Cette étude a pour objectif de développer des bolomètres métalliques magnétiques (MMC). De tels dispositifs présentent un intérêt pour la mesure des intensités d’émission X relatives et la mesure de la forme des spectres bêta. Dans le premier cas, ils permettent d'atteindre des incertitudes inférieures à 0,5 % pour les raies les plus intenses. Ceci implique une excellente résolution en énergie (< 50 eV), un taux de comptage de 10 coups par seconde et un rendement de détection intrinsèque quasi constant en dessous de 25 keV. Dans le second cas, on peut tirer profit de leur seuil de détection en énergie très bas, et en conséquence de réaliser des mesures avec un rendement de détection de 100 % entre le seuil de détection et une résolution en énergie de quelques pour mille de l’énergie maximale.

Objectifs

Développer des bolomètres métalliques magnétiques (MMC) : pour la mesure des intensités d’émission X relatives avec des calorimètres magnétiques avec une incertitude inférieure à 0,5 % pour les raies les plus intenses. Ceci implique une excellente résolution en énergie (< 50 eV), un taux de comptage de 10 coups par seconde et un rendement de détection intrinsèque quasi constant en dessous de 25 keV.

Développer des bolomètres métalliques magnétiques (MMC) : pour la mesure de la forme des spectres bêta avec des calorimètres magnétiques offrant un seuil de détection en énergie très bas, un rendement de détection de 100 % entre le seuil de détection et une résolution en énergie de quelques pour mille de l’énergie maximale.

Résumé et premiers résultats

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SIB-RI-01 fig0
Photographie du calorimètre magnétique SMX3

L’objectif du présent projet pour la spectrométrie X est de développer un calorimètre métallique magnétique  (MMC) haute résolution en énergie pour mesurer avec précision les spectres de photons X émis par les radionucléides en dessous de 25 keV.

Concernant le développement du calorimètre, les performances de ces détecteurs ont été étudiées avec des absorbeurs en bismuth afin d’augmenter la sensibilité. Bien que très prometteurs, ces absorbeurs n’ont pas fourni les résultats escomptés). Des absorbeurs or-argent ont été optimisés par simulation Monte-Carlo afin de minimiser leur capacité thermique et maximiser le rendement de détection intrinsèque.

Quatre absorbeurs or-argent ont été fabriqués, puis testés sur une matrice de 2, puis 4 pixels avec succès (détecteur nommé SMX3) : la résolution en énergie est de 26 eV jusqu’à 26 keV, les constantes de temps de descente sont de 4 ms (autorisant un taux de comptage de 10 s-1) et le rendement intrinsèque est supérieur à 97 % en dessous de 25 keV.

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IND-RI-01 fig1
Sensibilité des prototypes en fonction de la température

Les spectres de photons XL issus de l’Am-241 et du Pb-210 ont été mesurés avec le détecteur SMX3. D’importantes raies satellites ont été mises en évidences. Les intensités d’émission relatives des raies X individuelles ont pu être mesurées avec précision. Il reste à caractériser de façon expérimentale le rendement de détection, jusqu’ici établi par simulation Monte-Carlo. En outre, d’autres radionucléides seront à mesurer pour confirmer la reproductibilité des performances du détecteur.   

En spectrométrie bêta, le spectre du 241Pu a été mesuré en utilisant une source réalisée par électro-précipitation. L’accord entre les formes expérimentale et théorique du spectre est bon. Un écart entre la valeur de l’énergie maximale du spectre expérimental et la valeur recommandée, déjà observée dans une mesure précédente, a été confirmé.

Une mesure directe des probabilités de capture (PK, PL, PM) du 55Fe est en préparation. Elle exige un dispositif de lecture du signal très performant. Les premiers exemplaires de ces composants ont été fournis et testés récemment. Une source de 55Fe a été réalisée par électrodéposition sur une feuille d’or. Une première tentative de mesure sera effectuée prochainement.

En vue de la validation de la méthode de spectrométrie bêta utilisant des calorimètres magnétiques pour la gamme d’énergie 150 keV – 300 keV, une première série de sources de 14C a été réalisée par contamination à partir d’une solution de forte activité massique. La mesure d’une des sources encapsulées dans l’absorbeur d’un L’objectif du présent projet pour la spectrométrie X est de développer un calorimètre métallique magnétique haute résolution en énergie pour mesurer avec précision les spectres de photons X émis par les radionucléides en dessous de 25 keV.

A partir d’une énergie maximale du spectre bêta de quelques centaines de keV, une fraction non négligeable de l’énergie des particules bêta peut s’échapper de l’absorbeur sous forme de photons de Bremsstrahlung. Une étude théorique sur la capacité de différents matériaux d’absorbeur à minimiser cette perte d’énergie est en cours. Une série de simulations Monte-Carlo a démontré que le meilleur absorbeur serait un matériau bicouche composé d’un matériau à faible numéro atomique à l’intérieur, en contact avec l’émetteur bêta, et d’un matériau à numéro atomique élevé à l’extérieur. L’estimation de la performance des MMC avec ces différents absorbeurs en termes de résolution et de seuil en énergie complétera cette étude.

 

Impacts scientifiques et industriels

  • Les spectres obtenus avec les calorimètres magnétiques permettront de mesurer quantitativement les intensités d’émissions relatives et les énergies des photons XL (ou XK) de différents radionucléides. Ceci afin d’améliorer la connaissance de certains radionucléides et de fournir aux utilisateurs de spectrométrie X, des informations pour faciliter la déconvolution de leurs spectres, et des données expérimentales pour permettre des comparaisons avec des calculs théoriques.
  • Les détecteurs cryogéniques développés pour la spectrométrie bêta permettront au LNE-LNHB d’établir et de publier des facteurs de forme des spectres bêta. Ces facteurs de forme seront utilisés dans le calcul du rendement de détection des techniques de mesure d’activité d’émetteurs bêta comme la scintillation liquide, les chambres d’ionisation ou la méthode 4πβγ. Ils donneront accès aux énergies moyennes et maximales des émissions bêta, données importantes dans la médecine nucléaire ainsi que dans le calcul de la chaleur résiduelle dans les cœurs de réacteurs. Ils contribueront également à l’amélioration des méthodes de calcul des spectres bêta.

Publications et communications

MOUGEOT X., BÉ M.-M., BISCH C. et LOIDL M.,Corrections for exchange et screening effects in low-energy beta decays”, Nuclear Data Sheets, 120, 2014, 129-132, DOI: 10.1016/j.nds.2014.07.026

LOIDL M., RODRIGUES M., LE-BRET C. et MOUGEOT X.,Beta spectrometry with metallic magnetic calorimeters”, Applied Radiation Isotopes, 87, 2014, 302-305, DOI: 10.1016/j.apradiso.2013.11.024.

LOIDL M., LE-BRET C., RODRIGUES M. et MOUGEOT X.,Evidence for the exchange effect down to very low energy in the beta decays of 63Ni and 241Pu”, Journal of Low Temperature Physics, 176, 2014, 1040-1045, DOI: 10.1007/s10909-014-1190-9.

LOIDL M., MOUGEOT X., BE M.-M., BISCH C., LE-BRET C. et RODRIGUES M., « Effets atomiques sur les émissions bêta à basse énergie : calcul et mesure », Revue française de métrologie, 4, 2014, 36, 3-10, DOI: 10.1051/rfm/2014012.

