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Univ. Paris-Saclay

Sujet de stage / Master 2 Internship

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Mise au point de l'analyse de mélanges complexes par RMN au moyen du parahydrogène

Spécialité : / CHIMIE

Contact : HUBER Gaspard,
e-Mail : gaspard.huber@cea.fr,   Tel : +33 1 69 08 64 82
Laboratoire : NIMBE/LSDRM

Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Durée du stage : 0-6 mois
Date limite de constitution de dossier : 04/03/2022

Résumé :
La métabolomique est la science qui a trait à l'analyse des métabolites, petites molécules (moins de 1500 Da) présentes dans les organismes. Elle permet de comprendre le fonctionnement de ces organismes, et de détecter, identifier voire quantifier des métabolites qui signent un état pathologique ou un stress particulier. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique complémentaire de la spectrométrie de masse (SM) pour analyser des mélanges complexes de métabolites. Cependant, malgré sa robustesse et son caractère quantitatif, et à cause de sa faible sensibilité, la RMN n'est pas autant utilisée que la SM. Il existe différentes techniques d'augmentation du signal RMN. L'une d'elle tire parti des propriétés particulières du parahydrogène, un isomère de spins du gaz dihydrogène.

Le stage et la thèse consisteront à développer des méthodologies de techniques à base de parahydrogène, lorsqu'elle s'applique à des extraits métaboliques cellulaires ou à des biofluides. Elle implique des développements instrumentaux (fluidique, déplacement rapide d'échantillons). L'objectif est de proposer de nouveaux profils métaboliques, offrant une plus grande sensibilité et une certaine spécificité par rapport aux profils classiques par RMN, pour une meilleure détection, identification voire quantification des métabolites présents. Nous collaborons avec un autre laboratoire du CEA-Saclay, le LEMM, dont la métabolomique par spectrométrie de masse est le cœur de métier.

Sujet détaillé :
Contexte et projet de recherche :

La métabolomique vise à caractériser l'ensemble des "petites molécules" (< 1500 Da) d'un échantillon biologique et repose principalement sur la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et la résonance magnétique nucléaire (RMN). Ces deux techniques sont complémentaires. L’analyse LC-HRMS, très sensible, permet la détection de milliers de signaux à des concentrations allant jusqu’au nanomolaire, mais elle est peu reproductible. La RMN est robuste et quantitative, mais ne permet la détection que des métabolites les plus abondants en raison de son manque de sensibilité. Ces techniques sont complémentaires en matière d'identification moléculaire, la RMN apportant des informations à l'échelle locale, alors que la HRMS fournit des informations plus globale.

Une des méthodes connues pour augmenter drastiquement mais temporairement la sensibilité de la RMN emploie les propriétés particulières du parahydrogène. Le laboratoire a développé un montage d'enrichissement du dihydrogène en parahydrogène et effectué des développements méthodologiques sur son utilisation par RMN [1]. Certaines molécules peuvent voir leurs signaux caractéristiques augmentés au moyen d'une méthode nommée SABRE [2]. Récemment la gamme des molécules dont les signaux RMN sont sensibles à la méthode, jusque-là assez restreinte, a été étendue aux molécules possédant au moins un proton échangeable, une méthode nommée SABRE-Relay [3].

Le projet de recherche de M2 vise à explorer les méthodes SABRE et SABRE-Relay pour l'identification de métabolites urinaires. Le sujet implique des développements instrumentaux visant à déplacer rapidement des fluides (gaz ou liquides) dans la zone de détection du spectromètre RMN. Les résultats seront ensuite comparés à ceux obtenus par ailleurs par HRMS sur des échantillons similaires pour une aide à l'identification.

Environnement de travail :

Le stage M2 se déroulera au laboratoire structure et dynamique par résonance magnétique (LSDRM) du CEA de Saclay, en collaboration avec le laboratoire d’étude du métabolisme des médicaments (LEMM), dans le cadre d'une étude plus large conjuguant des analyses métabolomiques à base de RMN et de HRMS.
Le LSDRM est expert en développement d’approches originales pour la spectroscopie de résonance magnétique. Il développe en particulier des méthodes visant à augmenter la sensibilité de la RMN. Il est équipé de 6 spectromètres RMN de 1.0 à 11.7 T. Le LEMM s’est spécialisé dans l’analyse métabolomique depuis 2002, accumulant ainsi une expertise en terme de développement et de validation de méthodes LC-MS pour le profilage de biofluides et d'extraits tissulaires et cellulaires.

Profil du candidat et candidature :

Etudiant ingénieur et/ou M2 en physique, physico-chimie ou chimie. Spécialité chimie analytique ou physico-chimie avec un intérêt pour la RMN, l'instrumentation et les sciences expérimentales. Date de début de stage souhaitée: janvier ou février 2022. Les candidatures (CV et lettre de motivation) sont à envoyer à gaspard.huber@cea.fr.

Références :
[1] Guduff et al. Single-Scan Diffusion-Ordered NMR Spectroscopy of SABRE-Hyperpolarized Mixtures. ChemPhysChem 2019, 20, 392–398.
[2] Sellies et al. Parahydrogen induced hyperpolarization provides a tool for NMR metabolomics at nanomolar concentrations. ChemComm 2019, 55, 7235-7238.
[3] Iali et al. Using parahydrogen to hyperpolarize amines, amides, carboxylic acids, alcohols, phosphates, and carbonates. Sci. Adv. 2018; 4 : eaao6250
Techniques utilisées au cours du stage :
RMN

Mots clés : Physique, chimie physique

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