Nouvelle matrice de nanocapteurs pour la détection de biomarqueurs volatils de la peau dans la sclérose en plaques (Nano-Skin-MS)

CONTEXTE La sclérose en plaques (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. La maladie est caractérisée par deux phénotypes principaux : la SP rémittente (RR-MS) et la SP progressive primaire (PP-MS). La RR-MS est le type de maladie le plus courant. Pour la gestion à long terme de la maladie, les patients sont traités avec des médicaments immunomodulateurs (IMD) qui réduisent l'activité de la maladie. La réponse au traitement varie selon les patients. Actuellement, aucun biomarqueur n'est disponible pour le diagnostic et le suivi de routine de la SEP. Les 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 son traitement, sont trop coûteuses pour être utilisées en routine. De plus, les patients atteints de RR-MS sont soumis à un stress important car l'épisode de rechute peut apparaître instantanément sans aucun signe avant-coureur reconnu. Si des biomarqueurs liés à la rechute peuvent être identifiés, un test de prédiction potentiel pourrait être développé, qui pourrait éventuellement permettre une contre-action médicale appropriée fournie avant que la rechute ne s'aggrave. De plus, un diagnostic précoce de la SEP et la prédiction des rechutes réduiraient le taux d'accumulation d'invalidité et économiseraient des jours d'hospitalisation.

Ici, les enquêteurs proposent : d'explorer davantage la capacité d'une technologie de détection simple et portable à prédire et à surveiller la SP à partir d'échantillons volatils. La technologie qui a été développée dans le laboratoire du professeur Hossam Haick a prouvé son potentiel pour le diagnostic d'un certain nombre de conditions médicales telles que la malignité, les maladies infectieuses et neurologiques, y compris deux études cliniques sur la SEP (Broza et al 2017 ; Broza et al 2015 ; Ionescu et al 2011 ; Nakhleh et al 2017 et Peng et al 2009). L'approche repose sur le fait que la membrane cellulaire se compose principalement de phospholipides amphipathiques, de glucides et de nombreuses protéines membranaires intégrales qui sont distinctes pour différents types de cellules. Dans les processus pathologiques, les cellules subissent des modifications structurelles pouvant entraîner un stress oxydatif, c'est-à-dire une peroxydation de la membrane cellulaire qui provoque l'émission de composés organiques volatils (COV). Certains de ces COV apparaissent dans des compositions de mélange distinctement différentes, selon qu'une cellule est saine ou non. On pense que le stress oxydatif dans la SEP contribue aux lésions tissulaires dans les lésions inflammatoires focales et qu'il est impliqué dans la dégénérescence axonale diffuse et la démyélinisation (Gilgun-Sherki et al 2004). Ce qui est particulièrement important dans cette approche, c'est que chaque type de maladie a son propre schéma unique de COV et, par conséquent, la présence d'une maladie ne permet généralement pas de dépister d'autres types de maladies. Ces COV peuvent être détectés directement à partir de différents fluides corporels comme l'air expiré ou la peau. Dans certains cas, l'analyse de l'haleine et de la peau offre plusieurs avantages potentiels : (a) les échantillons d'haleine/de peau sont non invasifs et faciles à obtenir ; (b) l'haleine\la peau contiennent des mélanges moins compliqués que le sérum ou l'urine ; et (c) les tests respiratoires\cutanés peuvent être surveillés en temps réel. Le NA-NOSE effectue la détection des odeurs à l'aide de capteurs largement réactifs croisés en conjonction avec des méthodes de reconnaissance de formes (Broza et al 2017 ; Peng et al 2009). Contrairement à l'approche "serrure et clé", chaque capteur du NA-NOSE est largement sensible à une variété d'odorants. Cela augmente la variété de composés auxquels les nombreux capteurs différents sont sensibles, permettant ainsi des analyses de biomarqueurs dans des milieux complexes à plusieurs composants.

OBJECTIFS DE LA RECHERCHE ET PORTEE ATTENDUE

Un traitement ciblé précoce dans les épisodes de rechute est crucial, mais des outils suffisants pour prédire et identifier les premiers symptômes d'un épisode de rechute à venir ne sont pas disponibles. Les chercheurs ont récemment montré que les COV respiratoires peuvent être utilisés pour classer les patients atteints de SEP et non atteints de SEP ( Broza et al 2017). L'objectif principal de la proposition actuelle est de suivre cette récente réalisation et de tester la plausibilité de l'analyse des COV basée sur la peau pour fournir des informations complémentaires concernant les biomarqueurs potentiels de type de maladie (RR-MS et PP-MS) ainsi que la surveillance de l'activité de la maladie et plus particulièrement la prédiction de l'épisode de rechute chez les patients atteints de SEP. Les buts du projet seront atteints par les objectifs spécifiques suivants :