RODRIGUES M., LOIDL M., PIES C., FLEISCHMANN A. et ENSS C.Development of large bismuth absorbers with magnetic calorimeters for X-ray spectrometry”, Journal of Low Temperature Physics 176, 2014, 610-616; DOI: 10.1007/s10909-014-1124-6

LOIDL M., LE-BRET C., RODRIGUES M. et MOUGEOT X. “Evidence for the exchange effect down to very low energy in the beta decays of 63Ni and 241Pu”, Proc. of the 15th International Workshop on Low Temperature Detectors, LTD-15, Pasadena, USA, 24-28 June 2013.

RODRIGUES M., LOIDL M., PIES C., FLEISCHMANN A. et ENSS C.Development of large bismuth absorbers with magnetic calorimeters for X-ray spectrometry”, Proc. of the 15th International Workshop on Low Temperature Detectors, LTD-15, Pasadena, USA, 24-28 June 2013.

LOIDL M., RODRIGUES M., LE-BRET C. et MOUGEOT X, “Beta spectrometry with metallic magnetic calorimeters”, 19th International Conference on Radionuclide Metrology and its Applications (ICRM 2013), Antwerp, Belgium, 17-21 June 2013.

Partenaires

  • Collaboration avec l’équipe « Quantum sensors » de l’Université de Heidelberg.
  • Collaboration avec le département de physique de l’Université de Fribourg

Le projet européen, coordonné par le SFI-Davos (Suisse), a pour objectif le développement de méthodes de mesure de l’éclairement spectral solaire direct, diffus et global entre 290 nm et 400 nm avec une incertitude de 1 % à 2 % et de nouveaux instruments de mesure rapide de l’éclairement spectral (spectroradiomètres UV à TF) pour prendre en compte les variations rapides des conditions atmosphériques (durée de la mesure inférieure à 10 s et répétition inférieure à 1 min).

Objectifs

Amélioration des mesures du rayonnement UV du spectre solaire arrivant au sol ;

Estimation des incertitudes des spectroradiomètres à matrice ;

Développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite.

Résumé et Premiers Résultats

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ENV-RO-01_Fig1

Les travaux sont répartis entre 11 partenaires et sont organisés en 4 lots de tâches techniques :

  1. Réduire la chaîne de traçabilité des mesures d’éclairement spectrique pour le spectre solaire UV afin de réduire les incertitudes de mesure avec les spectroradiomètres ;
  2. Améliorer les techniques de caractérisation du rayonnement solaire avec des spectroradiomètres à matrice ;
  3. Améliorer le spectroradiomètre portable de référence UV « QASUME » ;
  4. Étude de nouvelles technologies utilisables pour améliorer les incertitudes de mesure.

Le projet a débuté le 1er août 2011 pour une durée de 3 ans. Le LCM est impliqué dans les lots 2 et 4 pour l’estimation des incertitudes des spectroradiomètres à matrice et le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite.

Les causes d’incertitudes sur les mesures réalisées avec des spectroradiomètres à matrice ont été inventoriées et présentées aux partenaires du projet en 2012. En 2013, un logiciel a été réalisé sous MATLAB pour évaluer les incertitudes de mesure du rayonnement solaire selon la méthode de Monte-Carlo et le guide d’utilisation a été rédigé. La donnée de sortie est la fonction de distribution de probabilité (Probability Distribution Function, PDF) de l’éclairement solaire à quelques longueurs d’onde à partir de laquelle on peut déterminer l’éclairement solaire et l’incertitude associée correspondant respectivement à la valeur moyenne et l’écart type de la distribution PDF.

Le développement d’un spectroradiomètre à barrette de photodiodes optimisé pour la mesure du spectre entre 290 nm et 400 nm et avec une minimisation de la lumière parasite s’effectue en collaboration avec Jobin Yvon. Le spectroradiomètre a été caractérisé concernant la lumière parasite et le caisson thermalisé a été testé du point de vue mécanique et thermique. Pour réduire le taux de lumière parasite le LCM propose de présélectionner des bandes spectrales à l’aide de filtres spécifiques. Les optiques d’entrée incluant les filtres et les obturateurs ont été réalisés. Le spectroradiomètre est de type VS140 de chez Jobin Yvon. Le principe du spectroradiomètre modifié est indiqué sur la figure 1.

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ENV-RO-01_Fig2
Schéma de principe du spectroradiomètre

 

Différentes configurations de filtres (épaisseur et type de filtre) ont été caractérisées du point de vue de la transmission. Puis des mesures ont été faites pour évaluer l’influence de la lumière parasite sur l’ensemble du système modifié.

 

Site du projet:

http://projects.pmodwrc.ch/env03/

Impacts scientifiques et industriels

Amélioration de la fiabilité des mesures (traçabilité et incertitudes) du rayonnement UV dont les valeurs entrent dans de nombreux modèles de prédictions et des programmes de prévention (climat, environnement, santé).

Publications et communications

DUBARD J. et  ETIENNE R., “Monte Carlo uncertainty evaluation of UV solar spectral irradiance measurements using array spectroradiometer”, 7th Workshop on Ultraviolet radiation measurements (UVNET), Davos, Suisse, 27-28 août 2013.

DUBARD J., VALIN T., ETIENNE R. et EBRARD G., “EMRP-ENV03: Traceability for surface  spectral solar ultraviolet radiation”, 16e Congrès International de Métrologie, Paris, France, 7-10 octobre 2013, DOI: 10.1051/METROLOGY/201318001.

Partenaires

Partenaires du JRP-ENV03 :

  • SFI Davos (Switzerland),
  • EJPD/METAS (Switzerland),
  • PTB (Germany),
  • VSL (Netherlands),
  • CMI (Czech Republic),
  • LNE (France),
  • INRIM (Italy),
  • Aalto (Finland),
  • CMS (Austria),
  • Kipp&Zonen (Netherlands),
  • IMU (Austria).

Aux échelles des micro- et nano-débits de liquides, l'étalonnage revêt un caractère critique, notamment pour des applications telles que le dosage volumétrique et l'administration de médicaments. En particulier, pour des médicaments avec une très courte demi-vie (de l'ordre de la minute), ou pour des médicaments qui requièrent une très faible concentration sanguine pour des raisons de toxicité, tels que les médicaments vasoactifs ou anesthésiants, la quantité exacte de volume administré ainsi que la stabilité du débit sont cruciales.

Objectifs

Mise en place d’une infrastructure pour l'étalonnage des systèmes de délivrance de médicaments pour des débits jusqu'à 10-100 nl/min

Développement d’étalons de transfert pour l’étalonnage des équipements de délivrance de médicaments sur site

Evaluation des performances des dispositifs d'administration de médicaments, de la dépendance aux conditions d'exploitation et des caractéristiques cliniques

Fourniture d’un guide de bonnes pratiques pour la délivrance de médicaments et l’amélioration des services d'étalonnage pour les dispositifs d'administration de médicaments

Résumé et premiers résultats

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Banc de microdébitmétrie liquide du Cetiat
Banc micro débits du CETIAT

Jusqu’en 2012, la traçabilité métrologique sur ces gammes de très faibles débits n'était cependant validée en Europe qu'à partir de 16 l/min.

Les laboratoires nationaux de métrologie LNE-CETIAT, DTI, IPQ, METAS et VSL  ont développé, dans le cadre du projet européen de recherche en métrologie "HLT07 Metrology for Drug Delivery – MeDD", des méthodes primaires d'étalonnage couvrant une gamme de débits de liquide allant de 10 l/h à 10 nl/min. Ces références nationales ont été validées par une comparaison des résultats de mesure obtenus avec un débitmètre massique à effet Coriolis et un pousse-seringue (figure ci-contre). Ces résultats ont permis d'initier la soumission de nouvelles possibilités d’étalonnage (CMC, Calibration and Measurement Capabilities) inédites sur ces gammes de débit.

