L'objectif du projet était de promouvoir le développement et la combinaison de la TPE et de l’EDRM, deux techniques basées sur l'IRM capables de produire des images objectives, quantitatives et traçables. Il fallait permettre leur adoption dans la pratique clinique grâce à une caractérisation systématique de leur fiabilité.

Avec plus de 30 millions d’examens par an dans les pays européens, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est l’un des outils tomographiques les plus importants adoptés dans la pratique clinique. Néanmoins, les résultats de l’IRM standard étaient pour la plupart de nature qualitative, à interpréter par un spécialiste lors d’une inspection visuelle, ce qui limitait leur objectivité et leur comparabilité.

Image

Le projet européen QUIERO a permis d’évaluer la pertinence de deux techniques prometteuses basées sur l’IRM, la tomographie des propriétés électriques (TPE) et l’empreinte digitale par résonance magnétique (EDRM), pour apporter une « révolution quantitative » en IRM, de sorte que chaque pixel d’image puisse être associé à la mesure (y compris l’incertitude) d’un ou plusieurs paramètres tissulaires.

L’IRM traditionnelle est qualitative et les résultats d’IRM obtenus à des moments et à des endroits différents sont difficiles à comparer. De plus, l’IRM conventionnelle ne peut pas fournir d’informations directes sur la nature de la pathologie.

La TPE peut être utilisée pour obtenir une image quantitative des propriétés diélectriques (c'est-à-dire la conductivité électrique et la permittivité) d'un tissu en utilisant des séquences d'IRM classiques. Par conséquent, la TPE pourrait être utilisée pour mesurer quantitativement des biomarqueurs physiques permettant de suivre l'évolution de la maladie dans le temps.

L’EDRM permet de réaliser une imagerie multiparamétrique totalement quantitative en obtenant tous les paramètres qui contribuent au signal de résonance magnétique, y compris la densité de protons et les temps de relaxation, en une seule acquisition. Cela nécessite de nouvelles approches d’acquisition de données, de post-traitement et de visualisation reposant sur des mesures compressées, la reconnaissance de formes et l’apprentissage par dictionnaire. Comme avec le TPE, l’EDRM pourrait également être utilisée pour surveiller quantitativement l'évolution de la maladie au fil du temps.

Le développement d’approches d’imagerie quantitatives telles que la TPE et l’EDRM a commencé il y a quelques années dans le but d’éliminer la variabilité inter-observateur et de réduire le besoin de procédures invasives (par exemple, les biopsies). L'idée derrière ce domaine de recherche était de permettre l'identification de nouveaux biomarqueurs et de favoriser la détection précoce des maladies, d'optimiser le parcours clinique, d'améliorer la qualité de vie des patients et de réduire la charge économique associée.

Au début du projet, une caractérisation complète de la fiabilité des procédures TPE et EDRM n'avait pas encore été réalisée. Pour commencer à envisager leur utilisation clinique, la communauté médicale avait besoin de connaître le niveau de confiance associé aux résultats TPE et EDRM, mais cela nécessitait une analyse systématique de leurs performances.

La ​​caractérisation de la TPE et de l’EDRM en termes de répétabilité et de reproductibilité nécessitait des objets de test construits artificiellement, appelés « fantômes », avec des composants traçables, validés et surveillés.

Pour les applications in vivo, la variabilité physiologique des paramètres d’un sujet à l’autre (qui est une difficulté de la phase de diagnostic) devait être soigneusement évaluée. De ce point de vue, la synergie possible entre la TPE et l’EDRM, ainsi que l’utilisation de l’intelligence artificielle pour analyser les biomarqueurs correspondants, méritaient d’être explorées pour maximiser le pouvoir diagnostique de l’IRM quantitative.

Le projet a permis le développement, l’amélioration et la mise en œuvre d'algorithmes numériques destinés à être utilisés en TPE et en EDRM ainsi que leur caractérisation. Les deux techniques ont été rendues adaptées à une utilisation pratique dans l’analyse des conditions cliniques « à fort impact ». Le projet a permis d’évaluer la fidélité des procédures TPE et EDRM dans les expériences de résonance magnétique dans des conditions contrôlées.

A l’issue du projet, la caractérisation complète de la TPE et de l’EDRM comme outils de diagnostic dans des conditions réelles a été réalisée.

Adoption de la technologie et de l'infrastructure de mesure développées par la chaîne d'approvisionnement des mesures (laboratoires agréés, fabricants d'IRM), les organismes de normalisation (CEN, ISO) et les utilisateurs finaux (hôpitaux et centres de santé, par exemple).

IMBiH (Bosnie Herzegovine)

INRIM (Italie)

LGC (Royaume-Uni)

PTB (Allemagne)

UME (Turquie)

• Développer une nouvelle base de données de référence numérique permettant d’évaluer l’incertitude des méthodes
• Evaluer différentes méthodes de classification pour l’analyse avancée des données
• Rechercher les applications cliniques de l’analyse multiparamétrique des données

L'ECG joue un rôle primordial pour évaluer les arythmies et les cardiopathies ischémiques, car il s’agit d’un outil non-invasif et rentable. Il est combiné avec d'autres mesures multi-paramétriques, telles que les tests sanguins et l'imagerie multi-modale. Une surveillance ECG continue est recommandée pour investiguer l’arythmie non-diagnostiquée (dite «silencieuse»), entraînant une grande quantité de données qui nécessitent des outils d'analyse automatisés pour la détection et la classification de l'arythmie. Le diagnostic médical, le traitement et la prévention des maladies cardiaques reposent sur des données multi-paramétriques, mais le diagnostic validé de l'arythmie cardiaque par analyse automatisée d'anomalies électrocardiographiques multi-paramétriques n'est pas encore possible.

