Innovative analytical strategies for the development of sensor devices and mass spectrometry methods

Il lavoro presentato in questa tesi di Dottorato è incentrato sullo sviluppo di strategie analitiche innovative basate sulla sensoristica e su tecniche di spettrometria di massa in ambito biologico e della sicurezza alimentare. Il primo capitolo tratta lo studio di aspetti metodologici ed applicativi di procedure sensoristiche per l’identificazione e la determinazione di biomarkers associati alla malattia celiaca. In tale ambito, sono stati sviluppati due immunosensori, uno a trasduzione piezoelettrica e uno a trasduzione amperometrica, per la rivelazione di anticorpi anti-transglutaminasi tissutale associati a questa malattia. L’innovazione di questi dispositivi riguarda l’immobilizzazione dell’enzima tTG nella conformazione aperta (Open-tTG), che è stato dimostrato essere quella principalmente coinvolta nella patogenesi. Sulla base dei risultati ottenuti, entrambi i sistemi sviluppati si sono dimostrati una valida alternativa ai test di screening attualmente in uso per la diagnosi della celiachia. Rimanendo sempre nel contesto della malattia celiaca, ulteriore ricerca oggetto di questa tesi di Dottorato, ha riguardato lo sviluppo di metodi affidabili per il controllo di prodotti “gluten-free”. Il secondo capitolo tratta lo sviluppo di un metodo di spettrometria di massa e di un immunosensore competitivo per la rivelazione di prolammine in alimenti “gluten-free”. E’ stato sviluppato un metodo LC-ESI-MS/MS basato su un’analisi target con modalità di acquisizione del segnale selected reaction monitoring per l’identificazione di glutine in diversi cereali potenzialmente tossici per i celiaci. Inoltre ci si è focalizzati su un immunosensore competitivo per la rivelazione di gliadina, come metodo di screening rapido di farine. Entrambi i sistemi sono stati ottimizzati impiegando miscele di farina di riso addizionata di gliadina, avenine, ordeine e secaline nel caso del sistema LC-MS/MS e con sola gliadina nel caso del sensore. Infine i sistemi analitici sono stati validati analizzando sia materie prime (farine) che alimenti (biscotti, pasta, pane, etc.). L’approccio sviluppato in spettrometria di massa apre la strada alla possibilità di sviluppare un test di screening multiplo per la valutazione della sicurezza di prodotti dichiarati “gluten-free”, mentre ulteriori studi dovranno essere svolti per ricercare condizioni di estrazione compatibili con l’immunosaggio competitivo, per ora applicabile solo all’analisi di farine estratte con etanolo. Terzo capitolo di questa tesi riguarda lo sviluppo di nuovi metodi per la rivelazione di HPV, Chlamydia e Gonorrhoeae in fluidi biologici. Si è scelto un substrato costituito da strips di carta in quanto possono costituire una valida piattaforma di rivelazione, offrendo vantaggi grazie al basso costo, alla possibilità di generare dispositivi portatili e di poter visualizzare il risultato visivamente senza la necessità di strumentazioni. La metodologia sviluppata è molto semplice, non prevede l’uso di strumentazione complessa e si basa sull’uso della isothermal rolling-circle amplification per l’amplificazione del target. Inoltre, di fondamentale importanza, è l’utilizzo di nanoparticelle colorate che, essendo state funzionalizzate con una sequenza di DNA complementare al target amplificato derivante dalla RCA, ne permettono la rivelazione a occhio nudo mediante l’uso di filtri di carta. Queste strips sono state testate su campioni reali permettendo una discriminazione tra campioni positivi e negativi in tempi rapidi (10-15 minuti), aprendo una nuova via verso nuovi test altamente competitivi con quelli attualmente sul mercato.

Doença celíaca num doente com síndrome poliglandular autoimune tipo III : caso clínico

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Sensibilidade ao glúten não-celíaca

Trabalho Final do Curso de Mestrado Integrado em Medicina, Faculdade de Medicina, Universidade de Lisboa, 2014

Characterization of heparin-binding site of tissue transglutaminase:its importance in cell surface targeting, matrix deposition, and cell signaling

Tissue transglutaminase (TG2) is a multifunctional Ca2+ activated protein crosslinking enzyme secreted into the extracellular matrix (ECM), where it is involved in wound healing and scarring, tissue fibrosis, celiac disease and metastatic cancer. Extracellular TG2 can also facilitate cell adhesion important in wound healing through a non-transamidating mechanism via its association with fibronectin (FN), heparan sulphates (HS) and integrins. Regulating the mechanism how TG2 is translocated into the ECM therefore provides a strategy for modulating these physiological and pathological functions of the enzyme. Here, through molecular modelling and mutagenesis we have identified the HS binding site of TG2 202KFLKNAGRDCSRRSSPVYVGR222. We demonstrate the requirement of this binding site for translocation of TG2 into the ECM through a mechanism involving cell surface shedding of HS. By synthesizing a peptide NPKFLKNAGRDCSRRSS corresponding to the HS binding site within TG2, we also demonstrate how this mimicking peptide can in isolation compensate the RGD-induced loss of cell adhesion on FN via binding to syndecan-4, leading to activation of PKCa, pFAK-397 and ERK1/2 and the subsequent formation of focal adhesions and actin cytoskeleton organization. A novel regulatory mechanism for TG2 translocation into the extracellular compartment that depends upon TG2 conformation and the binding of HS is proposed.

