Équipe IMIS - Imagerie Multimodale Intégrative en Santé

Différences entre les versions de « Chirurgie guidée par la métabolomique »

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Le métabolome, produit final de l’expression des gènes, est défini comme l’ensemble de petites molécules qui, avec les protéines, gèrent le fonctionnement de la cellule. Son utilisation dans le domaine biomédical a comme objectif de surveiller l’état métabolique cellulaire à un moment donné, de mieux comprendre les interactions biologiques complexes dans les tissus, d’étudier l’influence de l’environnement, de l’alimentation ou des médicaments et d’enfin identifier des biomarqueurs liés aux conditions spécifiques de pathologies. En comparaison avec les autres systèmes en « omique » (génomique, transcriptomique, protéomique), la métabolomique est un domaine relativement récent et en plein essor depuis le développement de la technique HRMAS (high resolution magic angle spectroscopy) en RMN (résonance magnétique nucléaire). Cette technique, même si sa sensibilité est largement inférieure à la spectroscopie de masse, permet de travailler à haut débit sur des échantillons tissulaires intacts et d’avoir une vue globale sur le système biologique choisi. Les méthodes d’analyses statistiques multi-variées (PCA, PLS) permettent ensuite d’étudier les changements métaboliques dans un domaine de pathologie par rapport au tissu sain et donnent la possibilité d’identifier des empreintes spécifiques de diagnostic, de pronostic et/ou de la réponse thérapeutique. <br />
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L’expérience acquise à travers le projet CARMeN nous a permis de démontrer que la technique d’analyse métabolomique des tissus par la RMN HRMAS pouvaient différencier les tissus sains des tissus cancéreux de façon rapide et robuste et donner des informations sur la malignité des tumeurs, la présence de certaines mutations génomiques et le pronostic des patients. Pour ceci, nous utilisons 2 approches complémentaires :<br />
Les travaux de recherche de ce thème s’organise autour de 2 projets principaux : CARMeN et extempoRMN. <br />
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→ Phénotypage métabolique à haut débit, pour identifier et quantifier le métabolome dans les tissus pathologiques et sains.<br />
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→ Biologie intégrative, pour corréler la métabolomique avec les données provenant de la génomique et de la transcriptomique afin d’avoir une vision biologique globale d’un organisme dans son état physiologique et pathologique.<br />
  