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Comparison de mesures de débits avec un pousse-seringue
Validation des références nationales développées (comparaison des mesures avec un pousse-seringue)

L'influence de plusieurs paramètres physiques tels que la température, la contre-pression, la viscosité et les pulsations du débit a été étudiée. Il a ainsi été démontré que les débitmètres massiques à effet Coriolis sont moins sensibles aux paramètres physiques étudiés, et constituent donc des débitmètres étalons de transfert adaptés à l'établissement d'une traçabilité métrologique à destination des dispositifs médicaux.

En ce qui concerne les dispositifs de perfusion, plusieurs caractéristiques ont été testées : le délai de démarrage, la stabilité du débit et le temps de réponse à une occlusion, en fonction de la présence d'accessoires tels que des vannes, aiguilles, tubulures, et en fonction de paramètres physiques tels que la température et la viscosité du liquide.

Les résultats obtenus ont montré que les dispositifs de délivrance de médicament par perfusion sont sensibles aux conditions d'utilisation, notamment à faible débit et pour les seringues de plus fort volume. En outre, le délai de démarrage dans certaines conditions (très faibles débits) peut atteindre plusieurs dizaines de minutes.

Tout au long de ce projet, les résultats et connaissances acquises ont été diffusés aux communautés scientifiques et médicales via différents médias. Dans un premier temps, un site internet (www.drugmetrology.com) a été créé, donnant un accès direct et public aux communications liées au projet. Un atelier organisé par le consortium "MeDD" et réunissant des membres des communautés scientifiques et médicales s'est tenu à Utrecht (Pays-Bas) en mai 2015, permettant d'exposer les résultats de ce projet et de débattre autour de la mise en pratique de démarches métrologiques traçables pour les dispositifs de perfusion. Un guide des bonnes pratiques de perfusion a également été rédigé et mis à disposition sur le site du projet.

 

Site internet du projet :

http://www.drugmetrology.com

Impacts scientifiques et industriels

  • Mise en œuvre de références européennes pour la délivrance de médicaments et élaboration d’un guide de bonnes pratiques.
  • Fourniture de données nécessaires à l'évolution des normes concernant les dispositifs de délivrance de médicament par perfusion.

Publications et communications

BATISTA E., FILIPE E., BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P., OGHEARD F. et NIEMANN A.K., “European research project on microflow measurements – MEDD”, 9th International Symposium on Fluid Flow Measurement, Arlington, États-Unis d’Amérique, 14-17 avril 2015.

BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P., BATISTA E., FILIPE E., ALMEIDA N., RIBEIRO L.F., GALA J., MARTINS R., SAVANIER B., OGHEARD F., NIEMANN A.K., LÖTTERS J. et SPARREBOOM W., “Primary standards for measuring flow rates from 100 nl/min to 1 ml/min – gravimetric principle”, Biomedical Engineering / Biomedizinische Technik, 60, 4, 2015, 301–316, DOI: 10.1515/bmt-2014-0145.

DAVID CH., MELVAD C., BISSIG H. et BATISTA E., “Research interlaboratories comparison for small liquid flow rates (2g/h to 600g/h)”, 16th Flow Measurement Conference (FLOMEKO), Paris, France, 24–26 septembre 2013.

OGHEARD F., BATISTA E., BISSIG H., PETTER H.T., LUCAS P. et NIEMANN A.K., “Metrological assessment of micro flow-meters and drug delivery devices in the scope of the "MeDD" EMRP project”, 17e Congrès international de métrologie, Paris, France, 21-24 septembre 2015, DOI: 10.1051/metrology/20150009004.

LUCAS P., SNIJDER R.A., TIMMERMAN A.M.D.E., BATISTA, E., BISSIG H. et OGHEARD F., “Best Practice Guide”, Version: 13-05-2015.

Partenaires

  • VSL,
  • CETIAT,
  • CMI,
  • DTI,
  • IPQ,
  • METAS,
  • TUBITAK,
  • FH Lubeck,
  • UMC Utrecht

Le bruit des machines ou équipements est une caractéristique technique généralement déclarée en termes de puissance acoustique (niveau de puissance en dB rapporté à une puissance acoustique de référence de 10-12 watt). En Europe, cette déclaration de la puissance est souvent imposée par la réglementation.

Objectifs

Développer une source de référence primaire permettant de disséminer l’unité de puissance acoustique

Résumé et premiers résultats

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Exemple de source sonore de référence utilisée au LNE
Exemple de source sonore de référence

La détermination expérimentale de la puissance est basée sur des mesures de pression acoustique sur des microphones. La puissance acoustique est ensuite évaluée par calcul, sous diverses hypothèses et conditions imparfaitement respectées. L'objectif de ce projet est de développer et caractériser une source sonore étalon primaire puis de la disséminer via des étalons de transfert que deviendront les sources sonores de référence actuellement utilisées.

Source sonore étalon primaire

L’objectif de cette partie est la réalisation d’un étalon primaire du watt acoustique dans l’air. Celui-ci est basé sur un corps solide vibrant (piston) bafflé. La puissance sonore de ce dispositif peut être déterminée à partir de la vitesse de vibration de la surface du corps, mesurée par interférométrie laser, et de plusieurs autres grandeurs comme la pression statique et la température. Les différents candidats à devenir les sources primaires reposent sur deux techniques : un pot électrodynamique ou un « moteur » de haut-parleur. Le pot électrodynamique est une source de vibration couramment utilisée en laboratoire. Celui-ci pilote le mouvement d’un piston métallique. Ce dernier doit avoir autant que possible un mouvement d’ensemble et le moins possible de mouvements parasites, due à son manque de rigidité et à ses modes/fréquences propres en haute fréquence. L’autre méthode consiste à utiliser un « moteur » de haut-parleur qui pilote un piston plus léger. Le guidage du piston dans un mouvement unidirectionnel et libre est difficile à bien réaliser. Dans ce projet, des sources primaires ont été développées par le PTB, le SP, l’INRiM et le TUBITAK UME.

Diffusion de l’unité « watt acoustique aérien »

L'objectif de cette partie est de développer un système pour la diffusion de l’unité watt acoustique en utilisant des étalons de transfert appropriés. Celle-ci a permis d’examiner si les sources sonores de référence aérodynamiques existantes pouvaient servir d’étalon de transfert. La réponse a été positive à condition d’en connaitre la sensibilité aux conditions atmosphériques. L'incertitude de la puissance sonore émise par les étalons de transfert a été déterminée. L'objectif a été que cette incertitude soit seulement légèrement supérieure à l'incertitude de l’étalon primaire. Le LNE a développé un appareil de balayage (appelé « scanning apparatus ») permettant une mesure automatisée de la puissance acoustique obtenue en mesurant la pression acoustique sur une demi-sphère de 2 m de rayon centrée sur une source étalon qui affleure le sol.

Au LNE, contrairement à d’autres partenaires, un seul microphone est utilisé, déplacé sur chaque position par un dispositif automatique, et contrôlé par un logiciel qui gère à la fois l'appareil de balayage et l'acquisition de l'analyseur de signal acoustique. Un premier mouvement est fait le long d'un rail décrivant un arc vertical de 90°. Le deuxième mouvement consiste à déplacer cet arc autour d'un axe vertical pour couvrir toute la surface hémisphérique. Un troisième mouvement déplace le microphone sur le rayon de 1 cm pour évaluer l'intensité par deux étapes.