Récemment, des techniques de diagnostic assisté par ordinateur ont été utilisées pour l'analyse de gros volumes de données de mesure. En particulier, les techniques d'apprentissage automatique ont l’avantage d'être rapides, économiques et automatiques, et présentent la possibilité d'examiner des caractéristiques invisibles à l'œil humain. Cependant, l’un des principaux défis de ces techniques consiste à étudier l’influence de l’incertitude des données et à évaluer celle de la technique elle-même. En particulier, les algorithmes d’apprentissage automatique reposent sur l’exactitude des données d’apprentissage. Toute donnée mal classée peut entraîner un comportement erroné, hautement imprévisible. Il est donc peu aisé d’inciter à la fois les professionnels de la santé et patients à la confiance en ces algorithmes, souvent très complexes. D'un point de vue réglementaire, il existe un fort besoin de validation métrologique des algorithmes utilisant des données de référence communes.

Cependant, l'incertitude des données de référence actuelles n'étant pas connue, son influence sur l'algorithme est imprévisible. L'évaluation quantitative de l'incertitude des approches modernes d'analyse de données, telles que l'apprentissage automatique, est essentielle pour leur acceptation en pratique clinique.

Image

Le projet européen MedalCare avait pour but d’étudier les données de référence d’ECG d'une population virtuelle pouvant faire l'objet d'une évaluation statistique. La base de données ECG doit être représentative d'une population virtuelle avec une quantité suffisamment grande de traces ECG, y compris des variations saines et des pathologies.

Le projet a permis de générer une base de données de référence de signaux ECG synthétiques obtenus à partir de simulations dans une cohorte de modèles représentant la variabilité chez l'homme. La base de données synthétique contient un total de 16 900 ECG.

L’analyse de l'incertitude des données de référence a été réalisée en évaluant la sensibilité de différents paramètres sur les résultats de la modélisation biophysique, ce qui a abouti à une évaluation de l'incertitude des données ECG synthétiques.

Deux méthodes d'analyse de sensibilité ont été sélectionnées et mises en œuvre. L'une d'elles est basée sur l'extraction de caractéristiques et relie les changements des paramètres d'entrée des modèles biophysiques aux changements des caractéristiques de l'ECG. La deuxième méthode est une analyse combinée de la sensibilité aux paramètres d'entrée et de la quantification de l'incertitude pour la série chronologique complète de l'ECG et utilise un modèle de substitution basé sur l'expansion du chaos polynomial.

Le projet a permis d’évaluer et de comparer l'effet de différentes approches de classification axées sur l'analyse de l'incertitude dans deux directions : l'influence de l'incertitude des caractéristiques des données ECG sur la sortie de l'algorithme de classification et l'influence des données d'apprentissage mal étiquetées sur la sortie de la classification.

Enfin, une étude approfondie de l'application clinique de l'analyse de données multiparamétriques a été réalisée. Elle comprend la détection et la classification de l'ischémie et de l'arythmie cardiaques. Une comparaison des performances de médecins expérimentés avec des méthodes d'analyse de données multiparamétriques sera réalisée.

• Développement d’un ensemble de données de mesure synthétique sur l'ECG de référence.
• Traçabilité des techniques d'analyse des données de maladies cardiovasculaires.
• Aide aux fabricants pour le développement de nouveaux dispositifs ECG offrant une meilleure fiabilité du diagnostic de maladies cardiovasculaires.

PTB (Allemagne)

NPL (Royaume-Uni)

IMBiH (Bosnie Herzégovine)

Arrhythmia Alliance (Royaume-Uni)

Karlsruher Institut fuer Technologie (Allemagne)

King's College London (Royaume-Uni)

Medizinische Universität Graz (Autriche)

Technische Universität Berlin (Allemagne)

• Evaluer les capacités métrologiques de trois techniques indirectes de mesures dimensionnelles de nanoparticules fondées sur des principes physiques très différents : DLS (Diffusion Dynamique de la lumière), SAXS (Diffusion des Rayons X aux Petits Angles) et DRX (diffraction des rayons X)
• Améliorer les protocoles de préparation des échantillons pour remonter à une taille de nanoparticules constitutives selon la Recommandation de Définition 2011/696/UE
• Réduire cette étape d’extraction de NPs pouvant altérer le comportement des nanoparticules (phénomène d’agglomération), favoriser les mesures in situ (par BET et SAXS) et ainsi développer une métrologie adaptée pour l’évaluation de la taille des nanoparticules par SAXS
• Développer une métrologie adaptée pour l’évaluation de la taille des nanoparticules en suspension par DLS/SMLS

Les exigences règlementaires (obligation d’étiquetage si ingrédient nano dans produits alimentaires, cosmétiques ou biocides) imposent aux utilisateurs d’additifs « classiques » de savoir si la substance qu’ils utilisent doit être considérée comme nano ou pas. Face à cette exposition croissante des nanomatériaux au sein du cycle de vie des produits, il est crucial de comprendre leur impact sur la santé et sur l’environnement et ainsi d’avoir des mesures fiables pour l’évaluation des risques.

En mars 2011, l'inventaire de l’institut Woodrow Wilson International Center for Scholars mettait en lumière une augmentation de près de 521 % des produits issus des nanotechnologies par rapport à mars 2006 et recensait 1300 produits de consommation courante. Plusieurs bases de données concernant les produits de consommation courante contenant des nanomatériaux ont été identifiées.

De par l’intérêt et l’essor croissant des nanomatériaux sur le marché, plusieurs textes réglementaires sur le plan National ou Européen ont été proposés. Les différentes exigences associées à ces textes nécessitent de pouvoir déterminer de façon fiable le caractère nano des substances à l’état particulaire ciblées.

Or il est à noter que la caractérisation métrologique, l’identification et la mesure de nanoparticules reste un défi compte tenu du nombre de paramètres nécessaires pour les décrire. Selon la norme PDTR 13014 (comité technique ISO TC 229) les paramètres définissant un nano-objet sont les suivants : la taille, la distribution en taille, la composition chimique, la morphologie, la structure cristallographique, l’état d’agglomération/d’agrégation, la charge de surface, la surface spécifique, la chimie de surface, la polydispersité et la solubilité/dispersité.

