Dans cette interview, le Dr Oscar Millet, chef de groupe du groupe Médecine de précision et métabolisme du CIC bioGUNE, a parlé à News Medical de ses recherches sur l'utilisation de l'analyse métabolomique par spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) comme outil de dépistage clinique. Son équipe a utilisé la RMN pour dépister des échantillons d'urine de nouveau-nés pour des troubles métaboliques congénitaux.
Sommaire
Qu'est-ce que la métabolomique et comment peut-elle être utilisée comme outil de dépistage?
La métabolomique est une étude systématique de tous les métabolites d'un tissu cellulaire ou d'un bio-fluide. On soupçonne que plus de 30 000 métabolites sont présents dans la cellule humaine et certains d'entre eux peuvent être détectés par spectroscopie RMN.
Ces métabolites sont les substrats et les produits des diverses voies biochimiques qui ont lieu dans le corps. Si l'une de ces voies ne fonctionne pas correctement, par exemple parce qu'une enzyme ne fonctionne pas efficacement, certains métabolites vont s'accumuler. Par conséquent, la quantification des métabolites présents dans un échantillon peut mettre en évidence si une voie métabolique fonctionne efficacement. Une comparaison des concentrations de métabolites permet de distinguer les états sains et malades.
Crédit d'image: Shutterstock / Joyseulay
Pourquoi avez-vous spécifiquement choisi la RMN comme outil d'analyse pour vos recherches?
Plusieurs techniques analytiques peuvent être appliquées pour l'étude métabolomique. La technique pionnière était la spectrométrie de masse, qui peut mesurer un grand nombre de métabolites mais a des limites en termes de quantification. La RMN, bien que moins sensible que la spectroscopie de masse, permet une quantification absolue des métabolites présents et offre de nombreux avantages supplémentaires qui en font une technologie privilégiée pour les évaluations métabolomiques.
La spectroscopie RMN est une technique non destructive qui peut être appliquée aux tissus intacts ainsi qu'aux biofluides. Une préparation minimale des échantillons est requise et une analyse automatisée peut être effectuée facilement, ce qui permet d'obtenir rapidement des résultats; l'ensemble du processus peut être terminé en 45 minutes. Surtout, les données obtenues sont hautement reproductibles lorsque les procédures d'exploitation standard sont correctement suivies.
Afin de garantir l'obtention de bons résultats, le laboratoire du CIC bioGUNE dispose de deux spectromètres Bruker Avance IVDr différents entièrement dédiés à l'analyse métabolomique des échantillons: un pour les échantillons de sérum et un pour les échantillons d'urine. Chacun des spectromètres est équipé d'un passeur d'échantillons refroidi SampleJet et d'un robot SampleProTube automatisé pour préparer les échantillons. Il existe également une suite de programmes consacrés à la métabolomique que nous utilisons pour l'analyse statistique.
Pourquoi le dépistage des nouveau-nés est-il si important?
On pense actuellement qu'environ entre un nouveau-né sur 800 et un nouveau-né sur 2500 sera atteint d'un trouble métabolique congénital. Il existe tout un groupe de troubles qui résultent de l'inefficacité de l'une des enzymes clés, ce qui perturbe par la suite le fonctionnement de la voie métabolique correspondante. Ces troubles apparaîtront très rapidement au niveau métabolique et se présenteront cliniquement en quelques heures, jours ou mois. Ces maladies peuvent être facilement traitées une fois diagnostiquées.
Le plus important est que ces métabolopathies doivent être détectées pour être traitées. Le traitement entraînera souvent la nécessité d'une restriction alimentaire, mais non détectés et non traités, ces troubles métaboliques peuvent entraîner une défaillance d'organe irréversible ou une symptomatologie sévère, voire la mort du nouveau-né.
Bien que les changements métaboliques soient faciles à détecter, leur dépistage est coûteux car les techniques actuellement approuvées nécessitent une détection indépendante pour chaque métabolopathie. Différents pays et différentes régions au sein des pays ne dépisteront systématiquement qu'un nombre limité de ces maladies. Par exemple, au sein du système national de santé espagnol, certaines régions testeront 23 troubles métaboliques chez les nouveau-nés, tandis que d'autres n'en dépisteront que deux. La prévalence de la maladie et le fardeau économique potentiel sont donc souvent des facteurs limitatifs du dépistage systématique.
L'analyse métabolomique de l'urine de bébés à l'aide de la spectroscopie RMN a le potentiel d'identifier un panel étendu de maladies d'une manière robuste, efficace et économiquement viable.
Crédit d'image: Shutterstock / Lolostock
Pouvez-vous nous en dire plus sur votre projet de recherche actuel?
Le but de notre étude était d'obtenir une cohorte d'échantillons de nouveau-nés et de les analyser par spectroscopie RMN pour avoir un aperçu d'une méthode alternative possible pour la détection des métabolopathies. À cette fin, nous avons analysé 500 échantillons provenant de quatre hôpitaux différents de la région basque d'Espagne en utilisant la RMN. Certains échantillons ont également été évalués par spectroscopie RMN à corrélation totale bidimensionnelle. Cela prend 30 minutes et est extrêmement utile pour identifier et confirmer l'identité des différents métabolites. Pour quantifier les métabolites présents, nous avons utilisé l'outil automatisé de quantification IVDr de Bruker.
À partir des concentrations normalisées, nous avons dérivé des modèles métaboliques pour les erreurs innées du métabolisme qui couvraient deux scénarios différents. Nous avons recherché des valeurs de concentration anormales de métabolites normalement présents dans l'urine et avons également évalué la présence de 100 métabolites supplémentaires qui ne devraient pas être dans un échantillon d'urine normal, mais qui peuvent apparaître en cas d'erreur inhérente au métabolisme.
