SoftwAiR: Traitement haut-débit des données de spectrométrie de masse en temps réel et haute-résolution pour l’analyse de l’air expiré : caractérisation du volatolome en pathologie et dans la réponse aux traitements pharmacologiques – SoftwAiR

SoftwAiR: Traitement haut-débit des données de spectrométrie de masse en temps réel et haute-résolution pour l’analyse de l’air expiré : caractérisation du volatolome en pathologie et dans la réponse aux traitements pharmacologiques

La métabolomique est la dernière-née des approches "omiques", consistant à explorer le métabolome, c'est-à-dire l'expression de toutes les molécules endogènes situées en aval (en termes biologiques) de celles étudiées par les méthodes génomiques, transcriptomiques et protéomiques classiques. Une approche métabolomique innovante s’intéressant à l’air expiré (dite "volatolomique") a récemment émergé. Il s'agit d'une analyse exhaustive des composés organiques volatils (COVs) (le volatolome) dans l'air expiré des patients. Ces COVs peuvent provenir directement du métabolisme pulmonaire et refléter l'état métabolique des poumons, mais ils peuvent aussi provenir de tous les autres organes en étant transportés par le sang jusqu'aux poumons et ensuite dans l'air expiré. Des travaux récents suggèrent que la volatolomique est un outil prometteur pour la médecine personnalisée avec des avantages majeurs par rapport aux examens biologiques classiques : l'échantillonnage est complètement non-invasif, indolore et rapide et certains instruments permettent une analyse en temps réel. Ainsi, la spectrométrie de masse à haute résolution avec réaction par transfert de protons (PTR-HRMS) est devenue une technologie puissante pour l'analyse des COVs dans un large éventail d'applications, mais plusieurs écueils restent à résoudre avant son adoption dans la pratique médicale quotidienne. Les principaux sont le manque d'outils bioinformatiques pour le traitement efficace et l'analyse des données PTR-MS et des pipelines statistiques associés pour la découverte de biomarqueurs. Nous avons constitué une équipe de cliniciens, biologistes et mathématiciens expérimentés pour proposer pour la première fois 1) de développer des algorithmes et un environnement logiciel innovants pour le traitement de l'analyse en temps réel des COVs dans l'air expiré et de mettre en place un cadre statistique pour l'étude longitudinale des profils temporels des individus, et 2) d'appliquer ces outils aux échantillons obtenus au cours d'un essai clinique visant à identifier des biomarqueurs du rejet aigu chez des transplantés pulmonaires. Le travail sera effectué avec des données obtenues à partir d'un instrument de dernière génération, à haute résolution et à haute sensibilité. Le programme de 3 ans d'un doctorant au sein d'une équipe du CEA de renommée internationale pour le traitement et l'analyse des données métabolomiques comprendra i) le développement des outils pour le traitement des données PTR-HRMS (détection et quantification des pics, alignement des pics…), ii) le développement d’un cadre statistique pour la découverte de biomarqueurs et l'analyse longitudinale et iii) l'application des outils développés à des échantillons obtenus lors d'essais cliniques réalisés à l'hôpital Foch, en commençant par une étude visant à détecter le rejet aigu chez les transplantés pulmonaires. Les bénéfices attendus sont de réels progrès dans la prise en charge des patients, en évitant l’utilisation répétée de méthodes diagnostiques longues et invasives, en améliorant à la fois la qualité, l'acceptabilité et la charge médico-économique des soins médicaux. La diffusion des résultats et des outils dans des bases de données et les plateformes en ligne accessibles au public permettra l'utilisation de nos approches par d'autres équipes travaillant dans le domaine ou dans des applications non médicales. Par ailleurs, des perspectives existent dans nombre d’autres pathologies pour lesquelles plusieurs essais cliniques sont déjà prévus dans les mois à venir (détection d'infections fongiques ou mycobactériennes chez des patients immunodéprimés ou atteints de mucoviscidose, suivi de la réponse à des immunothérapies ciblées chez des patients asthmatiques...).