Interactions among secretory immunoglobulin A, CD71, and transglutaminase-2 affect permeability of intestinal epithelial cells to gliadin peptides

BACKGROUND & AIMS: The transferrin receptor (CD71) is up-regulated in duodenal biopsy samples from patients with active celiac disease and promotes retrotransport of secretory immunolglobulin A (SIgA)-gliadin complexes. We studied intestinal epithelial cell lines that overexpress CD71 to determine how interactions between SIgA and CD71 promote transepithelial transport of gliadin peptides. METHODS: We analyzed duodenal biopsy specimens from 8 adults and 1 child with active celiac disease. Caco-2 and HT29-19A epithelial cell lines were transfected with fluorescence-labeled small interfering RNAs against CD71. Interactions among IgA, CD71, and transglutaminase 2 (Tgase2) were analyzed by flow cytometry, immunoprecipitation, and confocal microscopy. Transcytosis of SIgACD71 complexes and intestinal permeability to the gliadin 3H-p3149 peptide were analyzed in polarized monolayers of Caco-2 cells. RESULTS: Using fluorescence resonance energy transfer and in situ proximity ligation assays, we observed physical interactions between SIgA and CD71 or CD71 and Tgase2 at the apical surface of enterocytes in biopsy samples and monolayers of Caco-2 cells. CD71 and Tgase2 were co-precipitated with SIgA, bound to the surface of Caco-2 cells. SIgACD71 complexes were internalized and localized in early endosomes and recycling compartments but not in lysosomes. In the presence of celiac IgA or SIgA against p3149, transport of intact 3H-p3149 increased significantly across Caco-2 monolayers; this transport was inhibited by soluble CD71 or Tgase2 inhibitors. CONCLUSIONS: Upon binding to apical CD71, SIgA (with or without gliadin peptides) enters a recycling pathway and avoids lysosomal degradation; this process allows apicalbasal transcytosis of bound peptides. This mechanism is facilitated by Tgase2 and might be involved in the pathogenesis of celiac disease.

Alimentos com e sem glúten: análise comparativa de preços de mercado

A doença celíaca é uma doença autoimune que se traduz numa sensibilidade alimentar crónica ao glúten, que ocorre em indivíduos geneticamente suscetíveis. Em consequência da ingestão de glúten o organismo desenvolve uma reação imunológica contra o próprio intestino. A dieta isenta de glúten é o único tratamento conhecido para esta patologia, adotada para toda a vida, deve ser rigorosa, completa, equilibrada e variada. O presente estudo pretende comparar preços entre categorias de produtos alimentares sem glúten e produtos equiparáveis com glúten. É também objetivo do estudo avaliar o impacto desta despesa no rendimento familiar associado ao cumprimento de uma dieta sem glúten e comparar os resultados da presente recolha de dados com um estudo anterior.

Isolado protéico de farelo de arroz: obtenção, propriedades funcionais e aplicação

O arroz é o segundo cereal mais produzido no mundo e para que ele seja consumido é necessário o processo de beneficiamento, onde é retirada a casca, e com o polimento, o farelo. O farelo, após a retirada do óleo, é utilizado para alimentação animal, mas como corresponde a 8% do grão, são necessárias novas alternativas para o uso do mesmo, uma vez que contém em torno de 17% de proteína. As proteínas do farelo de arroz são consideradas de alta qualidade, hipoalergênicas e anticancerígenas. Devido ao excesso de fibras presentes no farelo, este não é utilizado diretamente na alimentação humana, podendo ser usado como fonte para a obtenção de extratos, concentrados ou isolados. A obtenção do isolado protéico pode ser por via química, que consiste na extração alcalina ou ácida, seguida de precipitação no ponto isoelétrico ou via enzimática, com o uso de enzimas amilolíticas, hemicelulases e carboidrases para a separação das proteínas. O objetivo deste estudo foi obter um isolado protéico a partir de farelo de arroz visando a inclusão deste em produto de panificação. Foi obtido isolado protéico pelo método químico que foi analisado pelo rendimento protéico, pelas propriedades funcionais, perfil aminoacídico, eletroforese e características térmicas. O isolado foi adicionado em bolos em diferentes concentrações sendo avaliado pelas características tecnológicas e sensoriais. O isolado protéico do farelo de arroz (IPFA) que apresentou maior rendimento protéico foi o obtido pelo método químico, com o farelo de granulometria de 42 mesh e desengordurado. Em relação às propriedades funcionais, foi verificado que o IPFA possui maior solubilidade e capacidade de retenção de água em pH 11, alta capacidade emulsificante e alta capacidade de formação de espuma. No aminograma, constatou-se que os aminoácidos encontrados no IPFA atendem as necessidades de bebês e crianças. No perfil eletroforético, o IPFA apresentou 3 grupos de proteínas. Na análise térmica com DSC, o IPFA apresentou alta temperatura de desnaturação e baixo valor de entalpia. Na elaboração dos bolos, à medida que foi adicionado o IPFA, aumentou o teor protéico, o pH e o volume específico e diminuiu o colapso, a luminosidade e a firmeza dos bolos. Na análise sensorial, os bolos com IPFA não apresentaram diferenças estatísticas do bolo controle (sem IPFA). Estes resultados indicam a potencialidade do IPFA em produtos de panificação.

