Ecole Doctorale
Sciences de la Vie et de la Santé
Spécialité
Biologie-Santé - Spécialité Recherche Clinique et Santé Publique
Etablissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Spectrométrie de masse MALDI,Imagerie,Cheveux,Médico-légale,Profil de consommation,
Keywords
MALDI mass spectrometry,Imaging,Human hair,Forensic,Consumption profil,
Titre de thèse
Caractérisation et localisation des xénobiotiques dans les cheveux par spectrométrie de masse MALDI
Characterizeation and localization of drugs in hair by MALDI mass spectrometry
Date
Vendredi 21 Décembre 2018 à 14:00
Adresse
Faculté de Médecine,
27 boulevard Jean Moulin
13005 Marseille Salle de thèse 1 - faculté de médecine
Jury
CoDirecteur de these |
M. Georges LEONETTI |
Aix-Marseille Université - Faculté de Médecine |
CoDirecteur de these |
Mme Anne-Laure PéLISSIER-ALICOT |
Service de Médecine Légale |
Examinateur |
Mme Christine ENJALBAL |
Université de Montpellier - IBMM |
Rapporteur |
M. Pascal KINTZ |
Université de Strasbourg |
MD1 Inserm-U 1261 |
Daniel LAFITTE |
Aix-Marseille Université - UMR |
Examinateur |
M. Renato ZENOBI |
Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich |
Rapporteur |
Mme Hélène ROGNIAUX |
INRA science et impact |
Résumé de la thèse
Lanalyse 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 dun individu, quil sagisse dune 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 quil y soit nécessaire de les analyser rapidement après le prélèvement. Cependant, linterprétation des résultats est un réel challenge, notamment dans le domaine médicolégal. Dautre 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 lon ne dispose que de très peu de cheveux (nourrissons par exemple) ou des cheveux précieux (contexte anthropologique/historique).
Lanalyse dun 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).
Lobjectif 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 dimagerie, soit couplée à des plaques micro-réseaux (Microarrays for Mass Spectrometry, MAMS).
Limagerie MALDI (MALDI-MSn) nous a permis de caractériser et de cartographier lévolution 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 lecgonine méthyl ester et du cocaéthylène à partir dune quantité de 1 mg de cheveux et 2 heures dextraction ; 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 lanalyse 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
Thesis resume
Hair analysis is now recognized as a relevant tool in the field of toxicology. It provides a precise history of an individuals 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