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"Scanning apparatus" du LNE : vue d'ensemble et détail de la tête de mesure
"Scanning apparatus" du LNE : vue d'ensemble (à gauche) et détail de la tête de mesure (à droite)

Site internet du projet :

http://www.ptb.de/emrp/sib56-home.html

Impacts scientifiques et industriels

  • Mise en œuvre d’une chaîne de traçabilité des mesures de puissances acoustique
  • Rédaction de documents de référence pour l’étalonnage et la mesure de la puissance acoustique
  • Transfert de connaissances via des projets de normes ISO

Publications et communications

CELLARD P., ANDERSSON H., BREZAS S. et WITTSTOCK V., “Automatic sound field sampling mechanisms to disseminate the unit watt in airborne sound”, Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016, 6757-6761.

BREZAS S. , CELLARD P. , ANDERSSON H. , GUGLIELMONE C. et KIRBAS C., “Dissemination of the unit Watt in airborne sound: aerodynamic reference sound sources as transfer standards”,In: Proceedings of the INTER-NOISE 2016, 45th International Congress and Exposition on Noise Control Engineering,  Towards a Quieter Future, Hambourg, Allemagne, 21 – 24 août 2016,  6762-6770.

Partenaires

Laboratoires nationaux de métrologie :

  • PTB (DE),
  • INRIM (IT),
  • SP (SE),
  • TUBITAK (TK)

Depuis quelques années, l'émergence d'un besoin de mesures acoustiques fiables dans le domaine infrasonore se fait ressentir. Ce besoin a été renforcé par le développement du parc éolien ou encore, par le développement d’un réseau de capteurs infrasonores répartis sur le globe dans le but de détecter des phénomènes naturels ou d’origine humaine, en particulier les explosions nucléaires (réseau de surveillance mondial initié par l’organisation du Traité d’Interdiction Complète des Essais nucléaires).

Objectifs

Développement d’une méthode d’étalonnage des microphones dans les infrasons (depuis une fraction de Hz jusqu’à 20 Hz)

Résumé et premiers résultats

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Microbaromètre MB2000 développé par le CEA
Microbaromètre MB2000 développé par le CEA

L’impact acoustique des activités humaines courantes, tel que le transport, routier commence à être examiné sérieusement dans la gamme de fréquence des infrasons. Sur le plan physiologique, en dessous de 20 Hz, la sensibilité de l’oreille humaine décroît très rapidement à mesure que la fréquence diminue. Pour autant, il est avéré que l’oreille humaine est capable de percevoir les sons dès quelques Hz, si tant est que leur intensité soit suffisamment élevée. Bien qu’il n’y ait pas encore de preuves tangibles d’effets physiologiques ou psychologiques des infrasons, plusieurs troubles comme la fatigue, des symptômes dépressifs ou anxieux, de l’irritabilité, des maux de tête, des troubles de la vigilance ou de l’équilibre et des nausées ont été décrits. Certaines de ces réactions pourraient être dues à la mise en vibration de l’oreille interne mais aussi de certains organes digestifs, cardio-vasculaires, respiratoires ou bien des globes oculaires.

Le besoin métrologique dans ce domaine commence à être considéré sérieusement par les instances nationales et internationales. La mise en place d'un groupe de travail au sein du S30J de l'Afnor en 2009 ainsi que l'organisation d'une comparaison clé sur ce domaine par le BIPM (CCAUV-A-K2 publié en 2009) confirment l’importance croissante des infrasons. Néanmoins, malgré ces études des avancés aussi bien technique que théorique sont encore nécessaires pour arriver à une fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons.

Le LNE a entrepris la réalisation d’un pistonphone laser. Ce type d’instrument permet, en mesurant le mouvement d’un piston dans une cavité au moyen d’un laser, de déterminer la pression en connaissant simplement l’impédance acoustique de cette cavité. L’intérêt sera d’obtenir des niveaux plus élevés que par la méthode de la réciprocité et par conséquent un meilleur rapport signal/bruit. Le système sera basé sur le principe développé par le département métrologie des pressions statiques du LNE pour la réalisation du fluxmètre gazeux de référence.

Impacts scientifiques et industriels

  • Meilleure fiabilité des mesures acoustiques dans le domaine des infrasons
  • Ce projet permettra en particulier d’apporter la traçabilité nécessaire au raccordement des microbaromètres de la série MB2000 développés par le CEA et reconnus par la communauté scientifique pour leur robustesse et leur fiabilité

Partenaires

  • CEA DAM,
  • Université du Maine

L’ordonnance du 13 janvier 2010 relative à la biologie médicale rend obligatoire l’accréditation par le COFRAC de tous les laboratoires de biologie médicale (publics comme privés) selon la norme ISO EN 15189 et ce d’ici le 1er novembre 2016. Ce référentiel implique l’utilisation de procédures validées et dont les résultats doivent être raccordés à un étalon national par le biais d’une chaîne de traçabilité métrologique ininterrompue.

Objectifs

Développer et valider des méthodes de référence d’ordre supérieur pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie clinique

Développer un matériau de référence certifié (MRC)

Résumé et premiers résultats

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HEA-QM-01_Fig1

Il apparaît que contrairement aux autres domaines de la mesure, les résultats des analyses de biologie médicale ne sont à ce jour pas toujours traçables à des références reconnues internationalement (comme par exemple des matériaux de référence certifiés ou des méthodes de référence) et que les incertitudes de mesure ne sont pas systématiquement évaluées.

Cette situation est en contradiction non seulement avec la norme ISO EN 15189, mais également avec d’autres référentiels internationaux, comme notamment la Directive Européenne 98/79/CE qui exige que les produits de diagnostic in vitro soient traçables au Système International d’unités (SI) via des étalons de mesure d'ordre métrologique supérieur. Il est donc nécessaire de disposer de méthodes de référence pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie médicale.

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Illustration des erreurs possibles d'interprétation d'un essai d'aptitude si la valeur consensuelle (moyenne de l'ensemble des participants) est biaisée : importance des valeurs de référence !
Illustration des erreurs possibles d'interprétation d'un essai d'aptitude si la valeur consensuelle (moyenne de l'ensemble des participants) est biaisée : importance des valeurs de référence !

Le LNE a donc initié depuis 2006 des travaux dans le domaine biomédical afin d’évaluer et d’améliorer la fiabilité des analyses de biologie médicale. Ces travaux ont pour objectif d’assurer la traçabilité métrologique des résultats à des références reconnues internationalement et permettre la comparabilité des résultats dans le temps et d’un laboratoire à l’autre, même s’ils utilisent des techniques différentes. Ils permettent également d’évaluer les performances des méthodes utilisées en routine dans les laboratoires de biologie médicale et d’établir des recommandations concernant les méthodes devant être privilégiées.

Pour cela, la première étape consiste à développer et valider des méthodes de référence d’ordre supérieur pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en biologie clinique. Compte tenu du nombre considérable de paramètres mesurés en routine en biologie clinique, il a été indispensable de prioriser les biomarqueurs pour lesquels une méthode de référence devait être développée. Ce choix a été effectué en concertation avec les autorités de santé publique (ANSM, HAS, DGS). Les biomarqueurs prioritaires retenus sont ceux associés aux principales pathologies humaines (maladies cardiovasculaires, diabète, …), afin de maximiser l’impact des travaux réalisés.