En France, la déclaration obligatoire des substances à l’état nanoparticulaire, prévue dans les articles L.523-1 à L.523-5 du code de l’environnement est entrée en vigueur le 1er janvier 2013. Elle vise à une meilleure connaissance de la réalité du marché des substances à l’état nanoparticulaire, afin de garantir une meilleure maîtrise des risques pour la santé et pour l'environnement sur le territoire Français. Ainsi, pour l’année 2013, environ 500 000 tonnes de telles substances ont été produites ou importées en France.

Face à cette exposition de plus en plus importante aux nanomatériaux au sein du cycle de vie des produits, il est crucial de comprendre leur impact sur la santé et sur l’environnement. Cependant, pour être en mesure de comprendre les effets toxicologiques des nanoparticules, il est nécessaire de maitriser en amont leur caractérisation d’où le besoin global de métrologie sur les étapes du cycle de vie du produit.

Dans le cadre du développement d’une métrologie liée à l’identification et la mesure de nanoparticules dans des milieux complexes, le LNE-LCM a utilisé des techniques dites indirectes pour remonter à la taille de nanoparticules directement dans le milieu complexe où elles se trouvent.

Pour répondre aux exigences réglementaires, les métrologues ont recours à la microscopie à force atomique ou bien électronique à balayage. Néanmoins, ces techniques nécessitent une préparation complexe des échantillons à analyser pouvant altérer le comportement des nanoparticules (phénomène d’agglomération).

Une approche multi-techniques a été mise en œuvre pour comparer deux mesurandes issues de différents instruments :

• un diamètre équivalent à une surface projetée pour le MEB
• une surface spécifique pour le SAXS (diffusion des rayons-X aux petits angles) et la BET (Brunauer–Emmett–Teller)

Cela afin d’accéder aux dimensions des (nano)-objets étudiées. L'influence de différents paramètres tels que la distribution en taille (ou polydispersité) la pureté des échantillons (et donc l’étape d’extraction des NMs de leur matrice), l'interaction entre les particules et l’anisotropie des particules ont été étudiés. Les résultats obtenus illustrent les difficultés de la caractérisation des (nano)-objets mais confirment que les techniques utilisées dans cette étude (le MEB, le SAXS et la BET) sont complémentaires.

L’ensemble des méthodes développées pourront être transférées dans le secteur industriel ou être utilisées au sein des laboratoires impliqués dans l’évaluation des risques des nanomatériaux.

• Possible valorisation au sein du groupe thématique du CEN TC 352 sur les nanotechnologies et sur le nouveau sujet CEN/TS intitulé Guidelines for the characterization of nanoobjects containing additives in food products, N 717, WG4
• Possible intégration du travail sur le couplage de techniques indirectes (DLS, SAXS, DRX, BET, SMLS) pour l’identification et la caractérisation dimensionnelle de nanoparticules dans des matrices complexes à la révision de la norme XP CEN/TS 17273 Nanotechnologies - Document d'orientation pour la détection et l'identification des nanoobjets dans les matrices complexes.
• Possible utilisation des données d’entrées pour alimenter les bases de données sur les NPs comme le recommande le rapport de l’ECHA sorti en novembre 2021

Publications

• C. Chivas-Joly, C. Longuet, J. Pourchez, L. Leclerc, G. Sarry, J-M. Lopez-Cuesta, Physical, morphological and chemical modification of Al-based nanofillers in by-products of incinerated nanocomposites and related biological outcome, Journal of Hazardous Materials, Volume 365, 2019, Pages 405-412, ISSN 0304-3894, https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.10.029.
• J. Pourchez, C. Chivas-Joly, C. Longuet, L. Leclerc, G. Sarry and J. Lopez-Cuesta, End-of-life incineration of nanocomposites: new insights on nanofillers partitioning into by-products and biological outcomes of airborne emission and residual ash Environ. Sci.: Nano, 2018, DOI: 10.1039/C8EN00420J.
• R. Mangin, H. Vahabi, R. Sonnier, C. Chivas-Joly, J.-M. Lopez-Cuesta, M. Cochez, Improving the resistance to hydrothermal ageing of flame-retarded PLA by incorporating miscible PMMA, 2018, Polymer Degradation and Stability ; Available online 9 July 2018
• R. Mangin, H. Vahabi, R. Sonnier, C. Chivas-Joly, J.-M. Lopez-Cuesta, M. Cochez, Assessment of the protective effect of PMMA on water immersion ageing of flame retarded PLA/PMMA blends, Polymer Degradation and Stability, Volume 174, 2020, 109104, ISSN 0141-3910, https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2020.109104
• Ghomrasni, N. B., Chivas-Joly, C., Devoille, L., Hochepied, J. F., & Feltin, N. (2020). Challenges in sample preparation for measuring nanoparticles size by scanning electron microscopy from suspensions, powder form and complex media. Powder Technology, 359, 226-237
• Ghomrasni, N. B.; Taché O., Leroy J., Feltin N., Testard F., Chivas-Joly C., Dimensional measurement of TiO2 (Nano) particles by SAXS and SEM in powder form, Talanta, Volume 234, 2021, 122619, ISSN 0039-9140, https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.122619.
• Chapple, R., Kandola, B. K., Myler, P., Ferry, L., Lopez-Cuesta, J.-M., Chivas-Joly, C., Erskine, E. L., The effect of simultaneous heat/fire and impact on carbon fibril and particle release from carbon fiberreinforced composites. Polym. Compos. 2021, 1. https://doi.org/10.1002/pc.26290
• Chapple, R., Kandola, B. K., Myler, P., Ferry, L., Lopez-Cuesta, J.-M., Chivas-Joly, C., Erskine, E. L., The effect of simultaneous heat/fire and impact on carbon fibril and particle release from carbon fiberreinforced composites, Polymer Composites. 2021;1–19 - DOI: 10.1002/pc.26290
• J.-M. Lopez-Cuesta, C. Longuet, C. Chivas-Joly, chap. 14. Thermal degradation, flammability, and potential toxicity of polymer nanocomposites, Editor(s): James Njuguna, Krzysztof Pielichowski, Huijun Zhu, In Woodhead Publishing Series in Composites Science and Engineering, Health and Environmental Safety of Nanomaterials (Second Edition), Woodhead Publishing, 2021, Pages 343-373, ISBN 9780128205051, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820505-1.00024-9.

