Diagnose entzündlicher Erkrankungen mit synthetischen Peptiden

Häufige entzündliche Erkrankungen wie Colitis ulcerosa und Morbus Crohn können durch die Messung des Proteins Calprotectin in Stuhlproben diagnostiziert oder überwacht werden, während der Serumspiegel von Calprotectin zur Überwachung des Entzündungsstatus bei rheumatoider Arthritis verwendet werden könnte. Calprotectin-Konzentrationen in Patientenproben werden typischerweise mithilfe von Antikörpern bestimmt, die das Protein binden und nachweisen, beispielsweise in Lateral-Flow-Assays wie den mittlerweile allzu bekannten Heim-COVID-19-Testkits.

Bei Antikörper-basierten Calprotectin-Assays gibt es jedoch ein Problem: Die Ergebnisse können je nach Art des Antikörpers und des verwendeten Tests variieren. Dies liegt daran, dass Antikörper möglicherweise an verschiedene Stellen des Proteins binden oder keine einheitliche Zusammensetzung aufweisen. Die Antikörper können im Laufe der Zeit durch Entfaltung oder Ausfällung auch inaktiviert werden.

Eine mögliche Lösung besteht darin, Peptide anstelle von Antikörpern zu verwenden, um Krankheitsmarker wie Calprotectin zu erkennen und zu messen. Peptide sind Sequenzen von bis zu 50 Aminosäuren, die mit hoher Affinität und Selektivität an Proteine ​​binden können, aber im Gegensatz zu Antikörpern chemisch mit hoher Reinheit und Homogenität hergestellt werden können. Darüber hinaus sind Peptide über die Zeit stabil, kostengünstiger in der Herstellung als Antikörper und weisen eine geringere Variabilität zwischen den Chargen auf. Außerdem können sie an einer bestimmten Stelle auf einer Oberfläche angebracht werden, was die Entwicklung diagnostischer Tests erheblich vereinfacht, da sie eine genauere und kontrollierte Durchführung ermöglichen Methode zur Erkennung von Biomarkern.

Mit dieser Idee arbeitete Christian Gerhold, CTO des Diagnostikunternehmens BÜHLMANN, mit der Gruppe von Professor Christian Heinis an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) zusammen, um auf Peptiden basierende humane Calprotectin-Liganden zu entwickeln. Aus einer Bibliothek von mehr als 500 Milliarden verschiedenen Peptiden isolierte Cristina Diaz-Perlas, Postdoktorandin in Heinis‘ Gruppe, mehrere Calprotectin-Binder und 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 dafür, wie fest es Calprotectin bindet, was es zu einem guten Kandidaten für diagnostische Tests macht.

Das Peptid bindet nicht nur an einen großen Oberflächenbereich von Calprotectin, sondern auch an eine spezifische Form von Calprotectin, die in Patientenproben die relevante Spezies darstellt. Unter der Leitung von Benjamin Ricken bei BÜHLMANN wurde das Peptid schließlich in professionell zusammengestellten Lateral-Flow-Kassetten getestet und stellte fest, dass es für den genauen Nachweis und die Quantifizierung von Calprotectin geeignet war. In einer Proof-of-Concept-Studie wurde dieser Aufbau verwendet, um die Konzentration von Calprotectin im Serum aus Blutproben von Patienten zu quantifizieren.

Das entwickelte Peptid ist das erste synthetische Affinitätsreagenz, das gegen den Biomarker Calprotectin erzeugt werden konnte. „Die Teams von EPFL und BÜHLMANN führen derzeit weitere Tests mit dem Calprotectin-spezifischen Peptid durch, um den Test in ein Produkt umzusetzen, das die diagnostische Leistungsfähigkeit dieses immer wichtiger werdenden Biomarkers auf ein neues Niveau heben kann, um Patienten mit entzündlichen Erkrankungen zu helfen“, sagt Christian Heinis.

Christian Gerhold fügt hinzu: „Diese Zusammenarbeit profitierte stark vom Know-how von BÜHLMANN bei der Herstellung und Handhabung des Biomarkers sowie von der Expertise des EPFL-Teams bei der Generierung und dem Screening großer kombinatorischer Peptidbibliotheken durch Phagendisplay.“