Ce projet a donc ciblé les activités relatives au dosage des biomarqueurs suivants : glucose, créatinine, hémoglobine glyquée HbA1c, cholestérol total, cholestérol-LDL, cholestérol-HDL et triglycérides, ainsi que le développement d’un matériau de référence certifié (MRC) pour l’ensemble de ces différents paramètres, à l’exception de l’HbA1c. La mise en œuvre de la Dilution Isotopique a permis d’assurer la traçabilité métrologique à la mole, unité du SI pour la quantité de matière.

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HEA-QM-01_Fig3
Bilan d'incertitudes de la méthode primaire développée pour le dosage du cholestérol total par DI-GC/MS

Impacts scientifiques et industriels

  • Evaluation des performances des méthodes utilisées en routine dans les Laboratoires de Biologie Médicale (LBM)
  • Amélioration des données de biologie clinique
  • Fourniture de valeurs de référence dans le cadre de la réalisation d’essais d’aptitude à destination des LBM (échantillons de contrôle de la qualité de l’ANSM, …)
  • Certification d’un matériau de référence
  • Evaluation de la justesse des lecteurs de glycémie
  • Evaluation de la commutabilité de matériaux d'étalonnage industriels et d’échantillons de contrôle qualité
  • Evaluation de la qualité des lots d'étalons fournis par les fabricants
  • Transfert des méthodes développées vers les équipes de recherche de CHU

Publications et communications

DELATOUR ET AL, « Development of reference methods for the measurement of biomarkers in France », Ann. Biol. Clin., 68, 6, 2010, 698-699

DELATOUR V., LALÈRE B., DUMONT G., HATTCHOUEL J.-M., FROISSART M., DE GRAEVE J. et VASLIN-REIMANN S., “Development of a reference method for creatinine measurement to improve diagnosis and follow-up of kidney disease”, Revue française de métrologie, 26, 2011, 21-31, DOI: 10.1051/rfm/2011008.

PIERONI L., DELANEY P., BOUTTEN A., BARGNOUX A.-S., ROZET E., DELATOUR V., CARLIER M.-C., HANSER A.-M., CAVALIER E., FROISSART M. et CRISTOL J.-P., “A multicentric evaluation of IDMS-traceable creatinine enzymatic assays”, Clinica Chimica Acta, 412, 23-24, 2011, 2070-2075, DOI: 10.1016/j.cca.2011.07.012.

DELATOUR V., LALÈRE B., SAINT-ALBIN K., PEIGNAUX M., HATTCHOUEL J.-M., DUMONT G., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S. et GILLERY P., “Continuous improvement of medical test reliability using reference methods and matrix-corrected target values in proficiency testing schemes: Application to glucose assay”, Clinica Chimica Acta, 413, 23-24, 2012, 1872-1878, DOI: 10.1016/j.cca.2012.07.016.

HEUILLET M., LALÈRE B., PEIGNAUX M., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S., PAIS DE BARROS J., GAMBERT P., DUVILLARD L et DELATOUR V., “Validation of a reference method for total cholesterol measurement in human serum and assignation of reference values to proficiency testing samples”, Clinical Biochemistry, 46, 4–5, 2012, 359-364, DOI: 10.1016/j.clinbiochem.2012.11.026.

BOUTTEN A., BARGNOUX A.S., CARLIER M.C., DELANAYE P., ROZET E., DELATOUR V., CAVALIER E., HANSER A.M., FROISSART M., CRISTOL J.-P. et PIÉRONI L., “Enzymatic but not compensated Jaffe methods reach the desirable specifications of NKDEP at normal levels of creatinine. Results of the French multicentric evaluation”, Clinica Chimica Acta, 419, 2013, 132-135, DOI: 10.1016/j.cca.2013.01.021

FLAMANT M., VIDAL-PETIOT E., METZGER M., HAYMANN J.P., LETAVERNIER E., DELATOUR V., KARRAS A., THERVET E., BOFFA J.J., HOUILLIER P., STENGEL B., VRTOVSNIK F. et FROISSART M., “Performance of GFR Estimating Equations in African Europeans: Basis for a Lower Race-Ethnicity Factor Than in African Americans”, Am. J. of Kidney Disease, 62, 1, 2013, 182-184, DOI: 10.1053/j.ajkd.2013.03.015.

 

DELATOUR V., LALÈRE B. et VASLIN-REIMANN S., “Development of reference methods for the measurement of biomarkers”, IMEKO TC Conference (TC8 - TC23 - TC24) “Metrological traceability in the globalisation age”, Paris, France, 6-8 avril 2011.

HEUILLET M., DELATOUR V., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., “How to perform traceable measurements for biomarkers quantification”, 15e Congrès international de métrologie, Paris, France, 3-6 octobre 2011.

DELATOUR V., HEUILLET M., PEIGNAUX M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Apport de la spectrométrie de masse et des méthodes de référence pour le contrôle qualité en biologique clinique », 29es Journées Françaises de Spectrométrie de Masse, Orléans, France, 17–20 septembre 2012.

HEUILLET M., DELATOUR V., PEIGNAUX M., LALERE B., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S. et DUVILLARD L., « Développement et validation d’une méthode de référence pour le dosage du cholestérol total et application au contrôle qualité en biologie clinique », 29es Journées Françaises de Spectrométrie de Masse, Orléans, France, 17–20 septembre 2012.

VASLIN-REIMANN S. et DELATOUR V., « Matériaux de Référence Certifiés pour la biologie médicale : une denrée rare en France ? », Journée Technique du Collège Français de Métrologie, Paris, France, 27 novembre 2012.

HEUILLET M., PEIGNAUX M., LALERE B., VASLIN-REIMANN S., DUVILLARD L. et DELATOUR V., “A commutability study coupled to a multicentric analysis of accuracy of total cholesterol, LDL-C, HDL-C and total glycerides assays”, Annual meeting of American Association for Clinical Chemistry, Houston, Etats-Unis, 28 juill.–1er août 2013.

DELATOUR V., HEUILLET M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Production d’un matériau de référence certifié pour le glucose, la créatinine et le cholesterol total et organisation d’une étude de commutabilité couplée à une étude multicentrique de la justesse des dosages de routine », 16e Congrès international de métrologie, Paris, France, 7–10 octobre 2013.

Partenaires

  • CHU de Dijon (Cholestérol),
  • CHU de Reims (HbA1c, Glucose),
  • CHU Montpellier (Créatinine)

La réforme de la biologie médicale du printemps 2013 rend obligatoire l’accréditation par le COFRAC de tous les laboratoires de biologie médicale (publics comme privés) selon la norme ISO EN 15189 et ce d’ici 2020. Ce référentiel implique l’utilisation de procédures validées et dont les résultats doivent être raccordés à un étalon national ou international par le biais d’une chaîne de traçabilité métrologique ininterrompue.

Objectifs

Assigner des valeurs de référence aux échantillons utilisés dans le cadre d’évaluations externes de qualité afin d’évaluer la justesse des méthodes de routine.

Produire des matériaux de référence certifiés de commutabilité évaluée (i.e. capacité des matériaux à se comporter comme des échantillons de patients).

Résumé et premiers résultats

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HEA-QM-03_Fig1

La directive 98/79/CE de l’UE relative aux dispositifs médicaux de diagnostic in vitro exige que les valeurs associées aux matériaux d’étalonnage et de contrôle de la qualité soient traçables aux méthodes de référence et aux matériaux de référence certifiés disponibles. Or, ce raccordement métrologique, bien que nécessaire, est insuffisant : pour ne pas rompre la chaine de traçabilité métrologique, il faut impérativement que les matériaux d’étalonnage secondaires soient commutables afin de s’assurer qu’ils ne génèrent pas d’effets de matrice. De manière similaire, les échantillons de contrôle qualité ayant pour vocation d’évaluer la justesse des méthodes de routine doivent également présenter un niveau de commutabilité suffisant.