Communications

• C. Chivas-Joly, D. Constantin, E. Dague, Présentation du groupe thématique sur les milieux complexes mis en place au sein du Club Nanométrologie – Décembre 2017
• C. Chivas-Joly, C. Longuet, J. Pourchez, G. Sarry, L. Leclerc, S. Delcour, J-M. Lopez-Cuesta, Incineration of selected nanofillers used as additives for EVA-matrix nanocomposites, ECOFRAM 2018
• C. Chivas-Joly, C. Longuet, J. Pourchez, Besoin de métrologie et protocoles expérimentaux robustes visant à mesurer les nanoparticules en milieux dit « simples » et en milieux dit « complexes », Journée ADEME 2018
• N. Bouzakher Ghomrasni, C. Chivas-Joly, F. Testard, O. Taché, « Identification et caractérisation métrologique des NPs en matrices complexes » workshop académique – industriel « Nanos pour le vivant », Orsay, Poster, Avril 2019
• N. Bouzakher Ghomrasni, C. Chivas-Joly, F. Testard, O. Taché, « Identification et caractérisation métrologique des NPs en matrices complexes » 8ième Journée du Club nanoMétrologie », Ministère de la Recherche, Poster, Juin 2019
• N. Bouzakher Ghomrasni, C. Chivas-Joly, F. Testard, O. Taché, « Mesure dimensionnelle des nanoparticules de dioxyde de titane par SAXS », Ecole Thématique de GIENS Groupe Interdisciplinaire pour l'étude des Effets environnementaux des NanotechnologieS, Guyancourt, Communication orale, Novembre 2019
• C. Chivas-Joly, N. Bouzakher Ghomrasni, L. Devoille, JF. Hochepied, N. Feltin, « Caractérisation des nanoparticules en milieux complexes par MEB : les défis liés à la préparation de l’échantillon pour la mesure des particules constitutives », Ecole Thématique de GIENS Groupe Interdisciplinaire pour l'étude des Effets environnementaux des NanotechnologieS, Guyancourt, Communication orale, Novembre 2019
• Matthias Sentis, Carine Chivas-Joly, Nicolas Feltin, Nora Lambeng, Guillaume Lemahieu, Giovanni Brambilla, Gérard Meunier, Comprehensive study of the dispersibility and stability of TiO₂ nanoparticles dispersions with SMLS and SEM, POSTER C’NANO 2021 Toulouse
• F. DORIDOT, C. CHIVAS-JOLY, NanoFabNet international Hub for sustainable, industrialscale Nanofabrication - An Introduction, Plenary lecture, C’NANO 2021 Toulouse

Laboratoire LIONS/IRAMIS/CEA

Mines ParisTech (MAT/SCPI)

FORMULACTION

• Développer les compétences techniques pour de nouveaux moyens analytiques de caractérisation des NPs en milieux liquides (A4F-UV-MALS/ICP-MS et sp-ICPMS)
• Caractériser des matériaux de référence synthétiques, imitant les propriétés de VE, et des méthodes de mesure connexes pour permettre un étalonnage FCM (cytométrie de flux) plus harmonisé

Les coûts des soins de santé en Europe devraient augmenter de 5 à 6 % par an au cours de la prochaine décennie et devraient devenir insoutenables entre 2040 et 2050. Une réduction spectaculaire des coûts de traitement peut être obtenue par un diagnostic précoce de la maladie, car les coûts du traitement à un stade précoce ne représentent qu'une fraction de ceux du traitement à un stade avancé. Cependant, un diagnostic précoce nécessite des diagnostics en temps réel à partir d'échantillons facilement accessibles. Les fluides corporels sont si bien adaptés à cet effet qu'ils sont souvent appelés « biopsies liquides ». Les biopsies liquides actuelles sont principalement basées sur l'analyse de (macro)molécules, d'ADN acellulaire ou de cellules, mais les VE gagnent rapidement en intérêt en tant que nouvelle catégorie de biomarqueurs de biopsie liquide.

L'exploitation des VE en tant que biomarqueurs nécessite des mesures fiables. Cependant, cela est actuellement très difficile car la plupart des VE sont plus petites que 200 nm. À l'heure actuelle, la cytométrie de flux est l'une des techniques les plus appropriées pour l'analyse des VE dans les échantillons cliniques, car les cytomètres de flux sont déjà présents dans les laboratoires cliniques et peuvent mesurer les VE à haut débit.

Un cytomètre de flux mesure la diffusion de la lumière et l'intensité de fluorescence des VE individuels dans un flux. Cependant, en raison des variations techniques entre les différents modèles de cytomètres de flux, les mesures des concentrations de VE sont actuellement non-comparables. Par conséquent, des matériaux et des méthodes de référence VE sont nécessaires afin d’étalonner le débit, l'intensité de diffusion de la lumière et l'intensité de fluorescence dans la gamme de tailles submicrométriques.

Le matériau de référence idéal doit contenir des particules avec une concentration numérique traçable pour étalonner le débit, une taille et un indice de réfraction traçables pour étalonner l'intensité de diffusion et une intensité de fluorescence traçable. Les applications de ces matériaux de référence dédiés nécessitent également des tests et une validation à l'aide d'échantillons de test biologiques dans les laboratoires cliniques.