Involvement of cell surface TG2 in the aggregation of K562 cells triggered by gluten

Gluten-induced aggregation of K562 cells represents an in vitro model reproducing the early steps occurring in the small bowel of celiac patients exposed to gliadin. Despite the clear involvement of TG2 in the activation of the antigen-presenting cells, it is not yet clear in which compartment it occurs. Herein we study the calcium-dependent aggregation of these cells, using either cell-permeable or cell-impermeable TG2 inhibitors. Gluten induces efficient aggregation when calcium is absent in the extracellular environment, while TG2 inhibitors do not restore the full aggregating potential of gluten in the presence of calcium. These findings suggest that TG2 activity is not essential in the cellular aggregation mechanism. We demonstrate that gluten contacts the cells and provokes their aggregation through a mechanism involving the A-gliadin peptide 31-43. This peptide also activates the cell surface associated extracellular TG2 in the absence of calcium. Using a bioinformatics approach, we identify the possible docking sites of this peptide on the open and closed TG2 structures. Peptide docks with the closed TG2 structure near to the GTP/GDP site, by establishing molecular interactions with the same amino acids involved in stabilization of GTP binding. We suggest that it may occur through the displacement of GTP, switching the TG2 structure from the closed to the active open conformation. Furthermore, docking analysis shows peptide binding with the β-sandwich domain of the closed TG2 structure, suggesting that this region could be responsible for the different aggregating effects of gluten shown in the presence or absence of calcium. We deduce from these data a possible mechanism of action by which gluten makes contact with the cell surface, which could have possible implications in the celiac disease onset.

Utilization and efficacy of internet-based eHealth technology in gastroenterology: a systematic review.

OBJECTIVE: While there have been several reviews exploring the outcomes of various eHealth studies, none have been gastroenterology-specific. This paper aims to evaluate the research conducted within gastroenterology which utilizes internet-based eHealth technology to promote physical and psychological well-being. MATERIAL AND METHODS: A systematic literature review of internet-based eHealth interventions involving gastroenterological cohorts was conducted. Searched databases included: EbSCOhost Medline, CINAHL, and PsycINFO. Inclusion criteria were studies reporting on eHealth interventions (both to manage mental health problems and somatic symptoms) in gastroenterology, with no time restrictions. Exclusion criteria were non-experimental studies, or studies using only email as primary eHealth method, and studies in language other than English. RESULTS: A total of 17 papers were identified; seven studies evaluated the efficacy of a psychologically oriented intervention (additional two provided follow-up analyses exploring the original published data) and eight studies evaluated disease management programs for patients with either irritable bowel syndrome, inflammatory bowel disease (IBD) or celiac disease. Overall, psychological eHealth interventions were associated with significant reductions in bowel symptoms and improvement in quality of life (QoL) that tended to continue up to 12 months follow up. The eHealth disease management was shown to generally improve QoL, adherence, knowledge about the disease, and reduce healthcare costs in IBD, although the studies were associated with various methodological problems, and thus, this observation should be confirmed in well-designed interventional studies. CONCLUSIONS: Based on the evidence to date, eHealth internet-based technology is a promising tool that can be utilized to both promote and enhance gastrointestinal disease management and mental health.

Chlamydial infection of immune cells : altered function and implications for disease

Chlamydia trachomatis is an obligate intracellular bacterial pathogen that infects the genital and ocular mucosa of humans, causing infections that can lead to pelvic inflammatory disease, infertility, and blinding trachoma. C. pneumoniae is a respiratory pathogen that is the cause of 12–15% of community-acquired pneumonia. Both chlamydial species were believed to be restricted to the epithelia of the genital, ocular, and respiratory mucosa; however, increasing evidence suggests that both these pathogens can be isolated from peripheral blood of both healthy individuals and patients with inflammatory conditions such as coronary artery disease and asthma. Chlamydia can also be isolated from brain tissues of patients with degenerative neurological disorders such as Alzheimer’s disease and multiple sclerosis, and also from certain lymphomas. An increasing number of in vitro studies suggest that some chlamydial species can infect immune cells, at least at low levels. These infections may alter immune cell function in a way that promotes chlamydial persistence in the host and contributes to the progression of several chronic inflammatory diseases. In this paper, we review the evidence for the growth of Chlamydia in immune cells, particularly monocytes/macrophages and dendritic cells, and describe how infection may affect the function of these cells.