Projet ANR-12-JSV5-0005 – HRMACS : Développement et exploration de nouveaux micro-détecteurs RMN tournants pour des analyses métabolomiques de biopsies de petite masse
Programme : JCJC - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (JCJC SVSE 5) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Alan WONG (UMR-3299 CEA/CNRS – Service Interdisciplinarie sure les Systemes Moleculaires et les Materiaux, Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique)
Partenaires : Service Interdisciplinaire sur les Systèmes Moléculaires et les Matériaux
Montant : 216296.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 24 mois
Résumé : La résonance magnétique nucléaire (RMN) a montré ses potentialités pour  l'étude des systèmes biologiques. Cependant, sa faible sensibilité la rend incommode, très longue et complique l'analyse de quantités microscopiques. L'utilisation de spectromètres à très haut champ pourrait être une solution prometteuse pour la détection microscopique mais reste assez onéreuse. La méthode optimale est celle de l'utilisation de micro-détecteurs RMN qui nécessite de tourner l'échantillon à grande vitesse à l'angle magique (MAS: Magic Angle Spinning). La préparation d'échantillons hétérogènes tels que les tissus et la fabrication de détecteurs de micro-RMN adaptés à la rotation rapide s'avèrent délicates et gênent en pratique son usage.
Au sein de notre laboratoire, Sakellariou et al. ont conçus des détecteurs pour la micro-RMN, appelés MACS (Magic-Angle Coil Spinning). Cette approche améliore les limites de détection d'au moins un ordre de grandeur par rapport à la méthode MAS et conserve une très bonne qualité de résolution spectrale, les largeurs de raies proton étant d'environ ~5 Hz. Appliquée avec succès sur des échantillons de natures différentes (biopsies de tissus vivants, organismes vivants unicellulaires), elle s'est avérée une alternative peu onéreuse pour la détection sensible d'échantillons hétérogènes de faible masse nécessitant une rotation à l'angle magique (MAS). En combinant les techniques MACS et MAS dans le champ de fuite d'un aimant, Wong a aussi pu obtenir  à bas coût des images multidimensionnelles de haute résolution de type IRM. Ces résultats, en spectroscopie et en imagerie, laissent espérer de grandes avancées dans le développement de la technique MACS pour des échantillons précieux tels que les biopsies de tissus vivants.
Si les résultats obtenus par MACS sont impressionnants en matière de limite de détection, son impact ne pourra s'étendre à la communauté scientifique intéressée par le métabolisme qu'à condition de pouvoir obtenir de spectres RMN de résolution comparable à celle obtenue pour des liquides reste limité sur de grande séries.  Afin de pouvoir impacter cette communauté, il semble donc essentiel de concevoir un nouveau modèle de la méthode MACS améliorée sous deux aspectstout en conservant une grande sensibilité de détection: 1) Amélioration de l'homogénéité du champ statique B0 autour de la bobine afin d'obtenir des spectres avec une résolution comparable à celle observée sur des liquides; 2) Mise au point d'une procédure de préparation d'échantillons de l'ordre du nanolitre sans dégradation de tissus pour permettre le développement de ces analyses à grande échelle.  Ce projet de HRMACS (High-Resolution Magic-Angle Coil Spinning) tend donc à explorer et développer de nouvelles générations de MACS pour l'étude du métabolisme. Il regroupe les inventeurs de la technologie MACS, des experts en spectroscopie RMN du solide et du liquide et des histologistes. Il a pour but de faire progresser la technologie MACS dans le domaine de la métabolomique appliquée à différents systèmes biologiques, avec des applications notamment dans le diagnostic médical.
La première partie de ce projet visera à développer des protocoles expérimentaux de routine pour l'étude de biopsies de tissus par HRMAS. Simultanément, la nouvelle génération de bobine MACS, de mise en œuvre expérimentale suffisamment simple pour une application à de grandes séries d'échantillons et de résolution spectrale optimale, sera mise au point. Cette nouvelle technologie sera testée et optimisée sur des expériences de HRMAS. Les protocoles de préparation des échantillons de faible masse seront mis en place pour des analyses de RMN. L'amélioration de la résolution et la préparation rapide des échantillons permettra pour la première fois une étude à l'échelle microscopique de biopsies par RMN. Nous nous intéressons en particulier à un traitement par chimiothérapie du cancer du sein et aux activités métaboliques des métastases dans les poumons.