskonstante von 26 nM - ein Maß für die Intensität der Bindung an Calprotectin, was es zu einem guten Kandidaten für diagnostische Tests macht.
Das Peptid bindet nicht nur an eine große Oberfläche des Calprotectins, sondern auch an eine spezifische Form des Calprotectins, die die relevante Spezies in den Proben von Patientinnen und Patienten ist. Unter der Leitung von Benjamin Ricken von BÜHLMANN wurde das Peptid schließlich in professionell zusammengestellten Lateral-Flow-Kassetten getestet und erwies sich als geeignet für eine präzise Detektion und Quantifizierung von Calprotectin. In einer Validierungsstudie wurde diese Konfiguration verwendet, um die Calprotectin-Konzentration im Serum von Blutproben von Patientinnen und Patienten zu quantifizieren.
Das entwickelte Peptid ist in der Tat das erste synthetische Affinitätsreagenz, das gegen den Biomarker Calprotectin erzeugt werden konnte.
"Die Teams der EPFL und von BÜHLMANN führen derzeit weitere Tests mit dem Calprotectin-spezifischen Peptid durch, um den Assay in ein Produkt umzuwandeln, das die diagnostischen Möglichkeiten dieses immer wichtiger werdenden Biomarkers optimieren kann, um Patientinnen und Patienten mit entzündlichen Erkrankungen zu helfen", so Christian Heinis.
Christian Gerhold fügt hinzu: "Diese Zusammenarbeit profitierte stark vom Know-how von BÜHLMANN bei der Herstellung und Verarbeitung des Biomarkers sowie von der Expertise des EPFL-Teams bei der Generierung und dem Screening großer kombinatorischer Peptidbibliotheken durch Phagenexposition."
Andere Mitwirkende
- Technologieplattform für Proteinproduktion und -struktur an der EPFL.
- Universität Münster
- Lichtquelle Schweiz
