ERC SUMMIT – Site-specific Ultrasensitive Magnetic resonance of Mixtures for Isotopic Tracking

Ce projet porté par Patrick Giraudeau et l’équipe de recherche MIMM repose sur les équipements de pointe de la plateforme RMN du CEISAM. Il vise à explorer le potentiel de méthodes rapides et hyperpolarisées en résonance magnétique nucléaire pour les sciences « omiques ».

5 années

2019 - 2024

1 999 768 €

Financement ERC

211

Personnes/mois sur 5 ans

7

Membres internes du laboratoire

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L’équipe du projet SUMMIT développe de nouveaux outils basés sur la résonance magnétique nucléaire (RMN) pour obtenir des informations sur des questions biologiques complexes dans les domaines des sciences de la vie, de l’environnement, de l’alimentation et des sciences forensiques.

La RMN est une technique de pointe qui fournit des informations cruciales sur les molécules présentes dans des échantillons biologiques au niveau atomique. Par exemple, la RMN peut aider à déterminer de nouveaux biomarqueurs d’une certaine pathologie ou fournir des informations sur l’authenticité d’un échantillon alimentaire. Dans ce contexte, le projet SUMMIT vise à développer des méthodes plus sensibles et résolutives, qui seront appliquées à une large gamme de problématiques biologiques.

Détails du projet SUMMIT

La métabolomique, la fluxomique et l’isotopomique sont des approches prometteuses pour étudier l’origine des biomarqueurs dans des environnements biologiques complexes, dans les domaines des sciences de la vie, de l’environnement, de l’alimentation et des sciences forensiques. La spectroscopie RMN est un outil d’analyse de pointe majeur pour ces sciences «omiques» grâce à son fort potentiel structural et quantitatif, et grâce à sa capacité à fournir des informations isotopiques position-spécifique. La RMN du 13C joue un rôle central, mais de nombreuses applications sont actuellement hors de portée de la RMN 13C en raison de sa faible sensibilité.

Le projet SUMMIT vise à développer un workflow d’analyse reposant sur deux méthodes de RMN parmi les plus puissantes: la polarisation nucléaire dynamique par dissolution et la RMN 2D ultra-rapide. Cette approche pourrait permettre à terme la mesure simultanée des empreintes isotopiques 13C pour des biomarqueurs faiblement concentrés dans des mélanges complexes, ce qui est irréalisable avec les méthodes existantes. Le potentiel de cette stratégie analytique sera étudié sur une variété de questions biologiques, en vue d’applications en métabolomique, fluxomique et isotopomique.

Personnel impliqué

Patrick GIRAUDEAU

Professeur à l’Université de Nantes

Responsable de projet

Clément PRAUD

Doctorant
Développement séquences d’impulsions RMN
(2020-2023)

Jean-Nicolas DUMEZ

Chercheur associé au CNRS

Développement séquences d’impulsions RMN

Marine LETERTRE

Chercheuse post-doctorale associée
RMN métabolique
(2021-2023)

Benoît CHARRIER

Ingénieur de recherche

Appareillage d-DNP

Victor RIBAY

Doctorant
Développement d-DNP et métabolomique
(2021-2024)

Anciens Membres du projet

Stéphanie TESSIER

Gestionnaire de projet

Finances, gestion, ressources humaines et suivi

Marine PIOU

Ingénieure
Traitement du signal
(2021-2022)

Arnab DEY

Chercheur post-doctoral associé
Développement d-DNP
(2019-2022)

Célia LHOSTE

Doctorante
Développement séquences d’impulsions RMN
(2020-2023)

Publications scientifiques

20. Non-uniform sampling to enhance the performance of compact NMR for characterizing new psychoactive substances (http://dx.doi.org/10.1002/mrc.5416)
Auteurs : Thomas Castaing-Cordier, Sélina Crasnier, Damien Dubois, Virginie Ladroue, Audrey Buleté, Cédric Prudhomme, Céline Charvoz, Fabrice Besacier, Denis Jacquemin, Patrick Giraudeau, Jonathan Farjon

19. Optimization of heteronuclear ultrafast 2D NMR for the study of complex mixtures hyperpolarized by dynamic nuclear polarization (link)
Auteurs : Clément Praud, Victor Ribay, Arnab Dey, Benoît Charrier, Joris Mandral, Jonathan Farjon, Jean-Nicolas Dumez, and Patrick Giraudeau

This work provides a rigorous characterisation of the sensitivity and repeatability of the combination of dissolution dynamic nuclear polarisation and ultrafast 2D NMR, which are important for analytical applications.

18. Hyperpolarized 1H and 13C NMR Spectroscopy in a Single Experiment for Metabolomics (link)
Auteurs : Arnab Dey, Benoît Charrier, Victor Ribay, Jean-Nicolas Dumez and Patrick Giraudeau

This work shows that hyperpolarised 13C and 1H 1D NMR spectra can be acquired in a single dissolution dynamic nuclear polarisation experiment, with signal enhancements of several orders of magnitude.

