Neuer Biosensor zur Überprüfung einer glutenfreien Diät

Die genetisch beeinflusste Autoimmunerkrankung Zöliakie und ihre Folgen können bisher nur mit einer lebenslangen glutenfreien Diät behandelt werden. Jedoch mangelt es an zuverlässigen und einfachen Methoden, die korrekte Umsetzung dieser Diät zu überprüfen. Einer Gruppe spanischer Forscher ist nun die Entwicklung eines Biosensors gelungen, der die Gluten-Aufnahme über den Urin messen kann.

Vorausgegangen war eine Studie am selben Institut, in der gluten immunogenic peptides (GIP) im Urin von insgesamt 58 Probanden mit Zöliakie sowie 76 gesunden Teilnehmern aller Altersklassen bestimmt wurden. Die GIP können vom Körper nicht verdaut werden und rufen bei einer Zöliakie eine besonders schwere Schädigung des Darms hervor. In der Analyse der Urinproben zeigte sich, dass GIP nur bei zuvor aufgenommenen Gluten nachweisbar waren. Wurden gesunde Probanden auf eine glutenfreie Diät umgestellt, konnten GIPs nach 16 – 34 Stunden nicht mehr nachgewiesen werden. Nahmen die Studienteilnehmer danach wieder Gluten auf, waren nach 3 – 9 Stunden GIPs messbar.  Auch bei rund 50 % der Zöliakie-Probanden konnten trotz der Empfehlung einer glutenfreien Diät geringe Mengen an GIP erfasst werden. Sie setzten demnach die glutenfreie Diät nicht strikt um – bewusst oder unbewusst. Darüber hinaus wurden bei 25 Zöliakiepatienten die gemessenen Mengen an GIP mit ihren histologischen Biopsiebefunden verglichen. Von 7 Probanden mit schweren histologischen Befunden waren 6 GIP-positiv. Dabei zeigte sich eine signifikante Korrelation zwischen GIP-Level und der Schädigung des Darms. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der GIP-Gehalt ein Marker zur Überprüfung der korrekten Umsetzung einer glutenfreien Diät sein könnte.

Dies veranlasste die Wissenschaftler, an der Entwicklung eines Biosensors zu forschen, mit dem die GIPs in nur 20 Minuten zuverlässig und schon in geringsten Mengen nachgewiesen werden können. Der neu entwickelte Biosensor fixiert dabei die GIPs über die Bindung an spezifische Antikörper und misst ihre Konzentration mittels der sogenannten Oberflächen-Plasmonen-Resonanz-Technik (surface-plasmon-resonance, SPR). In anschließenden Versuchen modifizierten die Wissenschaftler den Aufbau des SPR-Biosensors und minimierten die Wechselwirkungen mit anderen Proteinkomponenten im Urin so weit, dass er bereits Mengen von 0,33 ng/mL zuverlässig nachweisen kann. Dieser Wert liegt deutlich unter dem Maximalwert von 20 µg/mL, der für Zöliakie-Patienten als unbedenklich gilt. Schließlich wurde der SPR-Biosensor an Urinproben von Probanden mit oder ohne Zöliakie getestet. Zunächst wurden die Urinproben mit einem biochemischen Testverfahren auf GIP überprüft. Auch die Biopsiebefunde der Zöliakiepatienten wurden herangezogen. Aus dieser Voranalyse ergab sich eine Aufteilung in 3 Gruppen mit je 4 Probanden, die entweder strikt die Diät einhielten oder wenig bzw. viel Gluten verzehrten. In der Anwendung des SPR-Biosensors auf dieselben Urinproben zeigten sich signifikante Korrelationen der Werte zwischen den Gruppen. So entsprachen die niedrigsten Werte dem geringsten Glutenverzehr und umgekehrt.

Zusammenfassend konnten die Forscher aufbauend auf der Entdeckung von GIP als Marker für den Glutenverzehr bei Zöliakie einen neuartigen SPR-Biosensor entwerfen, der schon kleinste Mengen an GIP zuverlässig nachweisen kann. Auch die ersten Tests an Probanden waren vielversprechend. Die Wissenschaftler sehen daher in der Entwicklung einen wichtigen Schritt zur Überprüfung der korrekten Umsetzung einer glutenfreien Diät. Sie hoffen, den Biosensor nun in weiteren Versuchen und Studien bis zum Einsatz in der Praxis optimieren zu können.

 

 

Quellen:
Label-free SPR detection of gluten peptides in urine for non-invasive celiac disease follow-up.
Soler M., Estevez M.C., Moreno Mde L., Cebolla A., Lechuga L.M.
Biosens Bioelectron. 2016 May 15;79:158-64. doi: 10.1016/j.bios.2015.11.097]. Epub 2015 Dec 3
Detection of gluten immunogenic peptides in the urine of patients with coeliac disease reveals transgressions in the gluten-free diet and incomplete mucosal healing.
Moreno M.L., Cebolla Á., Muñoz-Suano A., Carrillo-Carrion C., Comino I., Pizarro Á., León F., Rodríguez-Herrera A., Sousa C.
Gut. 2015 Nov 25. pii: gutjnl-2015-310148. doi: 10.1136/gutjnl-2015-310148