Projet ANR-12-BSV5-0003 – MAX4US : Miniaturization And hyperpolarized Xenon NMR for Ultrahigh Sensitivity
Programme : Blanc - SVSE 5 - Physique, chimie du vivant et innovations biotechnologiques (Blanc SVSE 5) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Patrick BERTHAULT (SIS2M, UMR CEA/CNRS 3299)
Partenaires : Service Interdisciplinaire sur les Systèmes Moléculaires et les Matériaux; Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Énergie; Laboratoire de Chimie
Montant : 406104.0 euros
Date de début : 2012
Durée : 36 mois
Résumé : Ce projet ambitieux vise à proposer l’utilisation combinée de la RMN du xénon 129 hyperpolarisé et de micro-bobines comme un outil diagnostic ultra sensible d’évènements biologiques. Deux propriétés principales du gaz rare seront tout d’abord utilisées: i) le gain énorme en sensibilité apporté par l’hyperpolarisation, ii) sa très grande réceptivité à l’environnement local, se traduisant par une grande gamme de variation des paramètres RMN et en  particulier du déplacement chimique. Deuxièmement le seuil de détection de l’approche sera encore abaissé par la conception d’un système micro-fluidique associé à des micro-bobines radiofréquences. Cela devrait nous permettre de descendre sous la femtomole, c'est-à-dire plusieurs ordres de grandeur mieux que ce qui est réalisé par les autres techniques de résonance magnétique.
Ce projet se focalise sur des études in vitro. Dans une première application, le xénon sera utilisé seul avec des suspensions de cellules biologiques en tant que sonde librement diffusive des propriétés intra-cellulaires. La signature spectrale spécifique du xénon dans le compartiment intérieur de cellules vivantes donnera accès à des  informations structurales et morphologiques précieuses telles que la perméabilité de la membrane plasmique, une propriété importante pour l’étude des cellules cancéreuses. Dans une deuxième application, des molécules hôtes du xénon seront fonctionnalisées afin de permettre la détection d’évènements biologiques spécifiques. L’encapsulation du xénon dans de tels systèmes modifiera significativement sa fréquence de résonance et donc améliorer sa capacité de détection. 
Ce projet de trois ans regroupe trois laboratoires à la pointe de leurs recherches respectives. Les physico-chimistes de la première équipe seront responsables des expériences RMN et IRM du xénon hyperpolarisé, pour lesquelles ils ont une grande expérience. Ce laboratoire a récemment acquis une salle de cultures cellulaires et l’expertise dans ce domaine par le recrutement d’une biophysicienne. La conception  du système de RMN miniaturisé sera entrepris par la seconde équipe qui développe des procédés innovants d’écriture chimique sur des substrats polymériques (procédé GraftFast). Ainsi elle pourra construire des bobines de détection de différentes formes sur des substrats flexibles par des techniques à bas coût ne nécessitant pas de salle blanche. La troisième équipe comprend des chimistes organiciens spécialistes des cryptophanes qui sont les molécules-cages hôtes idéales pour le xénon hyperpolarisé dans des applications d’imagerie moléculaires.  
L’objectif final de ce projet est de rassembler tous ces développements et découvertes dans un système intégré type ‘laboratoire sur une puce’ dont l’applicabilité et l’adaptabilité sur les spectromètres commerciaux seront ouvertes à de nombreux problèmes de diagnostic in vitro.