17. Solution-state 2D NMR spectroscopy of mixtures hyperpolarized using optically polarized crystals (link)
Auteurs : Anna J. Parker, Arnab Dey, Mohammed Usman Qureshi, Jakob M. Steiner, John W. Blanchard, Jochen Scheuer, Nikolas Tomek, Stefan Knecht, Felix Josten, Christoph Muller, Patrick Hautle, Ilai Schwartz, Patrick Giraudeau, Tim Eichhorn, Jean-Nicolas Dumez

16. Broadband ultrafast 2D NMR spectroscopy for online monitoring in continuous flow (link)
Auteurs : Célia Lhoste, Margherita Bazzoni, Justine Bonnet, Aurélie Bernard, François-Xavier Felpin, Patrick Giraudeau, Jean-Nicolas Dumez

15. Scaling-up metabolomics: Current state and perspectives (link)
Auteurs : Ghina Hajjar, Millena C. Barros Santos, Justine Bertrand-Michel, Cécile Canlet, Florence Castelli, Nicolas Creusot, Sylvain Dechaumet, Binta Diémé, Franck Giacomoni, Patrick Giraudeau,Yann Guitton, Etienne Thévenot, Marie Tremblay-Franco, Christophe Junot, Fabien Jourdan, François Fenaille, Blandine Comte, Pierre Pétriacq, Estelle Pujos-Guillot

14.  NMR metabolite quantification of a synthetic urine sample: an inter-laboratory comparison of processing workflows (link)
Auteurs: Cécile Canlet, Catherine Deborde, Edern Cahoreau, Grégory Da Costa, Roselyne Gautier, Daniel Jacob, Cyril Jousse, Mélia Lacaze, Inès Le Mao,Estelle Martineau, Lindsay Peyriga,Tristan Richard, Virginie Silvestre, Mounir Traïkia, Annick Moing, Patrick Giraudeau 

13. Book chapter: Fast 2D NMR for metabolomics (link)
Auteurs : Clément Praud, Marine P.M. Letertre, Arnab Dey, Jean-Nicolas Dumez, Patrick Giraudeau

12. Book chapter: Fast 2D NMR for reaction and process monitoring (link)
Auteurs : Margherita Bazzoni, Benjamin Lorandel, Célia Lhoste, Patrick Giraudeau, Jean-Nicolas Dumez

11. Hyperpolarized 13C NMR Spectroscopy of Urine Samples at Natural Abundance by Quantitative Dissolution Dynamic Nuclear Polarization (link)
Auteurs: Victor Ribay, Arnab Dey, Benoît Charrier, Clément Praud, Joris Mandral, Jean-Nicolas Dumez, Marine P.M. Letertre, and Patrick Giraudeau

10. Quantitative NMR spectroscopy of complex mixtures (link)
Auteur: Patrick Giraudeau

9. Hyperpolarized NMR metabolomics (link)
Auteurs: Victor Ribay, Clément Praud, Marine P. M. Letertre, Jean-Nicolas Dumez and Patrick Giraudeau

8. In-line Multidimensional NMR Monitoring of Photochemical Flow Reactions (link)
 Auteurs: Margherita Bazzoni, Célia Lhoste, Justine Bonnet, Kouakou Eric Konan, Aurélie Bernard, Patrick Giraudeau, François-Xavier Felpin,
and Jean-Nicolas Dumez

This work demonstrates the in-line monitoring of a flow photochemical reaction using 1D and ultrafast 2D NMR methods at high magnetic field.

7. Fine optimization of a dissolution dynamic nuclear polarization experimental setting for 13C NMR of metabolic samples (link)
Auteurs: Arnab Dey, Benoît Charrier, Karine Lemaitre, Victor Ribay, Dmitry Eshchenko, Marc Schnell, Roberto Melzi, Quentin Stern,
Samuel F. Cousin, James G. Kempf, Sami Jannin, Jean-Nicolas Dumez, and Patrick Giraudeau

6. Ultrafast 2D NMR for the analysis of complex mixtures (link)
Auteurs: Célia Lhoste, Benjamin Lorandel, Clément Praud, Achille Marchand, Rituraj Mishra, Arnab Dey, Aurélie Bernard, Jean-Nicolas Dumez, Patrick Giraudeau

This review article describes ultrafast 2D NMR and its applications in the fields of monitoring, metabolomics, hyperpolarization and oriented media.

5. Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy in Clinical Metabolomics and Personalized Medicine: Current Challenges and Perspectives (link)
Auteurs: Marine P. M. Letertre, Patrick Giraudeau and Pascal de Tulli

4. Ultrafast 2D 1H-1H NMR spectroscopy of DNP-hyperpolarised substrates for the analysis of mixtures (link
Auteurs: Kawarpal Singh, Corentin Jacquemmoz, Patrick Giraudeau, Lucio Frydman, Jean-Nicolas Dumez

3. Combined Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy and Mass Spectrometry Approaches for Metabolomics (link)
Auteurs: Marine P. M. Letertre, Gaud Dervilly, and Patrick Giraudeau

Graphical abstract

2. Hyperpolarized NMR Metabolomics at Natural 13C Abundance (link)
 Auteurs: Arnab Dey, Benoît Charrier, Estelle Martineau, Catherine Deborde, Elodie Gandriau, Annick Moing, Daniel Jacob, Dmitry Eshchenko,
Marc Schnell, Roberto Melzi, Dennis Kurzbach, Morgan Ceillier, Quentin Chappuis, Samuel F. Cousin, James G. Kempf, Sami Jannin,
Jean-Nicolas Dumez, and Patrick Giraudeau

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1. NMR-based metabolomics and fluxomics: developments and future prospects (link)
Auteur: Patrick GIRAUDEAU

NMR-based metabolomics and fluxomics developments and future prospects