Progettazione di metodi per la diagnosi di patologie del tratto gastrointestinale

Bioengineering deals with the creation of devices and procedures useful in the medical field. As for the pathologies of gastrointestinal tract, Crohn's disease, ulcerative colitis and indeterminate colitis are idiopathic diseases of difficult diagnosis that afflict an increasing number of patients. A simple system that allows you to monitor and evaluate the state of these highly disabling diseases is of great use not only to help doctors in the targeted treatment of the disease but above all to improve the patient's quality of life. Proteases are important cellular enzymes capable of splitting the peptide bond of protein substrates. The gastrointestinal tract is particularly exposed to proteases where in fact they have a role both digestive and homeostasis. The expression of these enzymes can be greatly altered in pathological conditions, for example in states of chronic inflammation or in tumor states. Cathepsins, elastase and Furin-like enzymes are typically considered markers of these conditions. Further proteases are also likely to be involved, the nature of which remains undetermined. In the present research project, we intend to verify the feasibility of a certain diagnosis of different pathologies of gastrointestinal tract through a non-invasive examination. The proposed diagnostic system is based on the detection of over- or underexpressed protease activity in biological samples of patients suffering from these pathologies through the use of a small library of peptides. For this purpose, some substrates that mimic cutting sites of proteins important for cell adhesion have been synthesized and characterized. In parallel, market-available substrates for Cathepsins, Elastase and Furin-like enzymes and other laboratory-available substrates were also used. Measuring the cut of these peptides could offer a great opportunity in the design of a device capable of diagnosing and monitoring the presence and progress of pathologies inherent in the gastrointestinal tract. Finally, this kind of device has a high potential and is well suited for use in the field of personalized medicine, the new frontier of science widely supported by international studies.

La bioingegneria si occupa di realizzare dispositivi e procedure utili in campo medico. Per quello che riguarda le patologie del tratto gastrointestinale, il Morbo di Crohn, la colite ulcerosa e la colite indeterminata sono malattie idiopatiche di difficile diagnosi che affliggono un numero sempre più maggiore di pazienti. Un sistema semplice che permetta quindi di monitorare e valutare lo stato di queste malattie altamente invalidanti è di grande utilità non solo per aiutare il medico nel trattamento mirato della patologia ma soprattutto per migliorare la qualità di vita del paziente. Le proteasi sono importanti enzimi cellulari in grado di scindere il legame peptidico dei substrati proteici. Il tratto gastrointestinale è particolarmente esposto alle proteasi dove infatti hanno un ruolo sia digestivo e sia di omeostasi. L’espressione di questi enzimi può risultare notevolmente alterata in condizioni patologiche, ad esempio in stati di infiammazione cronica o in stati tumorali. Catepsine, Elastasi ed enzimi Furin-like sono tipicamente considerati marker di queste condizioni. È probabile inoltre che vengano coinvolte ulteriori proteasi, la cui natura rimane ancora indeterminata. Nel presente progetto di ricerca s’intende verificare la fattibilità di una diagnosi certa delle differenti patologie del tratto gastrointestinale attraverso un esame non invasivo. Il sistema diagnostico proposto si basa sulla rilevazione dell’attività di proteasi sovra o sottoespresse in campioni biologici di pazienti affetti da queste patologie attraverso l’utilizzo di una piccola libreria di peptidi. A questo scopo, sono stati sintetizzati e caratterizzati alcuni substrati che mimano siti di taglio di proteine importanti per l’adesione cellulare. Parallelamente, sono stati utilizzati anche substrati disponibili sul mercato per Catepsine, Elastasi ed enzimi Furin-like e altri substrati disponibili in laboratorio. Misurare il taglio di questi peptidi potrebbe offrire una grande opportunità nella progettazione di un dispositivo in grado di diagnosticare e monitorare la presenza e l’andamento di patologie inerenti al tratto gastrointestinale. Infine, un tale dispositivo ha una elevata potenzialità e ben si presta ad un uso nell’ambito della medicina personalizzata, la nuova frontiera della scienza ampiamente supportata da studi internazionali.