Le fil conducteur de ce projet consiste donc à évaluer la commutabilité des échantillons de contrôle utilisés pour évaluer la fiabilité des analyses médicales de routine, et dont la valeur cible est déterminée avec les méthodes de référence validées en amont.

Le LNE a initié depuis 2006 des travaux dans le domaine biomédical afin de combler ce manque de méthodes de référence et de matériaux de référence certifiés pour le dosage des principaux biomarqueurs utilisés en diagnostic. Les travaux sur les méthodes de référence ont porté sur le dosage de l’urée, de l’acide urique, du fer total  et de l’HbA1c. Les travaux relatifs au développement d’approches statistiques pour l'évaluation de la commutabilité ont été poursuivis en lien avec le groupe de travail de l’IFCC (International Federation of Clinical Chemistry). Les travaux relatifs au développement de méthodes de référence pour de nouveaux biomarqueurs ont débuté avec le développement de méthodes de référence pour le calcium et l’ionogramme (Potassium, Chlore, Sodium) dans le sérum.

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HEA-QM-03_Fig2bis

Fin 2016, le LNE a été notifié par l’ANSM (Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé) pour produire des échantillons utilisés dans le cadre du contrôle national de qualité obligatoire auquel ont été tenus de participer l’ensemble des laboratoires de biologie médicale. Pour la première fois, le contrôle national de qualité des examens de biochimie générale ont reposé sur des matériaux de référence certifiés commutables. Les valeurs cibles ont été déterminées au LNE avec des méthodes de référence internationalement validées.

Jusqu’à présent, les échantillons de contrôle de qualité se présentaient habituellement sous forme de groupes de sérum lyophilisés dont la stabilité accrue permet un acheminement à température ambiante à moindre coût par rapport à des échantillons congelés devant être envoyés dans de la carboglace. Or, les travaux réalisés au LNE ont montré que les traitements auxquels sont soumis les échantillons de contrôle (lyophilisation, ajout de conservateurs et/ou de composés exogènes pour atteindre des concentrations caractéristiques de certaines pathologies) engendrent des effets de matrice susceptibles de fausser les dosages et l’interprétation des résultats. Pour cette raison, les échantillons utilisés dans le contrôle qualité national de 2016 sont des échantillons congelés, dont la commutabilité a été démontrée nettement supérieure à celle habituellement observée pour des échantillons lyophilisés. Combiné à la détermination des valeurs cibles par des méthodes de référence d’ordre supérieur, cette opération de contrôle permettra d’établir pour la première fois en France un état des lieux représentatif de la fiabilité de certains des examens de biologie médicale les plus prescrits en France (glucose, créatinine, cholestérol total, triglycérides, cholestérol-LDL, cholestérol-HDL).

La participation aux travaux du JCTLM (Joint Committee for Traceability in Laboratory Medicine) permet de valoriser les résultats de ce projet en contribuant aux réflexions internationales sur les approches à retenir pour évaluer la commutabilité des MRC.

 

Résultats du CNQ ANSM de 2016 à consulter : ici.

Impacts scientifiques et industriels

  • Evaluation des performances des méthodes utilisées en routine dans les Laboratoires de Biologie Médicale (LBM)
  • Amélioration des données de biologie clinique
  • Fourniture de valeurs de référence dans le cadre de la réalisation d’essais d’aptitudes à destination des LBM (échantillons de contrôle de la qualité de l’ANSM, …)
  • Certification d’un matériau de référence
  • Evaluation de la justesse des lecteurs de glycémie et étalonnage
  • Evaluation de  la commutabilité de matériaux d'étalonnage industriels et d’échantillons de contrôle qualité
  • Evaluation de la qualité des lots d'étalons fournis par les fabricants
  • Transfert des méthodes développées vers les équipes de recherche de CHU
  • Contribution aux travaux du JCTLM sur le sujet de la commutabilité des MRC

Publications et communications

PALOS M. , DEL CASTILLO M.E. , PANNIER F. et FISICARO P. . “ Determination of metalloproteins by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry (ID-ICPMS) to assess metrological traceability in clinical biochemistry”, Journées de l’école doctorale, Pau, France, 11-12 Juin 2015.

M. PALOS, M.E. DEL CASTILLO, F. PANNIER, C. SWART, C. BRAUCKMAN, et P. FISICARO. “Détermination de l’hémoglobine totale par dilution isotopique ICPMS afin d’assurer la traçabilité métrologique en biochimie clinique”, CIM 2015, Paris, France, 21-24 Septembre 2015.

PALOS M., DEL CASTILLO M.E., PANNIER F., SWART C., BRAUCKMAN C., FISICARO P., “Reference methods for iron and haemoglobin by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry to assess metrological traceability in clinical biochemistry”, EUROMEDLAB 2015, Paris, France. 26 Juin 2015.

PALOS M., DEL CASTILLO M.E., PANNIER F., SWART C., BRAUCKMAN C., FISICARO P., “Reference methods for total haemoglobin by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry to assess metrological traceability in clinical biochemistry”, EUROANALYSIS 2015, Bordeaux, France, 6-10 Septembre 2015.

PALOS M., DEL CASTILLO BUSTO M.E., PANNIER F., SWART C., BRAUCKMANN C. et  FISICARO P., « Détermination de l’hémoglobine totale par dilution isotopique ICP-MS afin d’assurer la traçabilité métrologique en biochimie clinique », 17e Congrès international de métrologie, Paris, France, 21-24 septembre 2015, DOI: 10.1051/metrology/20150009005.

 

PALOS M., DEL CASTILLO, BUSTO M.E., HATTCHOUEL J.-M., PANNIER F., FISICARO P. et VASLIN-REIMANN S., « Développement d’une méthode primaire pour la détermination du fer total dans du sérum », Revue française de métrologie, 40, 2015, 41-50, DOI: 10.1051/rfm/2015015.

MILLER W.G., SCHIMMEL H., REJ R., GREENBERG N., CERIOTTI F., BURNS C., BUDD J.R., WEYKAMP C., DELATOUR V., NILSSON G., MACKENZIE F., PANTEGHINI M., KELLER T., CAMARA J.E., ZEGERS I., VESPER H.W., « IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 1: General Experimental Design », Clinical Chemistry, 64(3), 2018, 447-454, DOI: 10.1373/clinchem.2017.277525

NILSSON G., BUDD J.R., GREENBERG N., DELATOUR V., REJ R., PANTEGHINI M., CERIOTTI F., SCHIMMEL H., WEYKAMP C., KELLER T., CAMARA J.E., BURNS C., VESPER H.W., MACKENZIE F., MILLER W.G., « IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 2: Using the Difference in Bias between a Reference Material and Clinical Samples », Clinical Chemistry, 64(3), 2018, 455-464, DOI: 10.1373/clinchem.2017.277541

BUDD J.R., WEYKAMP C., REJ R., MACKENZIE F., CERIOTTI F., GREENBERG N., CAMARA J.E., SCHIMMEL H., VESPER H.W., KELLER T., DELATOUR V., PANTEGHINI M., BURNS C., MILLER W.G., « IFCC Working Group Recommendations for Assessing Commutability Part 3: Using the Calibration Effectiveness of a Reference Material », Clinical Chemistry, 64(3), 2018, 465-474, DOI: 10.1373/clinchem.2017.277558

