Fonctionnalisation chimique du silicium nanoporeux pour le diagnostic de la septicémie – PORIDG

Les sepsis, infections bactériennes du sang, sont une des principales causes de mortalité mondiale. Les chances de survie déclinent de 7% par heure sans traitement. Comme les méthodes de diagnostic actuelles requièrent plusieurs jours, de larges spectres d’antibiotiques sont administrés en première instance, aggravant la menace mondiale de résistance aux antibiotiques. Récemment 6 classes de métabolites sanguins ont été identifiées comme biomarqueurs de sepsis. Les métabolites sont des espèces de bas poids moléculaire présentes à l’état de trace dans le sang parmi d’abondantes espèces de haut poids moléculaire (HPM) : leur détection / utilisation clinique est un échec. Il y a un besoin urgent de stratégies sûres et rapides, pour la séparation des métabolites sanguins, compatible avec une détection par spectrométrie de masse (MS) pour le diagnostic de sepsis. En 2014, le coordinateur de PORIDG a démontré une technique de séparation des métabolites sanguins compatible avec la MS. Une goutte de sérum est déposée sur du silicium nanoporeux (pSi), conduisant à la capture stérique des métabolites dans les pores. Les métabolites sont ensuite directement analysés par MALDI-MS. L’analyse statistique des profils MS permet la discrimination des échantillons hautement pathologiques des échantillons normaux (cardiovasculaires). Néanmoins, la discrimination des stades pathologiques intermédiaires est impossible et reflète un manque de sensibilité de la technique de séparation.

A partir de ces résultats, PORIDG a pour but de développer une plateforme innovante, basée sur le pSi et la MS, pour le diagnostic de sepsis en 15 minutes. Deux nouvelles stratégies complémentaires ont été identifiées pour résoudre le problème de sensibilité : (i) développer une matrice pSi qui, en plus de l’exclusion stérique des espèces HPM, permet la séparation des métabolites spécifiques de sepsis parmi les autres métabolites sanguins. Ici, nous proposons de contrôler les capacités de séparation du pSi en ajustant sa chimie de surface. (ii) Optimiser la morphologie du pSi pour le rendre compatible avec des analyses DIOS-MS, hautement sensibles.

Dans ce contexte, PORIDG est positionné au croisement de domaines scientifiques et techniques qui sont encore à un stade précoce de développement. Nous développerons et combinerons des techniques de caractérisation operando (NAP-XPS, PM-IRRAS) des interfaces liquide / solide, et des simulations de dynamique moléculaire à l’état-de-l’art, pour identifier et concevoir des molécules de fonctionnalisation qui offrent une haute affinité avec les métabolites ciblés. Aussi, nous implémenterons des procédés à l’état-de-l’art, à haut rendement et sans solvant, pour la fabrication et la fonctionnalisation du pSi, et nous les développerons pour faire face à de nouvelles contraintes : le fort facteur de forme du pSi et les exigences du DIOS-MS.

La plateforme finale sera constituée de 6 matrices de pSi fonctionnalisées (5 x 5 mm), compatibles avec l’incubation d’une goutte de sérum et des analyses DIOS-MS. Chaque surface sera fonctionnalisée indépendamment et adaptée à un type de métabolite spécifique de sepsis. Une méthode d’analyse statistique des profils MS sera développée et standardisée. La plateforme sera industrialisable à bas coût et haut rendement pour un transfert industriel. Une start-up a déjà montré un grand intérêt pour PORIDG.

Le but de ces stratégies de rupture est de faire une avancée significative dans le diagnostic de sepsis, mais aussi dans les caractérisations / modélisation des interfaces. Pour atteindre cet objectif nous conduirons un projet ambitieux qui repose à la fois sur l’expertise du coordinateur (pSi non fonctionnalisé pour la séparation de métabolites sanguins, procédés de dépôt chimique en phase vapeur, caractérisation operando de surface et simulation de dynamique moléculaire), aussi bien que sur l’expertise de l’équipe de PORIDG en chimie de surface et dans les procédés de nanofabrication.