'''Projet CARMeN'''<br />
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Nous poursuivrons le développement de notre thématique de recherche sur deux axes :<br />
Labellisé le 20 décembre 2006 par le Pôle de Compétitivité Innovations Thérapeutiques de la Région Alsace (nouvellement Alsace BioValley) à travers un consortium entre les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, l’Université de Strasbourg, le CNRS et Bruker BioSpin, le projet CARMeN a été financé à la hauteur de 2,7 millions € pour créer une base de données de la métabolomique en cancérologie, avec une stratégie qui consiste à utiliser l’empreinte métabolique de la tumeur, pour l’identification précoce des cancers à haut risque.<br />
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* Devant la forte demande du corps médical de diverses techniques peropératoires afin de mieux guider le geste chirurgical, notre premier axe, déjà en cours de développement, a comme objectif d’utiliser la métabolomique par RMN HRMAS en peropératoire afin de délimiter au mieux les limites d’exérèse en cours d’opération et de caractériser la nature des tissus excisés (projet ExtempoRMN, financement BpiFrance). A l’heure actuelle, le projet est orienté pour la neurochirurgie avec l’ambition de proposer une analyse du profil métabolique par RMN HRMAS des tumeurs cérébrales en peropératoire, dans un laps de temps suffisamment court (de l’ordre de 15 min par échantillon) afin  de compléter l’analyse histopathologique en extemporanée. Un système de pneumatique, déjà installé, permet un transfert rapide des échantillons au cours de l’opération. La méthode, en cours de validation, semble capable de fournir des informations sur le degré de malignité de la tumeur et la survie du patient, et de détecter la mutation du gène IDH. L’analyse de prélèvements au niveau de la cavité d’exérèse permet de détecter l’éventuelle présence d’infiltrations tumorales résiduelles et de projeter cette information directement sur le système de neuronavigation. Cette approche est donc susceptible de modifier l’intervention chirurgicale en cours et d’orienter le neurochirurgien vers de nouvelles exérèses. Une fois la méthode validée en neurochirurgie, une extension à d’autres domaines de la cancérologie (pancréas, sein) sera également considérée.
Grâce à ce financement, l’implantation du premier spectromètre RMN HRMAS (500 MHz) dans le milieu hospitalier a pu être réalisé fin 2007 au sein même du Service d’Anatomie Pathologique à l’Hôpital de Hautepierre. La proximité avec le Service d’Anatomie Pathologique, où toute la logistique de la tumorothèque fonctionne, nous a permis d’accéder rapidement et en toute sécurité à un grand nombre d’échantillons provenant des salles d’opération, de mettre en place des circuits garantissant des délais d’ischémie très faibles et une qualité exceptionnelle d’échantillons tissulaires après vérification histopathologique. Dans la période 2011-2015, des collaborations avec les équipes médicales et scientifiques ont été développées afin d’exploiter les données de la métabolomique en cancérologie avec plus de 5000 échantillons analysés par notre équipement à partir des échantillons provenant des salles d’opération des Hôpitaux Universitaires de Strasbourg et d’autres CHU (Marseille, Nancy, Lyon, Besançon), mais également de l’expérimentation animale. <br />
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* Notre deuxième axe de développement sera de mettre en place, en utilisant des sondes marquées au 13C, des outils d’analyses plus détaillés de deux voies métaboliques qui nous intéressent particulièrement en cancérologie : la glycolyse aérobie et le métabolisme de la glutamine. La modulation de la glycolyse aérobie dans certaines cellules cancéreuses pour une préférence à la fermentation du lactate, même en présence d'oxygène (effet Warburg), et la caractéristique de certaines cellules cancéreuses d'exiger de la glutamine exogène pour la croissance (addiction à la glutamine) semblent être de bons indicateurs de la réponse thérapeutique. Notre objectif est de mettre en place et de valider la méthodologie RMN HRMAS sur des cultures de cellules cancéreuses et/ou sur des modèles de xénogreffe, avec l’idée d’apporter cette information au cours de l’intervention chirurgicale chez l’Homme.<br />
 
 
Le succès du projet dans le domaine de la cancérologie a entraîné une dynamique de la recherche préclinique et clinique dans plusieurs domaines de la médecine en :
 
* Transplantation pulmonaire.
 
* Neurologie. Un brevet : « Méthode de diagnostic différentiel discriminant la sclérose en plaques de la maladie de Devic » (FR 2990514, date de publication 17.10.2014 ; date de priorité 14.05.2012).
 
* Dermatologie (peau artificielle).
 
* Ischémie viscérale.
 
* Agroalimentaire.
 
* Méthodologie RMN et statistiques.
 
 
 
 
 
'''Projet extempoRMN'''<br />
 
Fort de l’expérience CARMeN, nous avons développé au cours de ce quinquennat un nouveau projet dont l’objectif est de proposer une analyse du profil métabolique par RMN HRMAS des tumeurs cérébrales pendant l’intervention chirurgicale dans un lapse de temps suffisamment court (de l’ordre de 15 min) susceptibles de compléter l’analyse histopathologique en extemporanée. Le projet a été labellisé le 11 décembre 2012 par le Pôle de Compétitivité « Alsace BioValley » et est financé dans le cadre d’un Projet BpiFrance ISI (27 mars 2013) à la hauteur de 12,7 millions €, à travers un consortium entre les industriels Bruker BioSpin et Ariana, les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg, l’Université de Strasbourg et le CNRS.<br />
 
