Responsable
François FENAILLE

francois.fenaille@cea.fr

Développement de méthodes d’analyse métabolomique, lipidomique et glycomique par spectrométrie de masse

Le métabolome désigne l’ensemble des composés organiques de faible taille (métabolites) présents dans un milieu biologique. L’objectif des analyses métabolomiques en recherche biomédicale est de caractériser des biomarqueurs en comparant des empreintes métaboliques contenant plusieurs milliers de signaux grâce à des outils d’analyse statistique appropriés. Ce type d’approche ouvre des perspectives prometteuses qui couvrent par exemple les domaines de la nutrition, du marquage de pathologie ou de toxicité, et à un niveau plus fondamental la compréhension globale des systèmes vivants.
En s’appuyant sur diverses techniques analytiques basées sur la spectrométrie de masse à haute résolution, notre laboratoire développe des outils d’exploration du métabolome, mais également des lipides (lipidomique) et des glycanes libres et liés aux lipides et aux protéines (glycomique). Ces deux dernières classes de biomolécules sont étroitement reliées entre elles et au métabolisme et nous exploitons la polyvalence de la spectrométrie de masse pour aboutir à une détection la plus exhaustive possible de toutes ces espèces moléculaires afin de renforcer nos chances de caractériser des biomarqueurs. Notre laboratoire est impliqué dans la constitution de bases de données spectrales de métabolites et de lipides. Nous développons également des méthodes de quantification absolue de métabolites dans les fluides biologiques.
Les principales applications concernent la recherche biomédicale dans le domaine de la neurologie, de la microbiologie, de l’hématologie, de la diabétologie, de la cancérologie et de l’allergologie en collaboration avec des équipes médicales, des biologistes et des industriels de la pharmacie et du diagnostic. Cette activité d’analyse métabolomique a obtenu un label IBiSA (plateforme Metabolome IDF) en 2010 et elle a donné lieu à la création de la société Profilomics en Juillet 2010. Le laboratoire est impliqué dans la construction d’une infrastructure nationale de métabolomique financée par les investissements d’avenir (Infrastructures Nationales en Biologie-Santé, projet MetaboHUB). Enfin, une collaboration avec la société medDay pharmaceuticals  a été initiée en 2014 pour la recherche de biomarqueurs de maladies neurologiques. 

Spectrométrie de masse appliquée aux protéines thérapeutiques, de biomarquage ou d’origine bioterroriste (programme NRBC-E)

A travers sa technologie et son savoir-faire, notre laboratoire essaye de répondre aux challenges de l’industrie pharmaceutique de ces prochaines années. En premier lieu, l’avènement des produits issus de technologies dites recombinantes a conduit au développement de nouveaux concepts thérapeutiques: protéines recombinantes (ex.: anticorps humanisés), siRNA ou oligonucleotides antisens. Ces développements impliquent des techniques de caractérisation structurale et de quantification originales que nous proposons à l’industrie pharmaceutique et agro-alimentaire. Dans le cadre de cette activité, plus d’une dizaine de collaborations industrielles ont déjà été initiées depuis 2005.
Une autre application concerne l’activité diagnostique dans le domaine des biomarqueurs. A ce jour, les techniques de références sont les techniques immuno-enzymatiques de type ELISA. Cependant, ces techniques peuvent parfois manquer de spécificité et/ou de reproductibilité et notre objectif est de proposer des approches alternatives basées sur l’association immunoaffinité et spectrométrie de masse. Cet axe de recherche fait l’objet de collaborations avec des équipes de cliniciens et de biologistes des hôpitaux.
Enfin, ces développements analytiques sont exploités au profit de la détection de protéines liées aux activités de bioterrorisme. Dans le cadre du programme NRBC (menace Nucléaire Radiologique Biologique et Chimique) porté par le CEA, notre laboratoire développe des outils pour la détection de toxines et de bactéries considérées comme des menaces potentielles. Une approche combinée d’immunoextraction et de spectrométrie de masse ciblée a permis d’obtenir des méthodes particulièrement sensibles pour des agents tels que la ricine (détection de 100 pg/mL de ricine) ou les spores de Bacillus anthracis (détection de 7.103 spores/mL). 

Spectrométrie de masse appliquée à la pharmacocinétique et au métabolisme des médicaments

Nous développons, validons et utilisons des méthodes permettant de détecter, quantifier et identifier les candidats médicaments et leurs métabolites dans différents fluides biologiques et  tissus par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse (basse et haute résolution) pour des partenaires des secteurs académiques et industriels. Le laboratoire a notamment acquis une expertise reconnue dans le domaine de la pharmacocinétique et le métabolisme de médicaments anti-VIH.
Nous sommes impliqués dans divers projets financés par l’ANR, l’ANRS, l’union européenne ou des industriels pharmaceutiques sur des problématiques de suivi d’efficacité, de simplification et ou modification de traitements, et également dans le cadre d’exploration de nouvelles formes de thérapies et de recherche de candidats médicaments dirigés contre des maladies rares ou négligées.