Spectrométrie de mobilité ionique pour la lipidomique du plasma humain : vers la mesure standardisée de sections efficaces de collision

Ion mobility spectrometry for human plasma lipidomics : towards standardized collision cross sections

• Auteur / Autrice : Anais George
• Direction : Corinne Loutelier-Bourhis, François Fenaille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/11/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale normande de chimie (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Chimie organique, bioorganique : réactivité et analyse (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime ; 2000-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Levacher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Le Bizec, Kevin Pagel, Christine Enjalbal, Justine Bertrand-Michel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Le Bizec, Kevin Pagel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étalonnage

Lipidomique

Métabolomique

Spectrométrie de masse

Spectroscopie de mobilité ionique

Mots clés libres

Mobilité ionique

Section efficace de collision

Spectrométrie de masse

Métabolomique

Lipidomique

Etalonnage en mobilité ionique

TWIMS

TIMS

DTIMS

Ion mobility spectrometry

Collision cross section

High-resolution mass spectrometry

Metabolomics

Lipidomics

Ion mobility calibration

TWIMS

TIMS

DTIMS

Résumé

La métabolomique consiste en l’étude des petites molécules d’un organisme vivant, pour permettre une meilleure compréhension des systèmes biologiques. L’identification des molécules d’intérêt au sein d’extraits biologiques complexes reste un défi majeur. C’est dans ce cadre que de nouvelles avancées sont réalisées pour développer des méthodes d’identification plus fiables et performantes. La spectrométrie de mobilité ionique peut être facilement couplée à la spectrométrie de masse ajoutant ainsi une capacité de séparation et un descripteur supplémentaire, la section efficace de collision ou CCS, prenant en compte la structure tridimensionnelle de l’ion.Différentes technologies IMS sont disponibles et différentes méthodes de détermination des CCS (primaire, sans étalonnage et secondaire, avec procédure d'étalonnage) ont été décrites. Des études sont nécessaires pour vérifier la reproductibilité et la robustesse des mesures de CCS dans ces différentes conditions. Mes travaux de recherche portent sur cette problématique. Dans un premier temps, toutes les sources de déviations affectant la détermination des CCS de lipides ont été étudiées et évaluées. Ainsi, il a été vérifié que les paramètres de source et de mobilité ionique ont un impact négligeable devant la précision actuellement admise de 2%. Dans un deuxième temps, divers étalons commerciaux actuellement utilisés pour la détermination des CCS à l'aide de méthodes secondaires ont ensuite été étudiés. Enfin, la comparabilité des CCS de lipides de plasma humain obtenues à l’aide de trois technologies distinctes, Travelling wave IMS (TWIMS), Drift Tube IMS (DTIMS) and Trapped IMS (TIMS) a été évaluée. Un bon accord a pu être obtenu entre les valeurs de CCS obtenues à l'aide de trois technologies IMS différentes en utilisant le même étalon. Il a été démontré que la constitution de librairies de CCS interopérables est clairement réalisable si des conditions standardisées tant du côté analytique que du côté du traitement des données sont définies et utilisées.Cette étude est donc un pas vers la généralisation de l’utilisation de ce descripteur, ce qui ouvre la voie à de nombreuses autres applications de la mobilité ionique dans des domaines tels que la santé, la nutrition, l’environnement.

Metabolomics is the study of the whole set of small molecules in living organisms and it can provide a better understanding of biological systems. Identifying molecules of biological interest remains a major analytical challenge. It is in this context that new advances are made to find more reliable and efficient identification methods. Ion mobility spectrometry (IMS) can be easily coupled to high resolution mass spectrometry to provide an additional separation dimension and an additional descriptor, the collision cross section or CCS, which reflects the three-dimensional structure of an ion in a buffer gas.Different IMS technologies are currently available and different methods for CCS determination (primary method without calibration and secondary methods including a calibration procedure) have been described and investigations are required to evaluate the reproducibility and robustness of CCS measurements. My research project addressed this aspect. First, all sources of deviations that could affect lipid CCS determination were investigated and evaluated. We have checked that changes in source and ion mobility parameters had negligible impact on CCS determination. Then, various commercial calibrants currently utilized for CCS determination using secondary methods were evaluated. Finally, the comparability of human plasma lipid CCS retrieved from three distinct technologies, Travelling wave IMS (TWIMS), Drift Tube IMS (DTIMS) and Trapped IMS (TIMS) was assessed. Good agreement was achieved between CCS values from three different IMS technologies using the same calibrant. My results have also showed that the constitution of interoperable CCS libraries is clearly achievable if standardized conditions and procedures are defined and applied for both data acquisition and processing.This study thus represents a first step towards the widespread use of this descriptor, and potentially the opening up to many other applications of ion mobility in various fields such as health, nutrition and environment.