Elektrochemický dvoukanálový biosenzor pro včasnou diagnostiku celiakie

Instituce: Vysoké učení technické v Brně
Fakulta/ústav: Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Další údaje o pracovišti:
Lektoři: Mgr. Zdenka Fohlerová, PhD.

Popis:

Cílem projektu je postavit malou detekční jednotku pro včasnou diagnostiku celiakie, založenou na modulu EmStat Pico od Analog Devices propojenou přes sériové komunikační rozhraní a mikroUSB k mobilnímu telefonu (viz obrázek v příloze). Ve druhém kroku bude naprogramována aplikace pro OS Android, která bude komunikovat s tímto modulem a vytvoří elektrochemické pulsy, pomocí nichž se vyhodnotí, zda na měřících tištěných elektrodách je pozitivní či negativní odezva na přítomnost biomarkerů celiakie. Tento projekt buden řešen ve spolupráci se studentem řešící téma "Vývoj detekční jednotky pro elektrochemickou detekci přítomnosti protilátek celiakie".

Popis:

EmStat Pico obsahuje mikrokontrolér s integrovaným dvoukanálovým potenciostatem, který po připojení k elektrodám může provádět elektrochemické analýzy. V tomto projektu budou využity oba kanály a dvě tištěné elektrody pro detekci dvou protilátek specifických pro potencionální neléčené pacienty celiakie. S EmStat Pico se lze seznámit a naučit programovat pomocí vývojového kitu. Návrh desky plošného spoje umožní připojit USB konektor, komunikační rozhraní, Emstat Pico a 2 konektory pro tištěné elektrody jako celistvého zařízení připojitelného k mobilnímu telefonu či tabletu. Program provede pulsní měření, ze kterého kvantitativně vyhodnotí přítomnost protilátek určující alergickou reakci na lepek na základě tvorby imunokomplexu s antigenem. Na tištěné elektrody budou imobilizovány 2 antigeny: tkáňová transglutamináza (tTG) a gliadin (GA). Bude provedena kalibrace na různou koncentraci IgA specifických protilátek proti tTG a GA pomocí pulsní voltametrie. Jednotlivé kroky přípravy elektrod budou, včetně vhodné imobilizace antigenu, optimalizovány a charakterizovány pro jejich reprodukovatelnost, selektivitu, citlivost a stabilitu. Výsledný biosenzor bude také testován na reálném vzorku, jako možné alternativy pro neinvazivní detekci.

 

Současný stav

Celiakie (CD) je chronické autoimunitní onemocnění postihující především gastrointestinální soustavu. Je vyvoláno u geneticky predisponovaných jedinců po pozření potravy obsahující gluten (lepek), což je směs bílkovin obsažená v některých obilninách (především v pšenicižitě nebo ječmeni).

Počet pacientů trpících celiakií se zvyšuje a jeho počet se každé dvě desetiletí zdvojnásobuje. Příznaky se liší v širokém rozmezí, od nadýmání, zácpy, anorexie, podrážděnosti, průjmu až po deprese. Ve skutečnosti zůstává téměř 90% pacientů s celiakií nediagnostikováno kvůli dlouhodobým nespecifickým nebo chybějícím příznakům. Proto je velmi důležité včasně diagnostikovat toto onemocnění, a vést tedy ke zlepšení kvality života pacientů.

Současný screeningový serologický test na celiakii zahrnuje krevní test v centralizovaných nemocničních laboratořích, obvykle prováděním citlivých ELISA testů pro detekci specifických protilátek, jako jsou např. protilátky proti gliadinu (AGA), anti-endomysiální (EMA), anti-transglutaminázové (tTG) nebo deamidované glutenové peptidy (DGP) ze vzorků séra nebo plné krve. Detekce protilátek v krvi poskytuje základní způsob jak včasně diagnostikovat celiakii; jejich přítomnost v krvi však závisí na příjmu lepku. Úspěšná dieta bez lepku vede k nízké koncentraci protilátek v krvi, proto slouží protilátky jako biomarkery u neléčených pacientů, ale mohou být také ukazatelem  dodržování bezlepkové stravy a sledování klinické léčby.

ELISA testy vyžadují odběr krve od pacientů, detekce je zdlouhavá, finančně náročná a vyžaduje odborný personál. Vývoj citlivých, rychlých a jednoduchých metod imunoanalýzy pro detekci protilátek v krvi či slinách má proto velký diagnostický význam jak pro včasnou diagnózu CD, tak tedy i její léčbu.  Elektrochemické a optické biosenzory jsou velmi atraktivní pro detekci biomarkerů díky jejich vysoké citlivosti a selektivitě, relativně snadné výrobě a nízkým provozním nákladům, je zde potenciál pro miniaturizaci a jednoduchost pro operátory. Jsou tedy slibnou alternativou k běžným technikám ELISA. Kromě toho mají tyto biosenzory také potenciál poskytnout základní nástroje pro testování v místě péče (POC; testování na místě nebo v blízkosti místa péče o pacienta).