Le but du projet était donc de développer des matériaux de référence synthétiques ayant des propriétés physiques ressemblant à celles des VE dans le but de les simuler. Il s’agissait d’exploiter le potentiel clinique des VE en développant des mesures traçables au SI de la concentration en nombre, de la distribution en taille et de l'intensité de fluorescence des VE spécifiques à la maladie dans le sang et l'urine humains.

Des échantillons biologiques prêts à l'emploi, ainsi que des procédures permettant d’harmoniser les mesures VE dans les laboratoires cliniques ont ainsi été développés. Le LNE est intervenu sur le comptage des particules par sp-ICPMS et sur les mesures de distribution de taille des VE dans des échantillons biologiques par A4F-UV-DRI-MALS. L’A4F a par ailleurs été utilisée pour séparer et collecter des fractions des matériaux de référence et des VE dans la matrice biologique afin de permettre des mesures complémentaires hors ligne.

Le laboratoire travaille en parallèle sur le développement de méthodes de caractérisation des produits nanopharmaceutiques, et il développe les compétences spécifiques à la mesure des nanomédicaments par A4F-MALS en accord avec la procédure opératoire normalisée (SOP). Enfin, le laboratoire travaille sur la fiabilisation des analyses par sp-ICPMS dans le contexte de la migration des nanoparticles depuis les plastiques destinés au contact alimentaire.

• Renforcement du positionnement du LNE dans le domaine des nanosciences, notamment par la mise en œuvre de techniques analytiques en plein essor (A4F et spICP-MS)
• Evaluation des performances métrologiques des techniques A4F et spICP-MS pour la caractérisation des NPs en milieux liquides
• Caractérisation des matériaux de référence synthétiques, imitant les propriétés de VE
• Développement de méthodes de mesure connexes pour permettre un étalonnage FCM plus harmonisé
• Mise au point de meilleurs diagnostics pour les patients
• Soutien au développement de nouvelles installations de mesure dans les NMI et les DI en Europe

• « Flow and fate of silver nanoparticles in small French catchments under different land-uses: The first one-year study », Jia-Lan Wang, Enrica Alasonati, Mickaël Tharaud, Alexandre Gelabert, Paola Fisicaro, Marc F. Benedetti. Water research 176 (2020) 115722. https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.115722
• Guillard, A., Gaultier, E., Cartier, C. et al. Basal Ti level in the human placenta and meconium and evidence of a materno-foetal transfer of food-grade TiO₂ nanoparticles in an ex vivo placental perfusion model. Part Fibre Toxicol 17, 51 (2020). https://doi.org/10.1186/s12989-020-00381-z
• SI-traceable characterization of nanoparticles from organic hollow beads (HOBs) as reference materials for metrological flow cytometry, Jérôme Deumer, Robin Schûrmann, Zoltan Varga, Dorota Bartczak, Britta Bettin, Edwin van der Pol, Virpi Korpelainen, Mahrad Khakpour, Johanna Noireaux and Christian Gollwitzer. Springer Nature 2021

BAM (Allemagne)

LGC (Royaume-Uni)

MIKES (Finlande)

PTB (Allemagne)

VSL (Pays-Bas)

Les traitements par radiothérapie évoluent, d'une part, vers des tailles de champs d'irradiation de plus en plus petites pour se conformer au mieux au volume de la tumeur tout en sauvegardant les tissus sains environnants et, d'autre part, vers l’hypo-fractionnement. Ce dernier mode de traitement consiste à administrer une dose de rayonnements plus importante en un nombre de fractions réduit. Ces techniques de traitement réalisées avec de nouvelles machines sont rassemblées sous le vocable de radiothérapie stéréotaxique. Du fait de la nature complexe de ces techniques, des contrôles qualité spécifiques ont été développés et sont réalisés en routine pour assurer la bonne délivrance de la dose planifiée. Ils consistent à comparer, dans une configuration spécifique au patient, la distribution de dose mesurée à celle prévisionnelle, calculée à l’aide du logiciel de planification de traitement associé aux machines de radiothérapie. Ce contrôle qualité est réalisé dans des conditions d’irradiation très différentes et éloignées des conditions d'étalonnage des dosimètres, telles que proposées dans les protocoles internationaux, ainsi que dans les conditions d’irradiation mises en oeuvre lors de mesures primaires. La traçabilité métrologique des résultats n’est de ce fait pas clairement établie et l’incertitude associée aux dosimètres utilisés mal connue.

Or, les films radiochromiques, dosimètres fréquemment utilisés en stéréotaxie pour leur équivalence à l’eau et leur très bonne résolution spatiale, permettent d’obtenir une cartographie de dose à deux dimensions (2D) comparable à la cartographie de dose planifiée à l’aide du TPS. Aussi, le LNE-LNHB se propose de développer un contrôle qualité, assurant la traçabilité métrologique pour ces nouvelles techniques de traitement, basé sur l’utilisation de films radiochromiques. Pour ce faire, le LNE-LNHB mettra à profit son expertise, quant à l’utilisation de ces films, notamment acquise lors de l’établissement de références primaires pour les faisceaux stéréotaxiques.

• Mettre au point une méthode de contrôle qualité des plans de traitements en conditions d’irradiation stéréotaxiques, assurant une traçabilité métrologique et basée sur l’utilisation de films radiochromiques ;
• Promouvoir l’utilisation et le développement commercial du lecteur de films radiochromiques conçu et construit au LNE-LNHB ;
• Promouvoir, pour les champs de petites tailles, l'utilisation de la grandeur « produit dose-surface » afin d'améliorer la précision dosimétrique des traitements tout en respectant les procédures existantes adaptées aux machines commercialement disponibles.

Collaboration avec l’Institut de Cancérologie de l'Ouest à Angers.

