Analyse des composés organiques volatils par PTR-TOF-MS pour le dépistage des infections respiratoires à partir de l'air exhalé

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.