Analyse de l’urine par spectroscopie d'absorption moyen-infrarouge : évaluation du potentiel diagnostique en néphrologie et urologie

Urine analysis by mid-infrared absorption spectroscopy : evaluation of diagnostic potential in nephrology and urology

• Auteur / Autrice : Elie Sarkees
• Direction : Vincent Vuiblet, Olivier Piot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 05/07/2024
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie, Chimie, Santé (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BioSpectroscopie Translationnelle (BIOSPECT) - EA 7506 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Sire
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Vuiblet, Olivier Piot, Ali Tfayli, Claire Mangeney, Rime Michael-Jubeli
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ali Tfayli, Claire Mangeney

Mots clés

Mots clés contrôlés

Urologie

Néphrologie

Spectroscopie infrarouge

Imagerie infrarouge

Maladies rénales

Cancer

Vessie

Vessie -- Maladies

Rejet de greffe

Rein -- Transplantation

Analyse

Urine

Spectroscopie d'absorption

Mots clés libres

Spectroscopie vibrationnelle

Urine

Étude translationnelle

Transplantation rénale

Rejet

Cancer de la vessie

Vibrational spectroscopy

Urine

Translational study

Kidney transplantation

Rejection

Bladder cancer

Résumé

Bien que de nombreuses études de preuve de concept aient montré le potentiel diagnostique des techniques de spectroscopie vibrationnelle, leur utilisation comme outil de routine clinique n’a pas encore été validée. L’analyse de biofluide constitue une voie de développement translationnel de la technique ; en effet ces prélèvements obtenus de manière non ou minimalement invasive sont susceptibles de contenir des marqueurs reflétant la physiopathologie de maladies.L’urine est un biofluide d’intérêt diagnostique, particulièrement pour des maladies, affectant des organes du système urinaire, telles que l’inflammation rénale (rejet d’allogreffe rénale) et le cancer vésical. Dans le contexte de ces deux pathologies, notre démarche a consisté à analyser par spectroscopie d’absorption moyen-infrarouge des échantillons urinaires frais collectés au sein des services de Néphrologie et d’Urologie du CHU de Reims, et sans aucune étape pré-analytique. Ainsi, les mesures infrarouges reflètent la globalité de la composition moléculaire intrinsèque des prélèvements. Pour tenir compte de la variabilité de l’urine, nous avons opté sur la collection d’un nombre important d’échantillons, analysés après séchage au moyen d’un module haut-débit. Les données infrarouges ont été traitées au moyen de méthodes non-supervisées et supervisées, en évaluant les performances diagnostique des modèles de classification. Le cancer de la vessie de haut grade a pu être détecté avec une précision (« accuracy ») d'environ 65 % et une sensibilité de 87 %. Des résultats prometteurs ont également été obtenus pour la détection d’inflammation dans l'allogreffe rénale avec des valeurs de précision (« accuracy ») et de sensibilité de l’ordre de 79 %. De plus, l’impact de certains facteurs cliniques tels que le grade du cancer ou le degré d’inflammation sur ces performances a été étudié. Nos expérimentations permettent de dresser un bilan des capacités analytiques de la spectroscopie infrarouge dans le cadre d’études de terrain en milieu hospitalier.

Although numerous proof-of-concept studies have demonstrated the diagnostic potential of vibrational spectroscopy techniques, their use as a routine clinical tool has not yet been validated. Biofluid analysis is a translational development path for this technique, as these samples obtained in a non- or minimally-invasive manner are likely to contain markers reflecting the pathophysiology of diseases. Urine is a biofluid of diagnostic interest, particularly for diseases affecting organs of the urinary system, such as renal inflammation (renal allograft rejection) and bladder cancer. In the context of these two pathologies, our approach consisted of using mid-infrared absorption spectroscopy to analyse urine fresh samples collected in the Nephrology and Urology departments of the Reims University Hospital, without any pre-analysis stage. Infrared measurements therefore reflect the overall molecular composition of the samples. To take account of the variability of urine, we collected a large number of samples, which were analysed after drying using a high-throughput module. The infrared data was processed using unsupervised and supervised methods, and the diagnostic performance evaluation of the classification models showed promising results. High-grade bladder tumours could be detected with an accuracy of approximately 65%, and a sensitivity of 87%. Furthermore, Promising results were also obtained for the detection of inflammation in the renal allograft with accuracy and sensitivity values of around 79%. Additionally, the impact of certain clinical factors such as cancer stage or inflammation level on these performances was studied. Our experiments provide an overview of the analytical capabilities of infrared spectroscopy in the context of field studies in hospitals.