• Développement des capacités de mesure pour l'analyse de métaux lourds à des niveaux de concentration bas (ppt et ppb selon les matrices) avec des incertitudes inférieures à 10% en se basant sur des méthodologies de dilution isotopique par spectrométrie de masse (DI-ICPMS)
• Développement d’une méthode secondaire pour la mesure du pH et application de cette méthode pour la production et la caractérisation de solutions de référence de pH avec une incertitude cible de 0,008 pH
• Application des méthodes développées à des matrices environnementales et alimentaires telles que les eaux potables et naturelles, les sédiments et différents types d'échantillons de poissons et biotes
• Validation des méthodes développées en participant à des comparaisons internationales appropriées permettant le dépôt de CMC à soumettre dans la base de données du BIPM
• Développement de stratégies individuelles pour l’application à long terme de capacités de mesure développées, y compris le soutien à la réglementation, l’établissement de collaborations de recherche et l'obtention de l’accréditation selon la norme ISO 17025

Lors de la réalisation d'analyses chimiques de routine, les laboratoires d’analyse ont besoin d'outils fiables tels que les matériaux de référence et les mesures de référence afin d'établir la traçabilité métrologique au SI et de valider leurs méthodes.

La chaine de traçabilité des analyses chimiques est basée sur la mise en œuvre de la dilution isotopique par spectrométrie de masse (IDMS), qui est une méthode de référence primaire. L'approche IDMS nécessite que les opérateurs soient expérimentés, car de nombreux aspects (comme par exemple la sélection des isotopes appropriés, l'optimisation de l'équilibre du mélange étalon/échantillon) doivent être soigneusement évalués et pris en compte afin d’obtenir des résultats fiables.

L'objectif général du projet ChemMet-Cap (Development of scientific and technical capabilities in the field of chemical analysis, site internet consultable ICI), financé par le programme européen EMPIR et coordonné par le LNE, était donc d'améliorer les capacités de mesure des instituts nationaux de métrologie (INM) moins expérimentés dans le domaine de la métrologie en chimie.

Ce projet a permis d’améliorer les capacités de recherche des INM émergents dans le domaine de la métrologie en chimie. En outre, les capacités de mesure acquises ont été démontrées grâce à l’organisation d’une comparaison interlaboratoire pour les laboratoires d’analyse, au cours de laquelle les INM ont fourni les valeurs de référence. En outre, les INM émergeants ont également préparé des feuilles de route et défini leurs stratégies à long terme, pour la mise en œuvre d'une infrastructure métrologique nationale et une collaboration efficace avec les pays voisins dans le domaine de la métrologie en chimie.

Le LNE a assuré la coordination du projet. Du point de vue technique, sa contribution a porté principalement sur la formation des INM émergeants en matière de DI-ICPMS et sur le développement du banc secondaire de pH-métrie.

En outre, le LNE a également contribué à la fourniture des valeurs de référence assignées lors de la comparaison interlaboratoire organisée pour les laboratoires de routine et a aidé les INM à structurer leurs feuilles de route pour la mise en œuvre des stratégies nationales.

• Les valeurs de référence fournies pour les programmes d'essais d'aptitude et les matériaux de référence bénéficieront directement aux laboratoires de terrain
• La production d'échantillons de référence avec des valeurs de référence attribuées en utilisant une méthode de mesure primaire, ainsi que la production des matériaux de référence secondaires de pH dans les pays participants, contribuera à réduire le coût d'achat de matériaux de référence importés pour l'étalonnage
• Le projet a établi des capacités fiables pour des mesures traçables en chimie (en particulier pour l'analyse inorganique élémentaire et le pH) qui ont créé un impact significatif au sein de la communauté de la métrologie
• Le projet a soutenu les NMI/DI des pays émergents impliqués, à travers les activités de partage des connaissances entreprises. Cela permettra aux NMI/DI émergents de participer à davantage de futurs programmes de recherche d'EURAMET et à d'autres initiatives de recherche de l'UE
• Le projet a encouragé la participation active dans les principaux comités européens liés à la chimie tels que l'EURAMET TC MC, ainsi que le transfert et l'échange de connaissances avec la métrologie internationale dans la communauté de la chimie comme le BIPM CCQM

“Recent progress in chemical measuring capabilities in INM as a result of EMRP/EMPIR Programme”, Mirella Buzoianu, Mihail Radu, George Victor Ionescu, published in 19th International Congress of Metrology, 20004 (2019), https://doi.org/10.1051/metrology/201920004

2“Work at the INM to Develop Measurement Capabilities to Assign Reference Values in Proficiency Testing Schemes”, M.Buzoianu, published in Proceedings of PT CONF 2019, http://www.pt-conf.org/2019/wp-content/uploads/2019/09/Proceedings-PT-C…

BIM (Bulgarie)

BRML (Roumanie)

TUBITAK (Turquie)

IAPR (Grèce)

INRAP (Tunisie)

La radioactivité induite dans les installations utilisant des accélérateurs dédiés aux applications médicales conduit à la création de déchets radioactifs dont la caractérisation précise est essentielle pour les opérations de démantèlement de ces installations afin d’identifier les bonnes filières d’entreposage et de recyclage. Le projet permettra la mise en place d’une méthodologie rigoureusement validée pour la détermination du spectre radiologique des pièces activées des accélérateurs médicaux.

Cette problématique n’a jamais été précisément traitée, les accélérateurs médicaux n’ayant pas une grande ancienneté. De fait, les aspects liés à leur démantèlement commencent juste à être abordés sous l’impulsion des principaux acteurs (exploitants, entités en charge de la gestion des déchets, sociétés en charge des chantiers) compte tenu de la taille du parc actuel.

La connaissance précise de l’activation induite permettra, outre une meilleure gestion des déchets issus du démantèlement des accélérateurs médicaux en définissant les bonnes filières, d’en optimiser les flux vers les différents entreposages ou réutilisations.

Au-delà du besoin exprimé par la communauté en France, ces travaux s’inscrivent dans un contexte plus large au niveau international. Le parc des accélérateurs médicaux dans le monde suit la même tendance croissante qu’au niveau national et les chantiers de démantèlement vont se multiplier les prochaines années. Grâce à ces travaux précurseurs dans le domaine, le LNE-LNHB en proposant une méthodologie précise et fiable pourra renforcer son positionnement à l’international.

