iMAGerie LIBS pour la Caractérisation des pAthoLogies / Human Analysis of Tissues with LIBS. – Etude MAGICAL-HAT

Objectif(s) de la recherche et intérêt pour la santé publique

Finalité de l'étude

Objectifs poursuivis

Domaines médicaux investigués

Bénéfices attendus

Santé et exposition aux métaux
L'exposition humaine aux métaux lourds est omniprésente, car ces éléments sont continuellement présents dans l'air, l'eau et les aliments. Les activités anthropiques et industrielles ont considérablement accru le niveau d'exposition humaine, augmentant ainsi les risques sanitaires associés. Certains métaux lourds peuvent entraîner des effets délétères sur la santé, même à de faibles concentrations, en raison de leurs propriétés toxiques spécifiques. Chaque métal lourd agit par des mécanismes biologiques uniques, contribuant à des impacts variés sur l'organisme.
Les principaux mécanismes de toxicité associés aux métaux lourds tels que le chrome (Cr), l'arsenic (As), le plomb (Pb), le cuivre (Cu), le fer (Fe), le cadmium (Cd), le zinc (Zn) et le nickel (Ni) incluent la génération d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), l'inhibition des activités enzymatiques et l'affaiblissement des systèmes de défense antioxydants. De plus, ces métaux interfèrent avec l'ADN et les protéines nucléaires, entraînant des altérations structurelles et fonctionnelles de l'ADN, ainsi que des modifications pouvant initier des processus pathologiques tels que la cancérogenèse, l'apoptose ou des perturbations du cycle cellulaire.
Les effets toxiques des métaux lourds peuvent également impacter le système nerveux central, provoquant des troubles mentaux, altérer la composition sanguine et perturber les fonctions du foie, des reins, des poumons, ainsi que d'autres organes vitaux. Une exposition prolongée et une accumulation dans l'organisme aggravent les processus dégénératifs physiques, musculaires et neurologiques, imitant des pathologies comme la maladie d'Alzheimer ou celle de Parkinson.
Les principales interfaces entre le corps humain et l'environnement extérieur – la peau, le tractus digestif et les poumons – constituent les voies par lesquelles ces métaux pénètrent dans l'organisme. Une fois internalisés, ces éléments toxiques peuvent soit rester confinés au site d’entrée, soit se répartir dans l’organisme via la circulation sanguine ou lymphatique, s’accumulant dans divers compartiments tels que les ganglions lymphatiques, le cerveau ou le tissu adipeux. Les organes d’élimination tels que le foie et les reins jouent un rôle clé dans leur métabolisme, tout en étant eux-mêmes susceptibles d’accumuler ces éléments.
Avec l'acquisition récente par Grenoble du premier microscope multi-élémentaire LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy), capable de cartographier les métaux dans les tissus biologiques1, une opportunité unique s’offre aujourd’hui pour explorer la présence d’éléments chimiques potentiellement toxiques dans les organes humains, notamment dans des contextes d'exposition suspectée.
MAGICAL HAT est une étude exploratoire visant à caractériser, a posteriori, les expositions tissulaires à des composés minéralo-métalliques à partir d'échantillons biologiques collectés dans le cadre des soins cliniques ou de la recherche. Ce projet ambitionne de rechercher des signatures élémentaires spécifiques en lien avec des expositions professionnelles ou environnementales, lorsqu'elles sont connues.
Cette étude inclura des échantillons tissulaires provenant de patients pour lesquels les cliniciens estiment qu'une analyse élémentaire pourrait compléter leur diagnostic ou offrir de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la maladie. Grâce aux capacités de cartographie chimique du microscope LIBS, combinées à un algorithme d’IA en développement (nommé IFF2, capable d’identifier les composantes élémentaires majeures, mineures ou traces dans les données spectrales), MAGICAL HAT permettra non seulement de détecter des éléments potentiellement toxiques, mais également de générer des données pionnières sur les relations entre les expositions aux métaux lourds et diverses pathologies humaines.