Opracowywanie przenośnego urządzenia do wykrywania glutenu w żywności dla placówek ochrony zdrowia
Celiakia dotyka 1–2 % ludności Europy, a koszty, jakie generuje dla służby zdrowia, szacuje się na około 3 miliardy euro rocznie. U osób cierpiących na celiakię objawy mogą być poważne. Reakcje autoimmunologiczne powodują niszczenie kosmków jelitowych – palczastych wypustek na powierzchni błony śluzowej jelita cienkiego. W rezultacie zmniejsza się wchłanianie składników odżywczych, może wystąpić niedożywienie i trwałe uszkodzenie jelita.
Problemy i proponowane rozwiązania
„Obecnie nie ma skutecznych metod leczenia celiakii. Jedynym rozwiązaniem dla osób z nietolerancją glutenu jest stosowanie diety bezglutenowej przez całe życie”, podkreśla Alessandra Maria Bossi, koordynatorka projektu GEMS i adiunkt na Wydziale Biotechnologii Uniwersytetu w Weronie. „Głównym celem projektu GEMS było zatem opracowanie przenośnego czujnika chemicznego do szybkiego badania zawartości glutenu w żywności w punktach opieki”. Kryteria, które należało spełnić, to jego wysoka wartość handlowa, krótki czas oczekiwania na wyniki i niskie koszty utrzymania, a także solidność i czułość. Obecnie zestawy testowe dostępne do badania glutenu opierają się przede wszystkim na teście immunoenzymosorpcyjnym (ELISA), który wykorzystuje enzymy i przeciwciała.
Menu zawierające produkty bezglutenowe
W ramach projektu GEMS opracowano elektrochemiczną metodę rozpoznawania cząsteczki glutenu, dzięki dofinansowaniu z programu „Maria Skłodowska-Curie”. Wykorzystując wiedzę z zakresu elektrochemii Zofii Iskierk, stypendystki programu „Maria Skłodowska-Curie”, oraz doświadczeniu Bossi w zakresie materiałów rozpoznających, przygotowano jednostkę selektywnego rozpoznawania glutenu przy użyciu polimeru wdrukowanego molekularnie (ang. molecular imprinting polymer, MIP). Aby wdrożyć MIP i stworzyć polimer umożliwiający wykrycie glutenu, naukowcy oznaczyli molekularnie docelowy epitop glutenu – niewielki, charakterystyczny fragment jego białka. Tak przygotowany selektywny materiał zachowuje się w sposób podobny do przeciwciał i rozpoznaje cząsteczki glutenu. Jednak MIP można produkować znacznie taniej, a ich dodatkowymi zaletami są trwałość i długi okres przechowywania oraz możliwość sterylizacji. W trakcie podzielonych na etapy badań, zespół GEMS opracował protokół do identyfikacji unikalnych epitopów glutenu oraz metodę wyboru monomeru, którego zastosowanie przyniesie najkorzystniejsze rezultaty. Stworzono protokół syntezy cienkich warstw MIP dla elektrod oraz charakterystykę wyglądu elektrod MIP. Oceniono również funkcjonalną charakterystykę selektywności i czułości chemosensora MIP. Wyzwania i postęp idą w parze „Nieoczekiwane wyzwanie w projekcie GEMS było związane z testami na rzeczywistych próbkach”, podkreśla Bossi. „Istnieje wiele przeszkód badawczych w badaniach nad żywnością z analitycznego punktu widzenia. Badanie produktów spożywczych zawierających gluten polega na analizie materiałów bardzo zróżnicowanych pod względem składu i form – od pizzy po zupę zagęszczoną mąką pszenną”. W związku z tym nieoczekiwane kluczowe pytanie brzmiało: Jak postępować z próbkami żywności przed oznaczeniem zawartości glutenu przy pomocy czujnika glutenu? Podczas testowania działania czujnika badacze uwzględnili całe białka glutenu, jak również ekstrakty glutenu z kaszy manny, ryżu i serwatki. Dla porównania użyto dostępnych w handlu testów ELISA do wykrywania glutenu. „Wyniki uzyskane do tej pory z użyciem czujnika glutenu są zachęcające”, podsumowuje Bossi. „Wraz z określeniem procedur przedanalitycznych konieczne są dalsze badania nad zakłóceniami elementu detekcyjnego przez wiązania molekularne w żywności i ich wpływem na pomiary”. Naukowcy szacują, że przenośne urządzenie prototypowe dla punktów opieki zostanie opracowane w ciągu 2 lat.
Słowa kluczowe
GEMS, gluten, żywność, czujnik, epitop, polimer wdrukowany molekularnie (MIP)
