​On appelle volatolomique l'ensemble des expérimentations et analyses de composés organiques volatils (COVs) émis par différents fluides biologiques (salive, urine, sang, air expiré). De nos jours, dans le cadre de la médecine prédictive, l'analyse des COVs contenus dans l'air expiré intéresse particulièrement les cliniciens. Leur recueil est facile et non-invasif et des centaines d'entre eux constituent de potentiels marqueurs de pathologies ou de la réponse aux traitements médicamenteux.

La spectrométrie de masse par transfert de proton (PTR-TOF-MS^[1]) est une technologie prometteuse pour l'analyse en temps réel des COVs. Développée initialement pour les analyses environnementales d'échantillons uniques, son application à l'analyse de l'air expiré requiert de nouveaux algorithmes et outils logiciels. Ainsi, une distinction correcte des signaux entre les phases d'expiration et celles d'analyse de l'air ambiant est nécessaire, ainsi qu'une modélisation de la variation au cours du temps d'acquisition, pour optimiser la quantification des composés. De plus, l'analyse de cohortes cliniques en temps réel nécessite des fonctionnalités d'alignement des signaux entre les échantillons, et des performances computationnelles grâce au calcul parallèle.

Un outil convivial…

Dans cette optique, le logiciel ptairMS a été développé grâce à une collaboration entre l'équipe de sciences des données métabolomiques (SPI/Département Médicaments et Technologies pour la Santé) de l'Institut Joliot, le CEA LIST et la plateforme Exhalomics® de l'Université Versailles Saint-Quentin et de l'Hôpital Foch. Il est disponible en open source sur la plateforme de logiciels de bioinformatique, Bioconductor.

… et fiable !

Dans leur étude parue dans la revue Bioinformatics, les chercheurs mettent en évidence des résultats probants concernant la détection des COVs, aussi bien sur une simulation de données que sur des données expérimentales. Avec une sensibilité et une spécificité de détection s'élevant respectivement à 99 % et à 98,4 %, ptairMS révèle une très bonne discrimination des composés de l'air expiré.  Ce logiciel a déjà été utilisé avec succès pour l'étude des COVs provenant de l'air expiré de patients atteints de la COVID-19 et a permis de révéler l'existence d'un biomarqueur des formes sévère de la maladie (Il y a dans l'air expiré une signature spécifique à COVID chez les patients).

En facilitant l'analyse des COVs dans l'air expiré, les nouvelles fonctionnalités du logiciel ptairMS montrent encore une fois que les recherches menées au CEA permettent de répondre aux besoins des établissements de santé.

Contact CEA-Joliot : 

Etienne Thévenot (etienne.THEVENOT@cea.fr)

[1] PTR-TOF-MS : Proton-Transfer-Reaction coupled to Time-Of-Flight Mass-Spectrometry. Cette technique a été développée dans les années 2000 pour mesurer en temps réel les COVs dans l'air.