Vers un flacon d’hémoculture intelligent : identification précoce in-situ des pathogènes responsables de bactériémie par profilage électrochimique couplé à un apprentissage machine – E-MOC

Malgré de nombreuses avancées dans le diagnostic des maladies infectieuses au cours des 20 dernières années, le fardeau socio-économique des infections sanguines reste élevé dans tous les pays du monde. Environ 20 % de la mortalité mondiale (11 millions de décès par an) est liée au sepsis. Ainsi, toute innovation permettant d’accélérer le diagnostic des infections sanguines revêt une importance majeure car cela permettrait de réduire le délai pour adapter le traitement antibiotique probabiliste lorsque celui-ci est inefficace. En effet, dans le cas des infections sanguines, une thérapie antimicrobienne adaptée et précoce est critique pour la survie des patients car chaque heure de traitement inefficace accroît la mortalité. C’est pourquoi il est crucial de recueillir, le plus tôt possible, des données phénotypiques sur le pathogène impliqué. Le projet E-MOC développe les concepts de flacon d’hémoculture intelligent et d’incubateur portable instrumenté. Grâce à ces deux innovations biomédicales, nous voulons mettre à profit le temps d’acheminement des flacons d’hémoculture (jusqu’à 20 h), pour faire croître les pathogènes et les identifier, et accélérer ainsi considérablement la disponibilité des résultats. Le projet E-MOC repose sur l’hypothèse qu’un suivi potentiométrique de la fraction électroactive du métabolome peut apporter une identification sans marquage du pathogène, in-situ dans le flacon d’hémoculture, au moins pour les infections monomicrobiennes (85% du total). En d’autres mots, nous postulons que la variabilité de la signature potentiométrique est suffisamment faible, au sein d’une espèce, pour autoriser une identification à l’espèce, grâce à l’apprentissage machine supervisé, et ce en dépit de la variabilité des paramètres extérieurs (patients, température, inoculum, etc.).
Le consortium E-MOC rassemble toutes les compétences complémentaires requises pour ce projet (microbiologie, études cliniques, sciences des matériaux, procédés, électrochimie et intelligence artificielle).
Premièrement, le consortium E-MOC construira une base de données d’empreintes électrochimiques issues de bactéries croissant en hémoculture dans des conditions proches de la réalité. Cette base permettra, grâce à l’apprentissage artificiel, l’identification in situ précoce de pathogènes dans des hémocultures positives. Les performances d’identification seront ainsi mesurées pour les espèces les plus fréquemment impliquées dans les bactériémies. Les données seront collectées avec des électrodes de notre conception insérées dans des flacons d’hémoculture commerciaux.
Deuxièmement, le consortium E-MOC travaillera en parallèle sur la mise au point et l’optimisation de prototypes d’incubateur instrumenté portable et de flacon d’hémoculture intelligent. La première tâche visera à construire un prototype d’incubateur portable qui puisse assurer l’analyse des hémocultures dès le prélèvement, et pendant toute la phase d’acheminement. La seconde tâche, dévolue au développement d’un flacon d’hémoculture dotée d’électrodes, devra déterminer quels sont les matériaux et procédés optimaux pour parvenir au flacon intelligent.