• Les travaux proposés auront un impact direct sur les aspects de la gestion des déchets radioactifs issus du démantèlement des accélérateurs médicaux, en assurant la précision adéquate des données qui sont à la base de la prise de décision concernant l’entreposage des pièces radioactives et le recyclage de celles présentant un niveau de radioactivité faible. Des bases de données comprenant les spectres radiologiques des composants des accélérateurs pour les deux principaux fabricants d’accélérateurs médicaux (VARIAN et ELEKTA) seront publiées, après accord des constructeurs.
• Ce projet abordera également les améliorations à apporter au design des futurs accélérateurs de radiothérapie du point de vue de la quantité et la composition des déchets générés par leur fonctionnement. Des solutions alternatives seront proposées pour les compositions des matériaux afin de réduire le niveau de radioactivité induite avec une faible contribution des émetteurs β purs, très difficiles à mesurer contrairement aux émetteurs γ. Les résultats de cette analyse seront rendus accessibles à la communauté incluant les fabricants des accélérateurs et les futurs utilisateurs.
• Les résultats de ce travail donneront accès à une information plus complète permettant un niveau de confiance accru entre les fabricants et les futurs exploitants avec la prise en compte désormais possible des aspects liés à la radioactivité induite et au coût du démantèlement ultérieur, souvent négligés lors de l’acquisition et l’installation d’un nouvel équipement.

• Les travaux concernant les irradiations en champs de neutrons seront potentiellement réalisés en collaboration avec les équipes du CEA-DRF auprès de l’installation NFS du GANIL, et/ou celles LNE-LMDN de l’IRSN auprès de l’installation AMANDE.
• L’objectif premier de ce projet étant de fournir des informations précises et consolidées pour assurer une meilleure gestion des déchets radioactifs dans le cas des accélérateurs médicaux, le LNE-LNHB continuera d’être en contact étroit avec les acteurs nationaux dans le domaine du démantèlement et notamment avec l’Andra (Agence Nationale de gestion des Déchets RAdioactifs).

Lors du traitement de tumeurs par irradiation externe au moyen de faisceaux de photons X de haute énergie produits par des accélérateurs, la dose absorbée à la tumeur est obtenue au moyen de programmes de calcul de planification des traitements. Ces derniers sont « alimentés » par une mesure de dose dans le faisceau de photons de l’utilisateur au moyen de dosimètres étalonnés dans les conditions de référence définies par les protocoles internationaux. Du fait de l’introduction de la technique de Radiothérapie Conformationnelle par Modulation d’Intensité (RCMI) avec des faisceaux de haut débit et plus globalement des nouvelles modalités de traitement avec des photons de haute énergie, les conditions de référence du protocole actuel sont de plus en plus éloignées de celles du traitement. Il est donc nécessaire d’établir de nouvelles références dosimétriques, dans des conditions plus proches de celles utilisées pour ces traitements, en particulier les faisceaux FFF.

Le but de l’étude engagée par le LNE-LNHB est d’établir des références dosimétriques spécifiques pour ces faisceaux en termes de dose absorbée de l’eau par calorimétrie dans l’eau, et d’utiliser les résultats obtenus pour mieux connaître les coefficients d’étalonnage des dosimètres des services de radiothérapie pour ce type de faisceaux.

Cette étude a pour but d’apporter des informations sur la variation du coefficient d’étalonnage de divers types de chambres d’ionisation entre les faisceaux conventionnels et les faisceaux FFF d’un Varian TrueBeam et ainsi d’augmenter les connaissances disponibles à ce sujet.

Partenariat avec le centre régional de lutte contre le cancer d'Angers, ICO - Site Paul Papin.

La participation de la métrologie française au sein de ce projet européen se fait essentiellement au travers de l'extension de la référence nationale aux volumes et débits dynamiques (liquides prélevés ou délivrés) de 600 ml/min jusqu'à 5 nL/min pour des liquides Newtoniens dont le débit varie rapidement, la caractérisation métrologique de dispositifs de délivrance de médicaments pour des débits de 5nL/min à 600 ml/min et la rédaction de guides de bonnes pratiques, procédures d'étalonnage, articles scientifiques, communications des résultats aux comités normatifs idoines. Un système de mesure optique de nano-débit de liquide est en cours de développement.

HTTP://WWW.DRUGMETROLOGY.COM/

• Développement de nouveaux services d'étalonnage qui présentent un intérêt direct pour les communautés d'industriels et d'autres utilisateurs (débits réguliers et des débits à variation rapide, qui seront utiles pour la caractérisation des dispositifs d'administration de médicaments)
• Mise au point de nouvelles méthodes d'étalonnage basées sur l'optique qui auront un impact car ces méthodes seront diffusées à la communauté scientifique dans des publications : ces nouvelles méthodes d'étalonnage seront bénéfiques à la fois pour les laboratoires accrédités et pour les fabricants de dispositifs d'administration de médicaments
• Fourniture de données aux commissions de normalisation pour mettre à jour les normes relatives aux différents types de pompes et les calibrateurs
• Identification et de réduction des erreurs de dosage, dans les dispositifs d'administration des médicaments utilisés pour le traitement et le diagnostic des patients

Batista E., Furtado A., Pereira J., Ferreira M., Bissig H., Graham E., Niemann A., Timmerman A., Ogheard F. et Alves e Sousa J., "New EMPIR project - Metrology for Drug Delivery", 19^e Congrès international de Métrologie (CIM 2019), France, Paris, septembre 2019, DOI: 10.1051/metrology/201915004

Batista E., Furtado A., Pereira J., Ferreira M., Bissig H., Graham E., Niemann A., Timmerman A., Alves e Sousa J., Ogheard F., et Boudaoud A.W., “New EMPIR project – Metrology for Drug Delivery”, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 72, 2020.