DELATOUR V., LIU Q., VESPER H.W., « Commutability Assessment of External Quality Assessment Materials with the Difference in Bias Approach: Are Acceptance Criteria Based on Medical Requirements too Strict?  », Clinical Chemistry, 62(12), 2016, 1670-1671, DOI: 10.1373/clinchem.2016.261008

DELATOUR V., LALERE B., SAINT-ALBIN K., PEIGNAUX M., HATTCHOUEL J.M., DUMONT G., DE GRAEVE J., VASLIN-REIMANN S., GILLERY P., « Continuous improvement of medical test reliability using reference methods and matrix-corrected target values in proficiency testing schemes: application to glucose assay », Clinica Chimica Acta,  413(23-24), 2012, 1872-8, DOI: 10.1016/j.cca.2012.07.016

DELATOUR V., MARTOS G., PEIGNAUX M., LALERE B., VASLIN-REIMANN S., « Reference methods and commutable reference materials for clinical measurements », Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi", 196, 2017, 1-8, DOI: 10.3254/978-1-61499-818-1-1

DELATOUR V., MARTOS G., CABILLIC J., PEIGNAUX M., PERROT C., FALLOT C., LALERE B., VASLIN-REIMANN S., « Reference measurement systems for biomarkers : towards biometrology », Proceedings of the International School of Physics "Enrico Fermi", 196, 2017, 9-27, DOI: 10.3254/978-1-61499-818-1-9

DELATOUR V., « Apport de la métrologie avancée à l’évaluation et à l’amélioration de la fiabilité des examens de biologie médicale », Annales des Mines - Réalités industrielles, 2(1), 2017, 19-23

FRANK C., BRAUCKMANN C., PALOS M., ARSENE C.G., NEUKAMMER J., DEL CASTILLO BUSTO M.E., ZAKEL S., SWART C., GÜTTLER B., STOSCH R., « Comparison of potential higher order reference methods for total haemoglobin quantification-an interlaboratory study », Analytical and Bioanalytical Chemistry, 409(9), 2017, 2341-2351, DOI: 10.1007/s00216-016-0176-7

PALOS M., DEL CASTILLO M.E., PANNIER F., SWART C., BRAUCKMAN C., FISICARO P., « Détermination de l’hémoglobine totale par dilution isotopique ICPMS afin d’assurer la traçabilité métrologique en biochimie clinique », 17th International Congress of Metrology, DOI: 10.1051/metrology/201509005

GOENAGA INFANTE H. ET AL., « Final report for CCQM-K107: total elements and selenomethionine in human serum », Metrologia, 53, 2016, 08008, DOI: https://doi.org/10.1088/0026-1394/53/1A/08008

CLOUET-FORAISON N., GILLERY P., DELATOUR V., « Letter to the Editor regarding "Achieving comparability with IFCC reference method for the measurement of hemoglobin A1c by use of an improved isotope-dilution mass spectrometry method" », Analytical and Bioanalytical Chemistry, 409(24), 2017, 5789-5790, DOI: 10.1007/s00216-017-0513-5

DELATOUR V., CLOUET-FORAISON N., JAISSON S., KAISER P., GILLERY. P., « Trueness assessment of glycated hemoglobin HbA1c routine assays: are lyophilized EQA materials up to the job?  », Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, 2019, sous presse

BARGNOUX A.S., PIÉRONI L., CRISTOL J.P., KUSTER N., DELANAYE P., CARLIER M.C., FELLAHI S., BOUTTEN A., LOMBARD C., GONZÁLEZ-ANTUÑA A., CAVALIER E., DELATOUR V., « Multicenter Evaluation of Cystatin C Measurement after Assay Standardization », Clinical Chemistry, 63(4), 2017, 833-841, DOI: 10.1373/clinchem.2016.264325

BARGNOUX A.S., KUSTER N., DELATOUR V., DELANAYE P., GONZÁLEZ-ANTUÑA A., CRISTOL J.P., PIÉRONI L., CAVALIER E., « Reference Method and Reference Material Are Necessary Tools to Reveal the Variability of Cystatin C Assay », Archives of Pathology & Laboratory Medicine, 140(2), 2016, 117-8, DOI: 0.5858/arpa.2015-0198-LE

Partenaires

  • HSA Singapour,
  • PTB (All.),
  • LGC (GB),
  • TUBITAK (Turq.),
  • ESPCI (France),
  • Instand (All.),
  • CHU de Reims (France),
  • LCABIE (Pau, France)

En France, le nombre d’individus atteints par la maladie d’Alzheimer est estimé à 860 000, ce qui fait de cette affection un véritable enjeu de santé publique. Cette pathologie est cependant encore mal diagnostiquée, la maladie étant la plupart du temps réellement identifiée au stade de démence, parfois avancée. Cela retarde de façon préjudiciable la prise en charge médicale et médico-sociale des patients et la possibilité de pouvoir disposer d’un diagnostic précoce s’avère donc cruciale.

Objectifs

Développer des méthodes de référence en spectrométrie de masse spécifiques et suffisamment sensibles pour permettre de quantifier des concentrations très basses de biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer

Certifier des étalons de référence et des matériaux de référence avec les méthodes de référence développées

Résumé et premiers résultats

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Actuellement trois marqueurs biologiques du liquide céphalo-rachidien (LCR) semblent pouvoir permettre cette avancée : la diminution de la concentration des peptides Bêta Amyloïdes (1-40 et 1-42), l’augmentation de la concentration de la protéine t-Tau (plus particulièrement d’une forme phosphorylée de cette dernière : P-Tau(181)) et l’hepcidine, marqueur secondaire. Du point de vue analytique, ces marqueurs sont détectables dans le LCR par des techniques immunologiques, de type tests ELISA. Il faut cependant utiliser une combinaison de plusieurs de ces immuno-dosages pour couvrir les différents biomarqueurs nécessaires au diagnostic a minima de la maladie. En parallèle, depuis quelques années, des approches de spectrométrie de masse ciblées et quantitatives permettant de s’affranchir d’outils immunologiques sont développées. Leur utilité ne se résume pas aux méthodes de référence : elles disposent d’un très fort potentiel en biologie clinique où elles sont considérées comme une technologie d’avenir utilisable en routine. Un apport métrologique est nécessaire pour évaluer la justesse des méthodes utilisées en routine, raccorder les résultats aux unités du Système International, les rendre comparables d’une plate-forme analytique à une autre et in fine fournir des mesures plus fiables.

Le LNE est actuellement reconnu pour la fourniture des valeurs de référence dans le cadre d’essais d’aptitude visant à évaluer la qualité des analyses de biologie médicale reposant sur le dosage de petites molécules. Toutefois, la quantification absolue de protéines présente une complexité nettement supérieure en raison de leur grande taille et de leur importante hétérogénéité structurale, qui rend difficile la définition du mesurande (car la protéine tau totale est en réalité constituée d’un mélange de protéines) et la caractérisation métrologique de la pureté des étalons primaires utilisés pour raccorder les résultats au système international d’unités.

L'objectif de ce projet consiste à développer, optimiser et valider des méthodes de référence en spectrométrie de masse ciblée pour la quantification absolue des biomarqueurs de la maladie d’Alzheimer. Cela concerne en particulier le dosage dans le LCR des formes 1-38, 1-40 et 1-42 des peptides bêta Amyloïdes, de la protéine Tau (Tau totale et P-Tau(181)), mais également d’un marqueur secondaire, l’Hepcidine. Ces thématiques ont fait l’objet d’un travail de thèse, soutenue en 2016.

