Nouvelles approches pour le diagnostic rapide des acidémies organiques

New approaches for the rapid diagnosis of organic acidemias

• Auteur / Autrice : Chiraz El Saddik
• Direction : Philippe Maître, Fawaz El Omar, Fathi Moussa, Abdel Karim El Omar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 23/03/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie physique (Orsay, Essonne ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : référent : Faculté des sciences d'Orsay
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Chimie (2020-....)
• Jury : Président / Présidente : David Touboul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Delaunay-Bertoncini, Luke Mac Aleese, Hélène Lavanant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Delaunay-Bertoncini, Luke Mac Aleese

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Troubles du métabolisme

Acidémie méthylmalonique

Spectroscopie de mobilité ionique

Spectrométrie de masse

Métabolomique

Mots clés libres

Métabolomique ciblée

Mobilité ionique différentielle

Acidémies organiques

Biomarqueurs isomères

Targeted metabolomics

Differential mobility spectrometry

Organic acidemias

Isomeric biomarkers

Résumé

Un diagnostic précis des maladies métaboliques repose sur la séparation des isomères pour la quantification des métabolites biomarqueurs. Cette thèse se concentre sur le diagnostic des acidémies organiques, notamment l’acidémie méthylmalonique. L’analyse vise à cibler le biomarqueur spécifique de cette maladie, l'acide méthylmalonique. Les acidémies organiques sont couramment diagnostiquées par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse qui est considérée comme technique de référence dans le domaine clinique. Néanmoins, le protocole est généralement fastidieux et long. Des méthodes basées sur la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse ont été développées pour répondre aux besoins d'un diagnostic rapide. Cependant, le principal défi est la séparation des isomères qui sont abondants dans les biofluides, ce qui rend l’identification du biomarqueur ambiguë. La spectrométrie de mobilité différentielle couplée à la spectrométrie de masse (DMS-MS) pourrait être une approche alternative. Une méthode basée sur la DMS-MS est développée pour une séparation efficace des métabolites isomères permettant une identification et une quantification fiables des biomarqueurs dans le plasma. Le protocole proposé est simple et rapide. La performance analytique de cette méthode est évaluée en termes de la robustesse de la mesure de DMS, la linéarité, la répétabilité, la limite de détection et l’effet de matrice sur la concentration des analytes. Une analyse simultanée de différentes classes de métabolites d’intérêt biologique présents dans le plasma est également démontrée dans la perspective d'un diagnostic d'urgence. Cette étude constitue une preuve de concept en vue de l'intégration de la DMS-MS dans le répertoire des méthodes analytiques standardisées.

Accurate diagnosis of metabolic diseases relies on separation of isomers for quantification of biomarkers. This thesis focuses on diagnosis of organic acidemias, particularly methylmalonic acidemia. Diagnosis is based on analysis of its specific biomarker, methylmalonic acid. Methylmalonic acidemia is routinely diagnosed using gas chromatography hyphenated to mass spectrometry, which is considered as reference technique in clinical settings. Nevertheless, analytical workflow of gas chromatography-based methods is generally tedious and time-consuming. Liquid chromatography-based methods have been developed in order to answer the need for fast diagnosis. Sample preparation and analysis time are particularly improved. The key challenge, however, remains separation of isomers that are abundant biofluids. Isomers can interfere with biomarker, which can lead to ambiguous identification. Differential mobility spectrometry hyphenated to mass spectrometry (DMS-MS) could be an alternative approach. A DMS-MS based method is developed for a powerful separation of isomeric metabolites, allowing for reliable identification and quantification of biomarkers found in plasma. Our proposed protocol is simpler and faster than conventional methods. Analytical performance of DMS-MS method is evaluated in terms of robustness of DMS measurement, linearity, intra- and inter- day precision, limit of detection and matrix effect on analyte concentration. Simultaneous analysis of different classes of clinically relevant metabolites in plasma is also demonstrated in the perspective of emergency diagnosis. This proof of concept study aims towards integration of DMS into current standardized analytical methods in clinical field.