Projet ANR-15-CE29-0007 – DEFIMAGE : Un grand défi pour l'imagerie par spectrométrie de masse
Programme : Défi de tous les savoirs (DS10) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Alain Brunelle (Centre National de la Recherche Scientifique)
Partenaires : Laboratoire public; Laboratoire public; Laboratoire public
Montant : 467000.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : L’imagerie par spectrométrie de masse TOF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) peut être grandement améliorée en utilisant des agrégats massifs d’argon, permettant de pulvériser des échantillons biologiques, qui sont ensuite analysés par un faisceau d’agrégats de bismuth. Des résultats préliminaires récents ont montré que cette méthode d’analyse en profondeur, utilisant deux faisceaux, permet d’acquérir pour des molécules organiques telles que des lipides, des images d’ions en 3-D, une augmentation significative de la sensibilité, ainsi qu’un nettoyage sans endommagement de la surface d’échantillons précieux.
Le projet DEFIMAGE est multi- et interdisciplinaire. Il vise à faire une grande avancée en imagerie TOF-SIMS, ouvrant ainsi la porte à des études fondamentales en spectrométrie de masse d’une part, à de la recherche médicale d’autre part, et enfin à l’analyse chimique d’objets du patrimoine culturel.
Après l’installation d’une nouvelle source d’agrégats massifs d’argon sur le spectromètre de masse TOF-SIMS existant, qui délivrera des faisceaux d’agrégats constitués de plusieurs centaines à plusieurs milliers d’atomes d’argon, différentes conditions expérimentales seront évaluées pour tester et optimiser le profilage en profondeur sur des échantillons de coupes de cerveau de rat utilisé comme modèle d’étude de référence : la taille et l’énergie des agrégats d’argon utilisés pour la pulvérisation, ainsi que la taille et l’énergie des agrégats de bismuth utilisés pour l’analyse, et les doses relatives de chacun des faisceaux. Cela sera évalué selon trois directions : analyse en profondeur des sections minces de tissus, amélioration de la sensibilité, en sommant le signal ionique sur toute la profondeur de l’échantillon au cours de la pulvérisation (une augmentation d’un facteur au moins 100 est attendue), et nettoyage de la surface des échantillons par une pulvérisation douce des pollutions de surface avec les agrégats d’argon. Une attention particulière sera accordée à la migration possible des lipides pendant la décongélation sous vide des échantillons, ainsi qu’aux possibles effets de matrice induits par certains composés très spécifiques comme le cholestérol.
La première utilisation de cette nouvelle méthode consistera à analyser, avant et après les tirs laser, la composition en profondeur de coupes de tissus recouverts par la matrice pour l’imagerie MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption-Ionisation), afin d’améliorer la compréhension des phénomènes de désorption-ionisation impliqués en MALDI, en particulier en imagerie.
Puis deux applications sont consacrées à des domaines très différents. Pour chacun de ces cas, des collaborations informelles ont déjà commencé depuis plusieurs années, et des résultats préliminaires ou des preuves de concept ont d’ores et déjà été obtenus.
Une première application en recherche médicale se concentrera sur l’acquisition d’images ioniques d’artères remodelées, sélectionnées à partir d’échantillons complexes de poumons humains explantés de patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire, comparés à des témoins, ainsi que de rats modèles, afin d’aider à la compréhension de la physiopathologie de cette maladie incurable.
Enfin, dans le domaine du patrimoine culturel et de l’archéologie, la seconde application étudiera les pigments provenant d’échantillons de tableaux datant de la Renaissance au XXème siècle. Les données acquises aideront à caractériser l’utilisation et le mode de préparation des pigments et liants différents, l’origine des minéraux, la nature des liants, la synthèse chimique des composés, ou le mélange de différentes molécules organiques.
Chacune de ces applications a été choisie parce que l’instrumentation actuelle en imagerie TOF-SIMS y a déjà montré des limitations qu’il convient de dépasser.
L’objectif final sera de faire de l’imagerie par spectrométrie de masse TOF-SIMS une méthode de choix pour l’analyse chimique localisée à l’échelle du micron.