Actuellement, nous sommes capables de fournir des informations sur le degré de malignité de la tumeur et de détecter la présence de mutation du gène IDH indicatrice de meilleur pronostic. Nous analysons également plusieurs prélèvements provenant de la cavité d’exérèse afin de détecter d’éventuelles infiltrations tumorales résiduelles. Nous envisageons de projeter le résultat de chaque analyse sur le système de neuronavigation, avec un code couleur, directement sur l’IRM correspondant à la localisation du prélèvement. Cette approche que nous avons qualifier de « chirurgie guidée par la métabolomique » est donc susceptible de modifier l’intervention chirurgicale en cours et d’orienter le neurochirurgien vers une extension de l’exérèse si nécessaire. Une fois la méthode validée en neurochirurgie, une extension à d’autres domaines de la cancérologie (pancréas, sein) seront également considérées.<br />
 

Version actuelle datée du 28 août 2018 à 10:04

L’expérience acquise à travers le projet CARMeN nous a permis de démontrer que la technique d’analyse métabolomique des tissus par la RMN HRMAS pouvaient différencier les tissus sains des tissus cancéreux de façon rapide et robuste et donner des informations sur la malignité des tumeurs, la présence de certaines mutations génomiques et le pronostic des patients. Pour ceci, nous utilisons 2 approches complémentaires :
→ Phénotypage métabolique à haut débit, pour identifier et quantifier le métabolome dans les tissus pathologiques et sains.
→ Biologie intégrative, pour corréler la métabolomique avec les données provenant de la génomique et de la transcriptomique afin d’avoir une vision biologique globale d’un organisme dans son état physiologique et pathologique.

Nous poursuivrons le développement de notre thématique de recherche sur deux axes :

  • Devant la forte demande du corps médical de diverses techniques peropératoires afin de mieux guider le geste chirurgical, notre premier axe, déjà en cours de développement, a comme objectif d’utiliser la métabolomique par RMN HRMAS en peropératoire afin de délimiter au mieux les limites d’exérèse en cours d’opération et de caractériser la nature des tissus excisés (projet ExtempoRMN, financement BpiFrance). A l’heure actuelle, le projet est orienté pour la neurochirurgie avec l’ambition de proposer une analyse du profil métabolique par RMN HRMAS des tumeurs cérébrales en peropératoire, dans un laps de temps suffisamment court (de l’ordre de 15 min par échantillon) afin de compléter l’analyse histopathologique en extemporanée. Un système de pneumatique, déjà installé, permet un transfert rapide des échantillons au cours de l’opération. La méthode, en cours de validation, semble capable de fournir des informations sur le degré de malignité de la tumeur et la survie du patient, et de détecter la mutation du gène IDH. L’analyse de prélèvements au niveau de la cavité d’exérèse permet de détecter l’éventuelle présence d’infiltrations tumorales résiduelles et de projeter cette information directement sur le système de neuronavigation. Cette approche est donc susceptible de modifier l’intervention chirurgicale en cours et d’orienter le neurochirurgien vers de nouvelles exérèses. Une fois la méthode validée en neurochirurgie, une extension à d’autres domaines de la cancérologie (pancréas, sein) sera également considérée.
  • Notre deuxième axe de développement sera de mettre en place, en utilisant des sondes marquées au 13C, des outils d’analyses plus détaillés de deux voies métaboliques qui nous intéressent particulièrement en cancérologie : la glycolyse aérobie et le métabolisme de la glutamine. La modulation de la glycolyse aérobie dans certaines cellules cancéreuses pour une préférence à la fermentation du lactate, même en présence d'oxygène (effet Warburg), et la caractéristique de certaines cellules cancéreuses d'exiger de la glutamine exogène pour la croissance (addiction à la glutamine) semblent être de bons indicateurs de la réponse thérapeutique. Notre objectif est de mettre en place et de valider la méthodologie RMN HRMAS sur des cultures de cellules cancéreuses et/ou sur des modèles de xénogreffe, avec l’idée d’apporter cette information au cours de l’intervention chirurgicale chez l’Homme.