Analyse des composés organiques volatils par PTR-TOF-MS pour le dépistage des infections respiratoires à partir de l'air exhalé
Analyse des composés organiques volatils pour un dépistage rapide des infections respiratoires à partir de l'air exhalé
Promoteur : Hospices Civils de Lyon
Titre et résumé traduits de l’anglais par le portail, à partir de la fiche publiée par le registre source, le 13 septembre 2026. Traduction automatique, sans relecture médicale : elle ne modifie ni n’interprète le contenu ; en cas de doute, le texte original fait foi.
Texte original (anglais)
Volatile Organic Compounds Analysis by PTR-TOF-MS for Screening Respiratory Infections Using Exhaled Breath.
Volatile Organic Compounds Analysis for Rapid Testing Using EXhaled Breath for Respiratory Infection
Emerging respiratory diseases are a global health threat. Viruses such as influenza and coronaviruses have been the main cause of pandemics over the last century. In general, the impact of these respiratory infections is not limited to pandemic risks. Indeed, some pathogens also induce seasonal epidemics with a significant medical and economic burden. It is therefore essential to strengthen global surveillance, warning systems and early diagnosis capabilities for pathogens responsible for respiratory infections. One promising and recognized approach is the analysis of exhaled air, which contains a complex mixture of volatile organic compounds (VOCs), also known as the "volatilome". The volatilome is influenced by the patient's metabolism, immune system and microbiome. It can be disturbed by the presence of a pathogen. A possible approach to study the human volatilome is called the "on-line" method. Among the technologies capable of performing online analysis, analyzers using TOF (time-of-flight) technology separate ions according to velocity differences after acceleration by a fixed potential, and then measure all mass/charge ratios simultaneously. The data obtained takes the form of a mass spectrum composed of a multitude of peaks representing the abundance of each detected chemical species contained in the exhalation. The sensitivity and measurement speed of instruments using PTR-TOF-MS (Proton Transfer Reaction - Time of Flight - Mass spectrometer) technology enable real-time monitoring of the exhalation process, making it possible to analyze exhaled air as a function of time. PTR-TOF-MS instruments are usually compact in design, enabling them to be deployed in environments such as hospital emergency wards or mass screening centers. The aim of the VORTEX-1 study is to include patients presenting with signssymptoms of respiratory infections, irrespective of microbiological etiology, to approximate a routine clinical context, thus including infections of various viral or bacterial origins. In addition, a so-called "control" group will also be sampled, made up ofcomposed by healthy subjects (with nowithout respiratory infections or serious or chronic pathologies at the time of sampling). In parallel with the study of the chemical composition of the exhaled air of these patients, and to further our understanding of the factors influencing the volatilome, a combined exploratory analysis of the respiratory microbiota, the host response at the time of infection, and the pathogen(s) responsible for the infectious episode is required. To date, no such analysis exists in the scientific literature, probably due to the technical and logistical complexity of integrating data from multiple sources and the lack of a multidisciplinary consortium with the necessary expertise.In parallel with the study of the chemical composition of the exhaled air of these patients, and in order to go further in understanding the factors influencing the volatilome, a combined exploratory analysis of the respiratory microbiota, the host response at the time of infection and the pathogen(s) responsible for the infectious episode is required. To date, no such analysis exists in the scientific literature, probably due to the technical and logistical complexity of integrating data from multiple sources, but also to the absence of a multidisciplinary consortium capable of bringing together all the necessary expertise within the same project. The detection of specific VOCs could considerably improve and facilitate the diagnosis of these respiratory diseasesinfections. This research could revolutionize the diagnosis of respiratory infections by offering a rapid, non-invasive and easily scalable alternative to conventional diagnostic methods such as PCR tests, which require nasopharyngeal sampling. In parallel with the study of the chemical composition of the exhaled air of these patients, and to further our understanding of the factors influencing the volatilome, a
Les maladies respiratoires émergentes constituent une menace sanitaire mondiale. Des virus tels que les virus de la grippe et les coronavirus ont été la principale cause de pandémies au cours du siècle dernier. De manière générale, l'impact de ces infections respiratoires ne se limite pas aux risques pandémiques. En effet, certains agents pathogènes provoquent également des épidémies saisonnières représentant un fardeau médical et économique important. Il est donc essentiel de renforcer la surveillance mondiale, les systèmes d'alerte et les capacités de diagnostic précoce des agents pathogènes responsables d'infections respiratoires. Une approche prometteuse et reconnue est l'analyse de l'air exhalé, qui contient un mélange complexe de composés organiques volatils (COV), également appelé « volatilome ». Le volatilome est influencé par le métabolisme du patient, son système immunitaire et son microbiome. Il peut être perturbé par la présence d'un agent pathogène. Une approche possible pour étudier le volatilome humain est appelée la méthode « en ligne ». Parmi les technologies capables de réaliser une analyse en ligne, les analyseurs utilisant la technologie TOF (temps de vol) séparent les ions selon leurs différences de vitesse après accélération par un potentiel fixe, puis mesurent simultanément l'ensemble des rapports masse/charge. Les données obtenues se présentent sous la forme d'un spectre de masse composé d'une multitude de pics représentant l'abondance de chaque espèce chimique détectée dans l'exhalation. La sensibilité et la vitesse de mesure des instruments utilisant la technologie PTR-TOF-MS (Proton Transfer Reaction - Time of Flight - Mass spectrometer, spectromètre de masse à temps de vol par réaction de transfert de protons) permettent un suivi en temps réel du processus d'exhalation, rendant possible l'analyse de l'air exhalé en fonction du temps. Les instruments PTR-TOF-MS sont généralement de conception compacte, ce qui permet de les déployer dans des environnements tels que les services d'urgence hospitaliers ou les centres de dépistage de masse. L'objectif de l'étude VORTEX-1 est d'inclure des patients présentant des signes ou symptômes d'infection respiratoire, indépendamment de l'étiologie microbiologique, afin de se rapprocher d'un contexte clinique de routine, incluant ainsi des infections d'origines virale ou bactérienne diverses. Par ailleurs, un groupe dit « témoin » sera également échantillonné, composé de sujets sains (sans infection respiratoire ni pathologie grave ou chronique au moment du prélèvement). En parallèle de l'étude de la composition chimique de l'air exhalé de ces patients, et afin d'aller plus loin dans la compréhension des facteurs influençant le volatilome, une analyse exploratoire combinée du microbiote respiratoire, de la réponse de l'hôte au moment de l'infection et du ou des agents pathogènes responsables de l'épisode infectieux est nécessaire. À ce jour, une telle analyse n'existe pas dans la littérature scientifique, probablement en raison de la complexité technique et logistique de l'intégration de données provenant de sources multiples, mais aussi de l'absence d'un consortium multidisciplinaire capable de réunir toute l'expertise nécessaire au sein d'un même projet. La détection de COV spécifiques pourrait considérablement améliorer et faciliter le diagnostic de ces infections respiratoires. Cette recherche pourrait révolutionner le diagnostic des infections respiratoires en offrant une alternative rapide, non invasive et facilement extensible aux méthodes de diagnostic conventionnelles telles que les tests PCR, qui nécessitent un prélèvement nasopharyngé.
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