Soutenance de thèse de Angéline KERNALLEGUEN

L’analyse des cheveux est à présent reconnue comme un outil pertinent dans le domaine de la toxicologie, car elle permet de fournir un historique précis des habitudes de consommation d’un individu, qu’il s’agisse d’une consommation ponctuelle ou répétée. À la différence des fluides biologiques, sang et urine notamment, les xénobiotiques (et leurs métabolites) incorporés dans la matrice capillaire restent stables des mois voire des années. De plus, la collecte des cheveux est rapide et non invasive, et les échantillons peuvent être conservés à température ambiante sans qu’il y soit nécessaire de les analyser rapidement après le prélèvement. Cependant, l’interprétation des résultats est un réel challenge, notamment dans le domaine médicolégal. D’autre part, les techniques conventionnelles (LC-MS/MS notamment) sont destructives et nécessitent de travailler sur des mèches de cheveux, ce qui soulève des difficultés lorsque l’on ne dispose que de très peu de cheveux (nourrissons par exemple) ou des cheveux précieux (contexte anthropologique/historique). L’analyse d’un seul cheveu par désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI) offre de nombreux avantages par rapport aux techniques conventionnelles : la quantité de cheveux est réduite, la préparation des échantillons est simplifiée et les images sont acquises avec une résolution spatiale très élevée (~100 µm). L’objectif de ce travail a été de développer une méthode efficace et reproductible pour identifier et localiser les xénobiotiques dans une faible quantité de cheveux par spectrométrie de masse MALDI, soit couplée à une méthode d’imagerie, soit couplée à des plaques micro-réseaux (Microarrays for Mass Spectrometry, MAMS). L’imagerie MALDI (MALDI-MSn) nous a permis de caractériser et de cartographier l’évolution des quantités de xénobiotiques le long du cheveu avec une très haute résolution spatiale sans une préparation trop longue ou trop complexe des échantillons au préalable. La spectrométrie de masse MALDI-MAMS nous a permis de développer une méthode pour effectuer une semi-quantification de la cocaïne, de la benzoylecgonine, de l’ecgonine méthyl ester et du cocaéthylène à partir d’une quantité de 1 mg de cheveux et 2 heures d’extraction ; les résultats sont bien corrélés avec une méthode de quantification validée. Cette méthode est pertinente lorsque des résultats urgents sont requis. Au total, le développement de ces deux applications nous a permis de démontrer la pertinence de la spectrométrie de masse MALDI dans l’analyse toxicologique du cheveu. Les perspectives consistent à améliorer ces protocoles afin de les transposer en routine et de développer des méthodes de screening large par spectrométrie de masse MALDI. Mots clés : MALDI, MSn, Imagerie, Cheveux, Xénobiotiques, Profil de consommation  

Hair analysis is now recognized as a relevant tool in the field of toxicology. It provides a precise history of an individual’s exposure to drugs, whether it is a punctual or repeated consumption. Drugs, and their metabolites, incorporated in hair remain stable for months or even years, unlike biological fluids (blood or urine). In addition, hair collection is fast, non-invasive and samples can be stored at room temperature without the need for rapid analysis after collection. However, interpretation of the results in hair matrix is still a real challenge, especially in forensics. Moreover, conventional techniques (LC-MS/MS in particular) are destructive and require the analysis of complete hair strands. This raises difficulties when few hair samples are available (infants for example) or are precious hair (anthropological/historical context). Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization (MALDI) has many advantages over conventional techniques: the amount of hair needed is reduced, the sample preparation is simplified and the images are acquired with high spatial resolution (~ 100 μm). The objective of this work was to develop an efficient and reproducible method for identifying and localizing drugs in a small amount of hair by MALDI mass spectrometry, either coupled to an imaging method, or coupled to Microarrays for Mass Spectrometry (MAMS) plates. MALDI (MALDI-MSn) imaging allowed us to characterize and map the evolution of drugs amounts along the hair with very spatial resolution avoiding long and complex pre-sample preparation. MALDI-MAMS mass spectrometry allowed us to develop a method for semi-quantitation of cocaine, benzoylecgonine, ecgonine methyl ester and cocaethylene using 1 mg of hair and 2 hours of extraction; the results are well correlated with a validated quantification method. This method is relevant when urgent results are required. In total, the development of these two applications demonstrates the relevance of MALDI mass spectrometry in the toxicological analysis of hair. The prospects are to improve these protocols in order to transpose them routinely and to develop large screening methods by MALDI mass spectrometry. Keywords: MALDI, MSn, Imaging, Hair, Drugs, Consumption profile