Étude pilote sur l’utilisation des biopsies liquides pour améliorer le dépistage despathogènes respiratoires chez les enfants atteints de fibrose kystique

Contexte du projet

La culture microbienne des expectorations permet de dépister les principaux pathogènes à surveiller chez lespatients atteints de fibrose kystique (FK) et ainsi d’intervenir pour limiter le déclin de la fonction pulmonaire. Les traitements par modulateurs de la CFTR (protéine régulatrice de la conductance transmembranaire de la FK) sont de nouvelles options thérapeutiques conçues pour corriger le dysfonctionnement de la CFTR. Les modulateurs de la CFTR réduisent la viscosité ainsi que l’accumulation des sécrétions respiratoires. Il est donc difficile maintenant d’obtenir des expectorations adéquates pour surveiller la présence des principaux pathogènes de la FK qui conduisent au déclin de la fonction pulmonaire. La biopsie liquide est une nouvelle approche pour le diagnostic du cancer où l’ADN acellulaire provenant de cellules éloignées est retrouvé dans le sang et analysé par séquençage de nouvelle génération (NGS). Il existe d’autres applications pour les maladies infectieuses où les foyers d’infection peuvent se trouver dans un autre endroit difficile d’accès (par exemple le cerveau ou les poumons) et où des traces d’ADN microbien peuvent être détectées dans le sang. Une étude a évalué les biopsies liquides chez 21 patients avec la FK. Cette méthode prometteuse a permis de détecter les mêmes pathogènes que dans les expectorations dans la majorité des échantillons. La métabolomique est également prometteuse selon différentes études cliniques.

Objectifs

Objectif 1. Développement d’essais de détection des pathogènes et résistances clés associés à la FK dans les biopsies liquides par a) NGS et b) métabolomique.
Objectif 2. Étude pilote sur des spécimens cliniques de patients avec la FK pour valider la méthode de dépistage des pathogènes.

Pour l’objectif 1. Le développement et la validation de la méthode nécessiteront des tests in vitro avec des échantillons simulés (sérum de volontaires sains auxquels on ajoute des quantités connues d’ADN et de métabolites d’agents pathogènes clés de la FK). Nous développerons une méthode de NGS et une de métabolomique pour détecter et identifier 2 pathogènes clés de la FK (Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus). De plus, nous détecterons la résistancemicrobienne avec une approche combinée de génomique et de métabolomique. A) Nous identifierons les espèces grâce aux gènes bactériens conservés (p. ex. tuf, recA, atpD). De plus, nous procéderons à l’analyse génomique des gènes de résistance clés (p. ex. mecA, beta-lactamases et carbapénèmases). Les lectures de génomiques microbiennes seront 2 assemblées et analysées avec groupement des données par classe. Cela permettra de déterminer les caractéristiques de performance du test, à savoir la sensibilité analytique, la spécificité et la reproductibilité pour chaque cible de l’essai NGS.
B) Nous utiliserons des filtrats de culture des pathogènes mentionnés ci-haut pour identifier des signatures métaboliques de ces pathogènes et certaines résistances en utilisant la spectrométrie de masse à haute sensibilité.

Pour l’objectif 2. Nous ferons une demande au comité d’éthique du CRCHU de Québec pour le recrutement de participants. Nous recruterons 10 patients pédiatriques (5 enfants prépubères et 5 adolescents pubères) chroniquement colonisés par S. aureus ou P. aeruginosa et suivis à la clinique de FK du CHU de Québec. Cette dernière assure le suivi à long terme de 120 patients pédiatriques. Après avoir obtenu le consentement éclairé des participants, nous procéderons au séquençage de génomique microbienne et à l’analyse métabolomique du sang prélevé (2 ml) lors d’autres examens de routine et de leurs expectorations. Nous caractériserons et identifierons, en utilisant des algorithmes d’apprentissage automatique, les signatures de génomique et de biomarqueurs microbiens en tant que paramètres quantitatifs associés à la maladie de FK. Nous comparerons ces résultats de génomiques et métabolomiques à ceux de la culture des expectorations.

Impact potentiel sur la santé des enfants

La FK touche plus de 4 000 personnes au Canada, dont plus de 1 200 résidents au Québec incluant plus de 400 enfants. En 2020, au Canada, les patients avec la FK ont nécessité collectivement plus de 18 000 consultations en clinique, 17 000 jours d’admissions hospitalières et 13 000 jours de traitement antibiotique intraveineux. Les traitements par modulateurs de la CFTR sont de nouvelles options thérapeutiques. Ils réduisent la viscosité et l’accumulation des sécrétions respiratoires mais cela limite la production d’expectorations, nécessaire au succès des cultures et des interventions avec les antibiotiques. La clairance bactérienne dans les expectorations est un critère clé en clinique et en recherche qui ne peut souvent plus être mesuré. Nous devons donc répondre à ces problématiques cliniques et éthiques. Ce projet a pour objectif de développer des nouvelles stratégies diagnostiques multi-omiques dans le sang pour les patients avec la FK.
Combiner génomique et métabolomique maximisera l’impact sur le suivi des patients avec la FK.