Analyse de gaz expirés ultra sensible et en temps réel pour le diagnostique médical – Breath-Diag

Ce travail repose sur la technique d'Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (OF-CEAS), inventée et brevetée par l'équipe de physiciens du LIPhy, porteuse du projet. L'OF-CEAS permet d'effectuer de façon non invasive et en temps réel des mesures de concentration très sensibles et très sélectives. Arrivée à maturité, un transfert technologique vers la société AP2E a été réalisé. Les analyseurs d'AP2E (appelés Pro-CEAS) sont actuellement commercialisés pour l'analyse de la qualité de l'air uniquement. L'équipe de TIMC-IMAG est spécialisée dans l'évaluation et le traitement des lésions d’ischémie-reperfusion pulmonaires telles notamment observées sur des organes greffés. Une collaboration entre le LIPHy et TIMC-IMAG a permis de réaliser une étude préliminaire sur des poumons de porcs pour corréler la concentration de CO endogène produite par les poumons avec la sévérité des lésions observées sur ces organes. Le CIC-IT du CHU de Grenoble est spécialisé dans la recherche clinique de dispositifs médicaux innovants.

A mi-parcours (18 mois), les deux résultats principaux sont :
- Réalisation d'un instrument dédié à la mesure du CO exhalé adapté à l'utilisation en bloc opératoire (ProCEAS-médical).
- Démonstration du potentiel des performances de la technique de spectroscopie laser OF-CEAS (Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy) avec les lasers ICL (Interband Cascade Laser) [Richard2016]

Le projet se poursuit.

L. Richard, I. Ventrillard, G. Chau, K. Jaulin, E. Kerstel, D. Romanini, «Optical-feedback cavity-enhanced absorption spectroscopy with an interband cascade laser : application to SO2 trace analysis«, Appl. Phys. B Lasers Opt., 122:247 (2016)

Ce projet innovant de recherche translationnelle vise à développer, dans le contexte de la transplantation pulmonaire, un dispositif médical d'analyse de l'air expiré basé sur une technique de spectroscopie laser de pointe. Les mesures exploratoires pour valider l'instrument seront effectuées en parallèle d'une recherche clinique portant sur la réhabilitation ex vivo de greffons pulmonaires. Un réel atout pour mener à bien ce projet ambitieux réside dans la complémentarité des différents partenaires (LIPhy, TIMC-IMAG, CIC-IT/CHU et AP2E).
Ce travail repose sur la technique d'Optical Feedback Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (OF-CEAS), inventée et brevetée par l'équipe de physiciens du LIPhy, porteuse du projet. L'OF-CEAS permet d'effectuer de façon non invasive et en temps réel des mesures de concentration très sensibles et très sélectives. Arrivée à maturité, un transfert technologique vers la société AP2E a été réalisé. Les analyseurs d'AP2E (appelés Pro-CEAS) sont actuellement commercialisés pour l'analyse de la qualité de l'air uniquement. L'équipe de TIMC-IMAG est spécialisée dans l'évaluation et le traitement des lésions d’ischémie-reperfusion pulmonaires telles notamment observées sur des organes greffés. Une collaboration entre le LIPHy et TIMC-IMAG a permis de réaliser une étude préliminaire sur des poumons de porcs pour corréler la concentration de CO endogène produite par les poumons avec la sévérité des lésions observées sur ces organes. Le CIC-IT du CHU de Grenoble est spécialisé dans la recherche clinique de dispositifs médicaux innovants.

Le premier objectif de ce projet est d'obtenir les autorisations nécessaires pour l'utilisation au bloc opératoire d'un analyseur OF-CEAS afin d'effectuer des mesures sur des greffons humains en phase de réhabilitation dans un dispositif médical de perfusion ex-vivo. Pour cela, une phase importante du projet repose sur la réalisation, à partir d'un analyseur Pro-CEAS d'AP2E, d'un instrument compatible cliniquement avec le cadre de la transplantation pulmonaire.

Le deuxième objectif consiste à valider médicalement la pertinence de la mesure du CO exhalé comme marqueur de la qualité des greffons pulmonaires humains. Pour cela, notre étude exploratoire sera une étude ancillaire d'une étude clinique multi-centrique visant à augmenter le nombre de greffons en réhabilitant, grâce à une reperfusion ex-vivo, des organes initialement récusés pour une greffe. La perspective est d'arriver à doubler le nombre d'organes disponibles. L'élargissement des critères de prélèvement à des donneurs "limites" (dont les "donneurs à cœur arrêtés") nécessite cependant des critères d'évaluation simples et rapides de la qualité des organes proposés. Les mesures exploratoires de CO faites grâce à l'analyseur OF-CEAS, seront corrélées aux paramètres classiques d'évaluation des greffons pulmonaires. Dans le cadre de ce projet ANR, la mesure du CO ne sera pas un critère de décision pour la transplantation mais l'enjeu consiste à valider l'intérêt d'une mesure précoce de CO endogène pour prédire la qualité du greffon.

Le troisième objectif consiste à étudier la détection d'autres gaz, en particulier NO et H2S qui sont avec le CO les trois gaz connus pour être des transmetteurs de signaux endogènes dans l'organisme, impliqués dans l'inflammation tissulaire et les lésions d'ischémie-reperfusion observés sur les organes greffés. Pour la détection du NO, il s'agit de franchir un saut technologique en utilisant des lasers fonctionnant dans le moyen infrarouge (MIR) contrairement aux lasers utilisés par les instruments commerciaux d'AP2E qui fonctionnent dans le proche infrarouge (NIR). Après avoir développé et testé au laboratoire des prototypes médicaux pour NO (MIR) et H2S (NIR), ceux-ci seront utilisés pour effectuer les premières mesures OF-CEAS dans un système de reperfusion ex-vivo sur des poumons de cochons pour étudier la pertinence de la mesure de ces gaz pour évaluer la qualité des greffons.