RMN multi-noyaux hyperpolarisée pour la métabolomique – METAHYP

La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est une méthode analytique majeure pour la métabolomique, qui consiste en la mesure à haut débit du plus grand nombre possible de métabolites dans les systèmes biologiques. Cependant, la RMN ne peut détecter que 50 à 200 métabolites majeurs sur les milliers que compte le métabolome humain, ce qui limite la découverte de biomarqueurs aux métabolites les plus concentrés.

MetaHyp a pour but d'améliorer la sensibilité de la RMN métabolomique de 2 ordres de grandeur, permettant ainsi d'accéder à une fraction du métabolome actuellement inaccessible à la RMN. Cet objectif sera atteint en développant et en optimisant de nouvelles approches RMN hyperpolarisées, entièrement intégrées au sein des workflows de métabolomique.

Plus spécifiquement, MetaHyp développera des protocoles originaux de polarisation nucléaire dynamique par dissolution (d-DNP) et des séquences d'impulsions RMN pour l’analyse 1H et 13C hyperpolarisée de mélanges de métabolites, en s'attaquant aux défis de sensibilité et débit qui limitent actuellement l'application de la d-DNP à la métabolomique. Les développements incluront la combinaison d'un instrument d-DNP sans consommation de fluides cryogéniques avec un système de transfert rapide et reproductible, ainsi que des séquences d'impulsions RMN à détection parallèle, des méthodes de suppression de solvant adaptées et des expériences de RMN 2D ultrarapides. Notre objectif est d'atteindre des limites de détection micromolaires, avec un débit d’analyse allant jusqu'à 30 échantillons par jour et une répétabilité de 5 %. Ces méthodes seront intégrées dans un workflow complet de métabolomique, allant de la préparation des échantillons à l'analyse des données, incluant des stratégies de quantification et d'identification des métabolites afin de maximiser les informations accessibles sur les échantillons biologiques hyperpolarisés. Cette approche sera appliquée à une étude clinique, afin de démontrer sa pertinence applicative. Nous comparerons ses performances à celles de la métabolomique conventionnelle et nous évaluerons sa capacité à séparer différentes classes d’échantillons et à mettre en évidence des biomarqueurs jusqu’alors inaccessibles à la RMN. Plus spécifiquement, nous nous concentrerons sur l'analyse d'échantillons d'urine provenant de patients atteints de sclérose latérale amyoptrophique. Les échantillons seront analysés par RMN hyperpolarisée et par des méthodes conventionnelles de RMN et de spectrométrie de masse (MS), afin de comparer les performances de classification des méthodes et de mettre en évidence les biomarqueurs potentiellement nouveaux révélés par la RMN hyperpolarisée.

MetaHyp rassemble des experts complémentaires dans les domaines clés du projet. Le partenaire 1 (CEISAM, Nantes) a une expertise de longue date dans le développement de méthodes RMN pour la métabolomique. Le partenaire 2 (CRMN, Lyon) est expert dans le développement instrumental pour la DNP par dissolution. Le partenaire 3 (iBraiN, US61 ASB-PMAC, Tours) est expert dans l'application de la métabolomique aux études cliniques et développe des méthodes conjointes de RMN et MS pour le phénotypage métabolique. Le porteur de projet, P. Giraudeau, possède une expertise reconnue dans le développement de workflows analytiques originaux basés sur des méthodes RMN émergentes, et leur application aux études métabolomiques.

MetaHyp aura un fort impact dans des domaines multidisciplinaires allant de la méthodologie RMN à la métabolomique clinique. La capacité de la RMN hyperpolarisée à mieux détecter et quantifier les biomarqueurs ouvrira la voie à des études métabolomiques dans divers domaines. Les workflows d’analyse, les séquences d'impulsions et les méthodes de traitement des données développés dans le projet seront diffusés librement. Les méthodes de métabolomique hyperpolarisée seront intégrées dans le catalogue de services de l'infrastructure nationale de recherche MetaboHub.