Nanotechnologie pour la détection de la sclérose en plaques par rapport aux maladies auto-immunes et neurologiques par des échantillons expirés

La SEP est la maladie neurologique chronique la plus courante chez les jeunes adultes, avec un début généralement à l'âge de 20 à 40 ans. Les femmes sont 3 à 4 fois plus touchées que les hommes. Il s'agit d'une maladie multifactorielle complexe, avec des facteurs sous-jacents à la fois génétiques et environnementaux. Différentes populations ont une sensibilité différente (Compston et Coles 2008).

La maladie est caractérisée par 2 phénotypes principaux : récurrente-rémittente ou évolution progressive. L'incapacité clinique est due à la destruction de la myéline du SNC (principalement des oligodendrocytes) due à 3 processus (Franklin 2002 ; Franklin et Ffrench-Constant 2008 ; Frischer, Bramow et al. 2009) :

1. Inflammation - les cellules immunitaires à activité aberrante envahissent le cerveau et la moelle épinière et provoquent la destruction de la myéline du SNC (un processus appelé démyélinisation et neurodégénérescence secondaire - perte axonale et neuronale)
2. Neurodégénérescence primaire (perte axonale et neuronale) - sans inflammation importante

3. Réparation - les processus inflammatoires et neurodégénératifs sont suivis d'une tentative de réparation du SNC - cependant, cette réparation partielle et incomplète est souvent à la base de déficits résiduels et d'invalidité (Chandran, Hunt et al. 2008).

   • La rechute aiguë de SEP (présentée comme une paralysie, une perte visuelle, etc.) - est considérée comme étant due à une activation immunitaire aiguë aberrante et à un processus inflammatoire dans le SNC.
   • Le handicap chronique cumulatif - est considéré comme étant dû au processus neuro-dégénératif.

Les processus de réparation sont principalement notés après la rechute aiguë - et la récupération de la fonction peut être spontanée. Cependant, dans les rechutes sévères, un TRAITEMENT STÉROÏDIQUE est parfois nécessaire (Tischner et Reichardt 2007).

Suite à la meilleure compréhension de la maladie, de nouvelles immunothérapies ont été développées (COPAXON /; Interféron -bêta) au cours des 10 à 15 dernières années pour un traitement à long terme. Cependant ceux-ci peuvent atténuer la maladie (réduire le nombre de rechutes par an) mais ne la guérissent pas. De plus, ils ne sont bénéfiques que pour environ 40 % des patients récurrents-rémittents. À l'heure actuelle, il n'existe aucun traitement pour les patients atteints de la maladie progressive - qui présentent une invalidité progressivement accrue (Murray 2006).

Actuellement, aucun biomarqueur n'est disponible pour le diagnostic et le suivi de routine de la SEP. IgG oligoclonales dans le LCR - qui aident à confirmer le diagnostic, nécessitent une procédure invasive et ne sont pas corrélées à l'activité de la maladie ni à la réponse au traitement ; et l'IRM, qui permet de surveiller l'activité de la SEP et la réponse au traitement, est trop coûteuse pour une utilisation de routine (Link et Huang 2006 ; Murray 2006).

Le Dr Hossam Haick du Technion a développé un nez électronique pour le diagnostic de maladies via des échantillons d'haleine. Les études précédentes du Dr Haick ont ​​montré qu'un nez électronique à base de nanoparticules d'or pourrait constituer la base d'un outil de diagnostic peu coûteux et non invasif du cancer du poumon (Peng, Tisch et al. 2009) et des maladies rénales (Haick, Hakim et al. 2009 ).

Hypothèse de recherche Les biomarqueurs de l'inflammation et/ou de la neurodégénérescence et/ou de la réparation du SNC peuvent être détectés par le « nez électronique » dans les échantillons d'haleine des personnes atteintes de SEP.

Objectif(s)

Identification de biomarqueurs de :

1. Inflammation du SNC et auto-immunité du SNC
2. Neurodégénérescence

3. Réparation du SNC

   • qui peuvent servir de marqueurs pour : la maladie (par rapport aux témoins), l'activité de la maladie (prédire l'évolution agressive de la maladie, prédire la rechute ; prédire la SEP maligne ou bénigne ); réponse au traitement (stéroïdes, immunothérapies ou agents neuroprotecteurs).

Aperçu du plan de travail :

Évaluer cliniquement quelques groupes :

• Patients SEP en rechute aiguë avant - vs - après 7, 30 et 90 jours de traitement aux stéroïdes - pour évaluer les indicateurs du processus inflammatoire aigu et des effets du traitement aux stéroïdes.
• Patients atteints de SEP récurrente vs patients atteints de SEP progressive vs témoins qui incluent des individus en bonne santé ainsi que des patients souffrant de maladies neurologiques et auto-immunes autres que la SEP - pour évaluer les indicateurs inflammatoires vs neurodégénératifs.
• Patients atteints de SEP qui répondent bien ou mal à l'immunothérapie ou aux stéroïdes.