Ogheard F., Cassette P., et Boudaoud A.W., “Development of an optical measurement method for “sampled” micro-volumes and nano-flow rates”, Flow Measurement and Instrumentation, Volume 73, 2020.

• IPQ (PT)
• CETIAT (FR)
• CMI (CZ)
• DTI (DK)
• METAS (CH)
• NEL (UK)
• NQIS (EL)
• RISE (SE)

Ce projet a pour principal objectif de développer des méthodes de référence et des matériaux de référence certifiés pour la standardisation d’un panel de biomarqueurs (ApoA-I, B, C-I, C-II, C-III, E et Apo(a) ) permettant d’évaluer de manière plus fine que les tests conventionnels le risque des développer des maladies cardio-vasculaires Il est également prévu d’évaluer la valeur ajoutée de ces dosages et plus généralement des méthodes d’analyse avancée de lipoprotéines par rapport aux dosages de lipides.

En 2015, 49 millions de personnes vivaient avec une maladie coronarienne, ce qui implique de surveiller régulièrement leur état de santé à l'aide de biomarqueurs cardiaques dotés de tests médicaux certifiés. Des paramètres importants pour la santé de ces biomarqueurs, ainsi que leurs concentrations respectives et les écarts admissibles, sont définis dans des directives telles que la «Richtlinie der Bundesärztekammer» (directive de l’Association médicale allemande). Les laboratoires cliniques doivent ensuite prouver leur capacité à mesurer ces quantités lors de comparaisons interlaboratoires. Cependant, les résultats de ces comparaisons sont incohérents : par exemple, la comparaison CM4/17 sur la troponine cardiaque (cTn) organisée par l'Institut de référence en bioanalyse a donné un coefficient de variation de 85%. Actuellement, des méthodes de quantification de la cTn sont disponibles, mais aucune méthode de référence ou valeur de référence n’existe. De plus, les méthodes disponibles ne sont ni normalisées ni harmonisées et, dans la plupart des cas, la molécule cible n'a pas été caractérisée en détail.

La Société européenne de cardiologie (ESC) a introduit des lignes directrices sur la prévention, le diagnostic et le traitement des maladies coronariennes telles que l'insuffisance cardiaque aiguë et chronique. Les biomarqueurs tels que le peptide natriurétique pro-cérébral N-terminal (NT-proBNP) sont particulièrement importants pour l'évaluation du statut de l'insuffisance cardiaque. Pour les maladies coronariennes, les directives recommandent, entre autres, le MYO comme biomarqueur indicatif, en plus des tests médicaux standards de cTn. Le MYO dans le sang est un marqueur des dommages musculaires et ne se trouve généralement dans le sang qu'à de très faibles concentrations. Sa fonction de liaison à l'oxygène dans les tissus musculaires striés tels que les muscles cardiaques ou squelettiques est similaire à la fonction de l'hémoglobine dans le sang. Par conséquent, lorsque le muscle cardiaque est endommagé, la concentration de MYO dans le sang augmente. Cependant, comme il est également libéré lors d'autres lésions musculaires, il ne peut servir que de marqueur indicatif. Ainsi, des recherches à propos des variations de concentration de MYO lors de maladies cardiaques sont nécessaires.

Les apolipoprotéines jouent également un rôle important dans le métabolisme des lipides et dans les processus athérosclérotiques et sont des biomarqueurs importants pour l’évaluation du risque de maladie coronarienne. Cependant, à l'heure actuelle, les apolipoprotéines sont principalement mesurées dans des laboratoires cliniques experts et sont rarement utilisées pour le diagnostic en pratique clinique de routine. De plus, ces tests sont sensibles à la matrice et ne sont pas fiables dans certains états pathologiques. La mesure de biomarqueurs cardiaques avec des paramètres quantitatifs d'imagerie par résonance magnétique cardiaque (IRMc) est une nouvelle approche diagnostique. L’IRMc fournit des informations détaillées quantifiables sur la fraction d’éjection coronaire du patient, son volume diastolique final, son volume systolique final, son volume temps-cœur et sa masse cardiaque. Pour les patients atteints de coronaropathie, l'IRMc peut être utilisée pour quantifier l'étendue de l'infarctus aigu du myocarde par analyse volumétrique, ce qui permet de calculer la masse de tissu myocardique abîmé. Par conséquent, la comparaison des résultats de l'IRMc avec différentes techniques de diagnostic présente un grand intérêt pour l'estimation du risque de maladie coronarienne.

Le projet permettra ainsi de développer et documenter des procédures de mesure de référence pour la quantification traçable des protéines telles que la troponine cardiaque (cTn), la myoglobine (MYO), le peptide natriurétique cérébral 1-32, le peptide natriurétique cérébral pro-terminal (NT-ProBNP) et les apolipoprotéines, par spectrométrie de masse moléculaire et élémentaire couplée à diverses techniques de séparation. Ces procédures devront cibler des limites de quantification (LOQ) très basses pour ces biomarqueurs (par exemple, 10 ng / L à 100 ng / L pour cTn).

Des méthodes complémentaires telles que l'imagerie par résonance magnétique cardiaque (IRMc) en combinaison avec la tomographie par ordinateur devront être développées pour déterminer avec précision l'insuffisance cardiaque et la corrélation avec les résultats de l'analyse de biomarqueurs.

Promotion des méthodes développées dans le projet auprès des laboratoires, des fabricants de dispositifs médicaux et des associations médicales.

Réduction du risque de diagnostics incorrects,  du risque de décès de patients et contribution à réduire les coûts de soins de santé.

BAM (Allemagne), LGC (Royaume-Uni), PTB (Allemagne), UME (Turquie), Academisch Ziekenhuis Leiden (Netherlands), Assistance publique – Hôpitaux de Paris (France), Greater Glasgow Health Board (United Kingdom), Inst Cardiometabolisme Nutrition ICAN (France), Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt am Main (Germany), Stiftung für Pathobiochemie und Molekulare Diagnostik (Germany), Uppsala Universitet (Sweden)