Les principaux enjeux de ce projet résident dans la capacité à développer des méthodes spécifiques, sensibles pour permettre de quantifier de manière absolue des concentrations très faibles de biomarqueurs (quelques centaines de pg/mL) dans des milieux biologiques complexes.

Une fois ces méthodes de référence validées, elles ont pour vocation d’être utilisées pour certifier :

  • Des étalons internationaux permettant de standardiser et rendre traçables aux SI les résultats obtenus avec les méthodes immunologiques utilisées en routine ;
  • Des matériaux de référence permettant d’évaluer la justesse des méthodes de routine avant et après standardisation.

Les premières méthodes d’analyse des peptides β amyloïdes par spectrométrie de masse utilisaient les techniques MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) et SELDI (Surface Enhanced Laser Desorption Ionization) couplées à un ToF (Time of Flight). Ensuite, des méthodes LC-MS/MS (Liquid Chromatography coupled to tandem Mass Spectrometry) ont été développées pour la quantification absolue des peptides β amyloïdes Aβ 1-40 et 1-42 principalement. Deux d’entre elles utilisant des protocoles similaires ont été reconnues par le Joint Committee for Traceability in Laboratory Medecine (JCTLM) comme méthodes de référence pour la quantification absolue du peptide Aβ 1-42 par LC-MS/MS. La quantification est basée sur la dilution isotopique par ajout d’un étalon Aβ 1-42 marqué isotopiquement.

Concernant la protéine Tau, une méthode de dosage de 7 peptides de la protéine dans le LCR a été développée par LC-MS/MS sur un spectromètre de masse de type triple quadripôle. Bien que ces 7 peptides ne permettent pas de discriminer les différentes isoformes de la protéine Tau, la méthode a été validée.

Finalement, cette étude a permis d’avancer sur la caractérisation de l’étalon hepcidine dans le but de produire un matériau de référence certifié améliorant la comparabilité du dosage de l’hepcidine.

Impacts scientifiques et industriels

  • Développement de la méthode de dosage de peptides Bêta Amyloïdes par LC-MS/MS.
  • Dosage de la protéine Tau par extraction SPE de la protéine dans le LCR puis digestion par voie enzymatique et quantification par µLC-MS/MS.
  • Travaux en cours sur la caractérisation de deux étalons d’hepcidine issus de synthèses différentes par LC-hrMS et mobilité ionique.
  • Intégration du Working Group IFCC CSF par le LNE

Publications et communications

ELABY C., VIALARET J., BROS P., GABELLE A., LEFEBVRE T., PUY H., HIRTZ C., LEHMANN S., “Clinical measurement of Hepcidin-25 in human serum: Is quantitative mass spectrometry up to the job?”, EuPA Open Proteomics, 3, 2014, 60-67.

BROS P., DELATOUR V., VIALARET J., LALERE B., BARTHELEMY N., GABELLE A., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Quantitative detection of amyloidbetapeptides by mass spectrometry: state of the art and clinical applications”, Clinical Chemistry and Laboratory Medicine (CCLM), 53, 10, 2015, 1483-1493, DOI: 10.1515/cclm-2015-099.

BROS P., VIALARET J., BARTHELEMY N., DELATOUR V., GABELLE A., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Antibody-free quantification of seven tau peptides in human CSF using targeted mass spectrometry”, Frontiers in Neuroscience, 9, 2015, 302, 1-8, DOI: 10.3389/fnins.2015.00302.

LEHMANN S., BREDE C., LESCUYER P., COCHO JA., VIALARET J., BROS P., DELATOUR V. et HIRTZ C., “Clinical mass spectrometry proteomics (cMSP) for medical laboratory: What does the future hold?”, Clin Chim Acta,  S0009-8981(16), juin 2016, pii: 30246-7, DOI: 10.1016/j.cca.2016.06.001.

DELABY C., BROS P., VIALARET J., MOULINIER A., DELATOUR V., GABELLE A., LEHMANN S., HIRTZ C., “Quantification of hepcidin-25 in human cerebrospinal fluid using” LC-MS/MS Bioanalysis, 9(4), 2017, 337-347, DOI: 10.4155/bio-2016-0240.

BROS P., JOSEPHS RD., STOPPACHER N., CAZALS G., LEHMANN S., HIRTZ C., WIELGOSZ RI., DELATOUR V.,  “Impurity determination for hepcidin by liquid chromatography-high resolution and ion mobility mass spectrometry for the value assignment of candidate primary calibrators”, Anal Bioanal Chem, 409, avril 2017, 2559-2567,  DOI: 10.1007/s00216-017-0202-4.

BRINET D., GAIE-LEVREL F., DELATOUR V., KAFFY J., ONGERI S. et TAVERNA M., “In vitro monitoring of amyloid β-peptide oligomerization by Electrospray differential mobility analysis: An alternative tool to evaluate Alzheimer's disease drug candidates”, Talanta, 165, 2017, 84-91, DOI: 10.1016/j.talanta.2016.12.011.

DIEPEVEEN L.E., LAARAKKERS C.M.M., MARTOS G., PAWLAK M.E., UĞUZ F.F., VERBERNE KESA, VAN SWELM R.P.L., KLAVER S, DE HAAN A.F.J., PITTS K.R., BANSAL S.S., ABBAS I.M., FILLET M., LEFEBVRE T., GEURTS-MOESPOT A.J., GIRELLI D., CASTAGNA A., HERKERT M., ITKONEN O., OLBINA G., TOMOSUGI N., WESTERMAN M.E., DELATOUR V., WEYKAMP C.W., SWINKELS D.W., « Provisional standardization of hepcidin assays: creating a traceability chain with a primary reference material, candidate reference method and a commutable secondary reference material », Clinical Chemistry and Laboratory Medicine, 2018 doi: 10.1515/cclm-2018-0783

DELATOUR V., PEIGNAUX M., LALERE B. et VASLIN-REIMANN S., « Caractérisation et quantification de peptides pour la protéo-mique quantitative », Adebiotech, Paris, France, 3 octobre 2012.

BROS P., BARTHELEMY N., VIALARET J., BECHER F., GABELLE A., DELATOUR V., LEHMANN S. et HIRTZ C., Comparison of PRM and SRM analytical performances for the quantification of Tau protein in human C”, SMAP 2014 : Congrès français de Spectrométrie de Masse et d’Analyse Protéomique, Lyon, France, juin 2014.

BROS P., DELABY C., DELATOUR V., MOULINIER A., CAZALS G., VIALARET J., LEHMANN S. et HIRTZ C., “Towards a reference method for absolute quantification of hepcidin-25 in serum by mass spectrometry”, Congrès Euromedlab/IFCC, Paris, France, 21-25 juin 2015.

Partenaires

  • Laboratoire de Biochimie et de Protéomique Clinique de l’IRB (Institut de Recherches en Biothérapie, Montpellier),
  • CEA Saclay,
  • faculté de pharmacie de Chatenay Malabry,
  • LGC (UK),
  • PTB (DE),
  • SP (SE),
  • INIRM (IT),
  • Hôpital universitaire de la Charité de Berlin (DE),
  • University College London (UK),
  • CHU Montpellier,
  • Université d'East Anglia,
  • PPD,
  • ADx NeuroSciences,
  • Roche,
  • Fujirebio,
  • Eurobio,
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