La métabolomique par la spectroscopie RMN HRMAS dans le cadre de l'évaluation de la qualité du greffon pour la transplantation pulmonaire

par Malika Amel Benahmed

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Karim El Bayed et de Izzie Jacques Namer.

Soutenue le 25-09-2012

à Strasbourg , dans le cadre de École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg) , en partenariat avec Institut de chimie (Strasbourg) (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jean-Pierre Lepoittevin.

Les rapporteurs étaient Pascal Alexandre Thomas, Antoine Magnan, François Seguin.


  • Résumé

    La transplantation pulmonaire est une alternative thérapeutique ultime dans de nombreuses maladies pulmonaires sévères, en particulier chez des patients atteints de mucoviscidose (Cystic Fibrosis) , de fibrose pulmonaire idiopathique (IPF idiopathie pulmonary fibrosis), delymphangioléiomyomatose (LAM) ou d'hypertension pulmonaire. Cependant, les besoins en greffe dépassent largement le nombre de transplantations pratiquées en France. Les causes de ce déséquilibre incluent un trop faible nombre de donneurs potentiels en raison de critères actuels pour l'acceptation du greffon qui sont restreints car les biomarqueurs biologiques de qualité et de viabilité du greffon n'ont pas été décrits à ce jour. L'une des possibilités d'augmenter le nombre de donneurs, est de mettre en évidence des biomarqueurs de la qualité du greffon et d'étendre les critères d'acceptabilité du greffon en permettant les prélèvements à partir de donneurs à coeur arrêté est une possibilité. Les prélèvements pulmonaires après arrêt cardiaque sont effectués, en clinique expérimentale chez l'homme, en Espagne depuis trois ans. Il existe dans ce pays une législation très favorable et surtout une conscience collective qui rend le don d'organes extrêmement facilité. Il est donc essentiel d'optimiser l' utilisation de cette ressource. Pour cela, la mise en place de critères de validation de la qualité du greffon est une donnée clé pour palier à ce manque de transplantation pulmonaire. Les critères d'acceptabilité d'un greffon pulmonaires sont basés sur des données cliniques n'existant pas de biomarqueurs biologiques de qualité et de viabilité du greffon. Nous proposons ici l'utilisation de la métabolomique par spectroscopie en Résonance Magnétique Nucléaire à haute résolution par rotation à angle magique (RMN HRMAS) pour mettre en évidence des biomarqueurs de la qualité du greffon. La métabolomique par la spectroscopie RMN HRMAS, est une technique d'analyse rapide (20 minutes) et originale, caractérisée par l'analyse directe d'un tissu biologique intact sans nécessité d'extraction. Cette technique étudie les profils métaboliques dans le but de mettre en évidence des biomarqueurs métaboliques. La métabolomique a été largement utilisée dans des études en cancérologie pour la détermination de la malignité d'un tissu (Bertini 1. et coll. , Canser Res. 2012/ Griffin JL et coll ., Nat Rev Cancer, 2004/ Li M. et coll. , PLoSOne, 2011/ O'connell TM. Bioanalysis. 2012/ Ma Y. et coll. Mol Biol Rep. 2012). Cependant, très peu de publications dans la littérature s'intéressent au domaine de la transplantation et à la qualité du greffon (Rocha C. et coll. , Journal of Proteome Research, 2011/ RobertR. et coll. J Critical Ca re 2010/ Stenlund H. et coll., Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2009/ Du a rte F.L. et coll. , Anal.Chem.2005). Ce projet de thèse avait pour objectifs de :1. Etudier la faisabilité d'utiliser la métabolomique par la spectroscopie RMN HRMAS pour évaluer la qualité du greffon pulmonaire.2. Mettre en évidence de potentiels biomarqueurs de la qualité du greffon pulmonaire.3. Evaluer une éventuelle introduction de cette technique en pratique courante dans un environnement hospitalier. Pour répondre à ces objectifs, il a été entrepris :• Etudier les métabolomes pulmonaires de différentes espèces animales, puis de les comparer au métabolome du poumonhumain afin d'identifier le modèle expérimental le plus adapté à la transplantation pulmonaire.• Evaluer la qualité du greffon chez un modèle animal (porc Large White) pour la transplantation pulmonaire (modèle expérimental de préservation pulmonaire en in situ chez le donneur à coeur arrêté, modèle de perfusion pulmonaire en ex vivo sur machine ocs™).• Evaluer l'effet de la perfusion de deux solutions de conservation sur la qualité du greffon pulmonaire chez le porc.

  • Titre traduit

    The metabolomics by the NMR HRMAS spectroscopy in the assessment of the quality of the graft for lung transplantation


  • Résumé

    Lung transplantation is a therapeutic alternative in many severe pulmonary diseases, especially in patients suffering from CF (CysticFibrosis), idiopathie pulmonary fibrosis (IPF), lymphangioleiomyomatosis (LAM) or pulmonary hypertension . However, the need fortransplantation far outweighs the number of transplants performed in France. The causes of this imbalance include an insufficient number of potential donors because of the current criteria for the acceptance of the graft that are restricted as biomarkers of quality and viability of the graft have not been described so far.One of the possibilities to increase the donor pool is to identify biomarkers of the quality of the graft and expand the criteria foracceptability of the graft allowing withdrawals from non-heart-beating donors. The lung taking were performed after cardiac arrest inclinical trials carried out on humans for three years in Spain.lt is therefore essential to optimize the use of this resource. For this, the establishment of criteria for validating the quality of the graft isgiven a key to solve this problem of lung transplantation. The criteria for acceptability of a lung transplant are based on clinical data inabsence of biomarkers of quality and viability for the lung graft.We propose the use of the metabolomics by high-resolution magic angle spinning nuclear magnetic resonance spectroscopy (HRMASNMR) to highlight potential biomarkers for the quality of the graft.The Metabolomics by NMR HRMAS spectroscopy is an original analytical technique characterized by a rapid analysis (20 minutes)performed on intact biopsy samples without extraction prior to analysis. This technique studies the metabolic profiles in arder to identifymetabolic biomarkers. Metabolomics has been widely used in studies in oncology for the determination of malignancy of a tissue (Bertini et al. , Canser Res. 2012/ Griffin JL et al., Nat Rev Cancer, 2004/ Li M. et al. , PLoS One, 2011/ O'connel! TM. Bioanalysis. 2012/ Ma Y. et al. Mol Biol Rep. 2012). However, very few papers in the literature combine the use of the metabolomics NMR HRMAS and the assessment of the quality of the graft (Rocha C. et al. , Journal of Proteome Research, 2011/ Robert R. et al. J Critical Care 2010/ Stenlund H. et al, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2009/ Duarte F.L. et al. , Anal. Chem. 2005).The purposes of this research work were:1. Studying the feasibility of using the metabolomics by NMR HRMAS for the assessment of the quality of the lung graft2. Assess the metabolome of the lung in degradation conditions and highlight potential biomarkers of the quality of the graft3. Assess the possible use of the metabolomics by NMR HRMAS as a tool in clinical practice within a hospital environment.To answer to these purposes we made experimental experiences as follows:- Studying the lung metabolome of various animal species, and compare them to the human metabolome to identify the most suitableexperimental model for lung transplantation.- Assessing the quality of the graft in an animal model (pig Large White) for lung transplantation (experimental model of lung preservation in situ in the case of non-heart-beating donor, lung model for an ex vivo perfusion using OCS ™ Machine)- Evaluating the effect of perfusion with two preservation solutions on the quality of lung graft in pig model.

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