Objectif 1 : Étudier la plausibilité des COV cutanés en tant que biomarqueurs pour le diagnostic de la SEP. Dans cette partie, les chercheurs 1) utiliseront une méthodologie précédemment développée pour l'échantillonnage cutané des COV et l'adapteront aux patients atteints de SEP (RR-MS, SP-MS, PP-MS). 2) Pour déterminer la spécificité des résultats, les enquêteurs testeront davantage la différence des profils de COV entre les patients atteints de SEP et les patients non atteints de SEP (témoins sains) à l'aide de la technologie des capteurs et/ou de la spectrométrie de masse par chromatographie en phase gazeuse (GC-MS) (partie de qui fera l'objet d'une étude de suivi). Lorsque cela est plausible, une sous-analyse sera effectuée pour détecter les différences de COV à base de peau entre les patients RR-MS et SP-MS et PP-MS Basé sur le résultat de la première étape qui identifiera les changements volatils entre la SEP et les témoins sains de la peau les chercheurs évalueront la plausibilité d'inclure d'autres groupes de population non atteints de SEP, tels que des patients atteints d'autres maladies auto-immunes ou neurologiques. Si oui, la modification appropriée sera soumise.

Objectif 2 : Identifier et caractériser les COV cutanés en tant que biomarqueurs de la rechute clinique et de l'activité de la maladie en mesurant et en analysant le profil des COV pendant la rechute et la rémission. Sur la base des résultats de la première étape, les enquêteurs testeront la capacité du test COV cutané à surveiller les changements subtils dans les métabolites qui pourraient indiquer le début, la progression et la fin de l'épisode de rechute. Elle sera réalisée par un travail d'analyse capteur et/ou GC-MS permettant d'identifier une évolution potentielle des biomarqueurs lors de la rechute. Dans une étude de suivi, les enquêteurs ont l'intention d'évaluer la rechute par rapport à la "pseudo-rechute".

Signification attendue, l'étude proposée pourrait avoir un impact majeur sur les soins médicaux et le bien-être des patients atteints de SEP. Le diagnostic précoce et la prédiction de l'activité de la maladie permettront une intervention thérapeutique précoce et adaptée, la prévention des dommages neurologiques irréversibles et l'accumulation connexe d'invalidité tout en réduisant les coûts médicaux. De plus, le projet constituera une étape importante dans l'application des nanocapteurs pour la détection de biomarqueurs dans la recherche médicale et la pratique du théranostic (thérapie basée sur le diagnostic) vers la mise en œuvre de la médecine de précision.

PLAN D'ÉTUDE Collecte d'échantillons Les COV liés à la peau seraient collectés à l'aide de patchs de polydiméthylsiloxane (PDMS) à différents endroits du corps pour des capteurs et/ou une analyse GC-MS. Les matériaux absorbants seront attachés à la peau à différents endroits (bras/main ou poitrine ou front), après avoir nettoyé la peau avec un tampon de préparation à l'alcool et de l'eau propre. Les patchs seront recouverts de papier d'aluminium et scellés avec du ruban adhésif médical pendant une heure maximum. Un total de 2 à 4 patchs de silicone pour chaque patient sera collecté à chaque fois. Les échantillons collectés sur PDMS seront transférés dans des flacons en verre et stockés jusqu'à 4 ˚C jusqu'à leur envoi au Technion pour l'analyse NA-NOSE et GC-MS. Tous les échantillons collectés seront codés. La réponse du signal des capteurs sera évaluée afin de faire correspondre les meilleurs capteurs pour l'échantillon. La GC-MS fournira des informations initiales sur le profil cutané moyen de la SEP et du contrôle, et évaluera la nécessité d'un léger ajustement dans la procédure d'échantillonnage (par exemple, la durée de l'échantillon).

Statistiques Des modèles spécifiques et des modèles prédictifs pour les conditions MS étudiées seront dérivés de la sortie du réseau de capteurs, en utilisant des méthodes avancées de reconnaissance de formes telles que l'analyse de la fonction discriminante (DFA), l'analyse en composantes principales (PCA), les réseaux de neurones (NN) ou similaires. La signification statistique des résultats sera déterminée à l'aide de tests paramétriques ou a-paramétriques tels que le test T de Student, Man Whitney ou l'analyse par paires. Les valeurs p<0,05 seront considérées comme significatives.