COLLECTION SOUFFLE :

L'haleine alvéolaire des volontaires est recueillie à l'aide d'une méthode "hors ligne" qui sépare efficacement les biomarqueurs volatils de l'haleine endogène des exogènes et exclut l'entraînement nasal. Deux sacs de 750 ml d'échantillons d'haleine par volontaire sont collectés dans des sacs Mylar inertes (Eco Medics, Duerten, Suisse). L'échantillonnage des vapeurs a été effectué par un échantillonnage prolongé de l'haleine dans l'appareil de collecte pendant 15 à 20 minutes, avec plusieurs arrêts au cours de ce processus. Les trois premières minutes d'échantillonnage de l'haleine sont ignorées en raison de la contamination possible de l'air respiratoire supérieur. L'air profond qui en résulte est conservé à des fins de test. Les échantillons sont prélevés à l'aide d'un tube introduit dans la bouche du volontaire et relié au sac de prélèvement. Tous les participants fournissent un consentement éclairé signé à cette étude, qui est réalisée après l'approbation et selon les directives du comité d'Helsinki du centre médical Carmel et du comité du Technion pour la supervision des expériences chez l'homme.

ANALYSE CHIMIQUE DES ÉCHANTILLONS D'HALEINE :

La chromatographie en phase gazeuse/spectrométrie de masse (GCMS-QP2010 ; Shimadzu Corporation, Japon), combinée à un système de désorption thermique (TD20 ; Shimadzu Corporation, Japon), est utilisée pour l'analyse chimique des échantillons d'haleine. Un tube adsorbant Tenax® TA (Sigma Aldrich Ltd.) est utilisé pour pré-concentrer les COV dans les échantillons d'haleine. À l'aide d'un système de pompe sur mesure, les échantillons d'haleine des sacs Mylar sont aspirés à travers le tube TA à un débit de 100 ml/min, puis transférés dans un tube de désorption thermique (TD) (Sigma Aldrich Ltd.) avant d'être analysés. par GC-MS. Le profil de température du four suivant a été établi : (a) 10 min à 35°C ; (b) rampe de 4°C/min jusqu'à 150°C; (c) rampe de 10°C/min jusqu'à 300°C; et (d) 15 min à 300°C. Une colonne capillaire SLB-5ms (Sigma Aldrich Ltd.) avec 5% de phénylméthylsiloxane (30 m de longueur, 0,25 mm de diamètre interne et 0,5 μm d'épaisseur) est utilisée. Le mode d'injection sans division est utilisé pendant 2 min, à une vitesse linéaire constante de 30 cm/sec et un débit de colonne de 0,70 ml/min. Les structures moléculaires des COV sont déterminées via l'ensemble modulaire standard, en utilisant 10 ppm d'isobutylène (Calgaz, Cambridge, Maryland, USA) comme gaz d'étalonnage standard lors de chaque cycle. L'analyse du chromatogramme GC-MS est réalisée à l'aide du programme d'analyse post-analyse GCMS solutions version 2.53SU1 (Shimadzu Corporation), utilisant la bibliothèque de composés du National Institute of Standards and Technology (NIST) (Gaithersburg, MD 20899-1070, USA).

MESURES DE DÉTECTION :

Lors de l'interaction entre les échantillons d'haleine et le détecteur, les composés organiques volatils s'adsorbent dans la partie organique du matériau de détection. Le résultat de cette adsorption est traduit en un signal électrique (résistance) qui est transmis au macro-monde (par exemple, l'écran de l'appareil) à travers le matériau (semi-)conducteur présent dans le même film. Les résultats sont ensuite présentés sur l'écran de l'ordinateur.

Un système automatisé contrôlé par un programme personnalisé LabView (National Instruments) est utilisé pour effectuer les mesures de détection. Les capteurs sont testés simultanément, dans la même chambre d'exposition, à l'aide d'un commutateur multifonction Agilent 34980A. Un amplificateur à verrouillage DSP Stanford Research System SR830 contrôlé par un bus IEEE 488 est utilisé pour fournir le signal de tension alternative (0,2 V à 1 kHz) et pour mesurer le courant correspondant (<10μA dans les dispositifs étudiés). Cette configuration permet de mesurer des changements normalisés de conductance aussi petits que 0,01 %. La résistance du capteur a été acquise en continu au cours des expériences. Des expériences de détection ont été effectuées en continu à l'aide de cycles d'exposition ultérieurs (voir SOI, section 2).

L'ANALYSE DES DONNÉES:

Extraction de fonctionnalités. Pour l'analyse des COV, trois paramètres sont extraits de chaque réponse du capteur : (i) le changement normalisé de la résistance du capteur au milieu de l'exposition (S1) ; (ii) le changement normalisé de la résistance du capteur à la fin de l'exposition (S2); et (iii) l'aire sous la courbe de réponse (S3). S1 et S2 sont calculés par rapport à la valeur de résistance du capteur avant l'exposition. Pour l'analyse de l'haleine, deux paramètres sont extraits de chaque réponse du capteur (soit au COV de contrôle, soit à chaque libération d'échantillon d'haleine) : (i) le changement normalisé de la résistance des capteurs peu après l'exposition (S4) ; et (ii) le changement normalisé de la résistance des capteurs au milieu de l'exposition (S5). S4 et S5 sont calculés par rapport à la valeur de résistance du capteur avant l'exposition. Un processus de compensation et d'étalonnage est appliqué postérieurement à ces paramètres pour ne retenir des réponses des capteurs que les informations relatives à leur réponse aux COV des échantillons d'haleine. Les valeurs moyennes des paramètres obtenues sur les deux expositions successives au même échantillon sont alors calculées.