Nouvelles stratégies de préconcentration miniaturisées pour le développement d'outils de diagnostic de pathologies neurodégénératives reposant sur les microsystèmes ou la spectrométrie de masse

par Cédric Crosnier De Lassichere

Projet de thèse en Chimie

Sous la direction de Myriam Taverna.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences Chimiques : Molécules, Matériaux, Instrumentation et Biosystèmes , en partenariat avec Institut Galien Paris-Sud (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2015 .


  • Résumé

    30 millions de personnes dans le monde sont aujourd'hui atteintes par la maladie d'Alzheimer (MA). Il n'existe actuellement aucun traitement curatif sur le marché. Ceci s'explique en partie par la difficulté de diagnostiquer précocement cette maladie et donc de tester de nouveaux traitements lors d'essais cliniques. Les troubles cognitifs (mémoire, élocution…) ne sont détectés qu'à un stade avancé de la pathologie dont la progression est lente et ceci alors que les dommages au niveau du cerveau sont irréversibles. Dans ce contexte parallèlement aux tests cognitifs et techniques d'imageries cérébrales, les chercheurs tentent de développer de nouvelles méthodes de diagnostic moléculaire permettant non seulement de diagnostiquer avec certitude et précocement cette maladie mais également capable de distinguer des maladies neurodégénératives entre elles. Le développement de nouveaux outils de diagnostic moléculaires de pathologies neurologiques et neurodégénératives nécessite non seulement d'identifier des biomarqueurs (BM) spécifiques des pathologies concernées, mais également de développer des approches analytiques permettant de doser avec une grande sensibilité et avec des techniques automatisables ces biomarqueurs dans les fluides biologiques où ils se trouvent souvent à concentration très faibles et en mélange avec de nombreuses autres substances interférentes. La spectrométrie de masse est une technique qui offre souvent une sensibilité de détection intéressante mais qui peut se révéler dans certains cas encore insuffisante. Par ailleurs le concept du laboratoire sur puce, permet d'avoir accès au niveau d'automatisation souhaité pour un diagnostic et d'intégrer ainsi au sein d'une puce toutes les étapes de la chaine analytique allant de la préparation de l'échantillon ou des BM d'intérêt. Le laboratoire a récemment développé une analyse sur puces des peptides amyloïdes Ab, biomarqueurs validés de la MA (Mesbah 2014) Ainsi le but de la thèse consiste à développer en amont des analyses réalisées soit en puce soit par spectrométrie de masse des stratégies permettant d'accéder à des sensibilités plus élevées. Un des aspects important de la thèse visera à explorer de nouvelles stratégies de pré-concentration et d'enrichissement des biomarqueurs recherchés en s'intéressant à des approches alternatives à la préconcentration sur support solide (SPE) telles que les pré-concentrations basées sur des variations de champs électriques (Oukacine 2014, ou de mobilités des espèces dans des milieux de composition différente. Ainsi l'étudiant développera des approches de préconcentration en amont soit de l'analyse par spectrométrie de masse Qtof grâce à un instrument d'électrophorèse capillaire couplé à la spectrométrie de masse soit en amont de séparation électrocinétiques réalisées sur microsystèmes. Si de telles approches ont déjà été exploitées, très peu sont encore compatibles avec les échantillons biologiques. Ces développements conduiront ensuite à l ‘analyse de fluides biologiques provenant de cohortes de patients afin d'aboutir à la conception d'un nouveau test de diagnostique en collaboration avec des équipes cliniques.

  • Titre traduit

    New strategies of miniaturized preconcentration for the development of diagnostic tools based on microsystems or mass spectrometry and for neurodegenerative diseases.


  • Résumé

    30 millions of people in the world have been suffering from Alzheimer's disease (AD). There has been actually no curative / remedial treatment for AD in the market due to the difficulty in early diagnosis of this disease on the one hand, and in testing new treatment protocols during clinical trials on the other hand. The cognitive disorder (i.e. memory loss, speech impediment etc.) can only be detected at a late stage of the pathology where the progression is slow and the brain damage is irreversible. In this context, in parallel to the conventional cognitive tests and cerebral imaging techniques, scientists have been developing new methods of molecular diagnostics that allow not only to diagnose AD at an early stage with a high certainty, but also to distinguish it from other neurodegenerative diseases. The development of novel tools for molecular diagnosis of neurological and neurodegenerative diseases requires not only the identification of biomarkers specific to the concerned pathologies, but also the development of analytical approaches that allows sensitive detection (via an automated mode) of these compounds in biological fluids in which they are present at trace concentrations and in a mixture with numerous other interfering substances. The mass spectrometry despite of being a sensitive detection technique in certain cases cannot offer a sufficient sensitivity. On the other hand, the concept of lab-on-a-chip allows to achieve automation of a diagnosis process and integration of all analytical steps from sample pretreatment to detection of the interested biomarkers on a miniature chip. Our group has recently developed an analytical procedure on chip for determination of amyloid beta peptides that are considered validated biomarkers for AD (Mesbah 2014). Thus the objective of the thesis consists of development of analytical setups based on either lab-on-a-chip or MS with a much improved detection sensibility. One important aspect of the thesis is the realization of new strategies for sample enrichment and matrix removal as an alternative to the conventional preconcentration technique based on solid phase extraction (SPE). One envisaged technique is electrokinetic preconcentration under modulated electrical fields (Oukacine 2014). The student therefore will develop different preconcentration approaches based on either MS-QTOF using a capillary electrophoresis instrument coupled with MS or electrokinetic operation in microsystems. Although these approaches have been exploited, few setups have been found to be highly compatible with biological samples. Real samples of biological fluids from various patients will then be analysed using the developed analytical approaches in order to establish a new diagnostic test in collaboration with different clinical groups.