Avant l'analyse, nous devions confirmer que l'origine des échantillons n'avait aucun impact sur la signification statistique des données. Il n'a pas été possible de faire la distinction entre les spectres obtenus pour les échantillons des quatre hôpitaux différents, ce qui confirme la qualité des échantillons. Par exemple, ils n'avaient pas été contaminés ni dégradés.
Des différences spectrales, cependant, ont été observées en raison de différences dans les caractéristiques physiques des nouveau-nés auprès desquels les échantillons ont été prélevés. Nous pourrions discriminer par sexe (et c'est déjà bien établi), ce qui est normal et acceptable car nous ne soupçonnons pas que le sexe est un facteur qui a un impact très important sur le métabolisme. Nous avons également pu faire une distinction en fonction de l'âge et du poids au moment de la collecte, et même du type d'alimentation de la mère. Ces effets sont attendus et ces facteurs sont déjà généralement incorporés dans les méthodologies d'étude. Les différences de poids sont cependant une caractéristique particulièrement intéressante car il a été déclaré qu'un poids anormal à la naissance est un facteur de risque de certaines métabolopathies. En effet, c'est un autre domaine de recherche que nous poursuivons activement actuellement.
Sur la base des métabolites identifiés dans l'urine par RMN, il y a jusqu'à 75 maladies qui pourraient être diagnostiquées par le dépistage urinaire des nouveau-nés. Au cours de cette étude, nous avons identifié deux cas présentant une anomalie métabolique. L'un était un cas de cétose temporaire, que nous avons identifié grâce à des niveaux élevés d'acide 3-hydroxybutrique, d'acétone et d'acide acétoacétique. L'autre, plus important, était un cas de triméthylaminurie prématurée, qui est intrinsèquement liée à un niveau anormalement élevé de triméthylamine.
La méthodologie de dépistage RMN optimisée, que nous avons récemment publiée, est actuellement introduite pour détecter les erreurs héréditaires du métabolisme chez les nouveau-nés en collaboration avec les hôpitaux et un groupe de scientifiques.
La sensibilité et la spécificité de cette technique sont-elles suffisamment élevées pour garantir que les maladies ne sont pas négligées?
La sensibilité est finalement liée à la possibilité de détecter le métabolite dans le spectre d'analyse urinaire. Pour la RMN, le métabolite doit s'accumuler à au moins des concentrations micromolaires pour être détecté. Cependant, en termes de troubles métaboliques, ce n'est pas très limitant car la plupart des maladies vont produire de très grandes quantités de métabolite dans le phénotype et par conséquent, elles devraient être détectables.
Quant à la spécificité, en principe toutes les maladies sont validées de manière croisée. C'est-à-dire que dans notre protocole analytique nous ne nous appuyons généralement pas sur un seul métabolite pour diagnostiquer une maladie spécifique. Il existe bien sûr des exceptions pour certains cas où la maladie est définie comme une valeur anormale d'un seul métabolite. En principe, nous sommes convaincus que nous pouvons faire la distinction entre les différentes maladies que nous avons répertoriées comme faisant partie du champ du dépistage.
Crédit d'image: Shutterstock / Shidlovski
Est-il probable que le nombre de maladies détectables dans les échantillons d'urine augmentera à l'avenir?
Oui, nous prévoyons que le nombre de maladies que nous pouvons dépister grâce à l'analyse métabolomique RMN de l'urine devrait augmenter. La raison en est que les spectres RMN obtenus à partir des échantillons d'urine contiennent beaucoup plus d'informations que ce que nous analysons actuellement. Il est donc probable que d'autres métabolites présents dans l'urine soient associés à différentes maladies. À l'avenir, nous devrions pouvoir associer ces maladies au spectre urinaire et donc ajouter une valeur analytique supplémentaire à la méthodologie actuelle.
Crédit d'image: Shutterstock / Africa Studio
Y a-t-il d'autres projets dans votre laboratoire utilisant la métabolomique RMN?
Outre le dépistage des nouveau-nés, nous avons également plusieurs autres projets actifs en cours dans le laboratoire. Nous essayons d'obtenir une définition métabolique du syndrome métabolique, qui a une symptomatologie complexe comprenant un dysfonctionnement métabolique, un dysfonctionnement hépatique et le diabète. Nous analysons un très grand nombre d'individus (plus de 13 000) afin de définir la signature métabolique exacte du syndrome métabolique.
Nous nous intéressons également au cancer de la prostate. Nous avons accès à une cohorte de très haute qualité comprenant près de 800 échantillons provenant de patients ayant une biopsie certifiée. Ces échantillons ont déjà été analysés par spectroscopie RMN et nous avons pu détecter les perturbations métaboliques causées par le cancer de la prostate.
À propos du Dr Oscar Millet
Le Dr Oscar Millet est le chef de groupe du groupe Médecine de précision et métabolisme du CIC bioGUNE. Ses recherches portent sur l'utilisation de la résonance magnétique nucléaire (RMN) dans l'étude de protéines et d'enzymes biologiquement pertinentes, en accordant une attention particulière aux informations métaboliques qui peuvent être extraites d'échantillons biologiques tels que le sérum et l'urine. Il a reçu le prix de la Real Sociedad Española de Química (2004), le prix du groupe RMN espagnol (2005) et le prix de l'innovation du gouvernement basque (2018). Il est le fondateur scientifique de la spin-off Atlas Molecular Pharma et président du groupe espagnol de biologie chimique.