Chapitre 3 - Construire votre étude métabolomique

Approche de l'étude

La première chose à faire avant de concevoir votre étude est d'en définir l'objectif. Vous intéressez-vous à l'impact d'un traitement dans le temps ? Voulez-vous simplement identifier les différences de métabolites entre les sujets sains et les sujets malades ? Ou souhaitez-vous identifier des biomarqueurs ?

Une fois que vous avez défini l'objectif de votre étude, l'étape suivante consiste à déterminer si vous allez effectuer une analyse non ciblée (globale) ou ciblée, ou une combinaison des deux. Les approches métabolomiques globales sont semi-quantitatives et prennent en compte toutes les données métaboliques de sortie, tandis que les études ciblées utilisent des panels de métabolites connus pour quantifier les quantités de ces métabolites spécifiques dans le(s) échantillon(s) d'intérêt (quantification absolue).

Pour ceux qui souhaitent identifier de nouveaux biomarqueurs ou comprendre la présence d'un large éventail de métabolites, la métabolomique globale est le meilleur choix. Cependant, si vous savez exactement ce que vous recherchez et que vous voulez connaître la quantité d'un métabolite spécifique ou de groupes de métabolites présents dans votre échantillon, vous aurez besoin d'une approche ciblée. Chez Metabolon, nous proposons des panels ciblés pour les acides aminés, les acides biliaires, les carbones centraux, les lipides complexes, les acides gras, les acides gras à chaîne courte, etc. Et, bien sûr, nous pouvons vous aider à développer des panels ciblés personnalisés, spécifiques à vos objectifs de recherche.

Souvent, les chercheurs optent pour une approche à deux volets, en commençant par une approche globale et en utilisant ensuite la métabolomique ciblée pour mieux comprendre les analytes clés identifiés par l'analyse globale. Quelle que soit l'approche ou la combinaison d'approches choisie, il est important de définir ce paramètre d'étude dès le départ, car il déterminera les types et les quantités d'échantillons nécessaires pour rendre la collecte de données aussi simple que possible.

Objectifs de l'étude

Il est également essentiel de définir les objectifs de l'étude pour s'assurer qu'elle est conçue de manière efficace. La plupart des études détectent, identifient, quantifient et, enfin, établissent une corrélation entre les métabolites et des variables spécifiques afin de répondre à la question de recherche. Dans l'idéal, les expériences devraient comporter un éventail de points dans le temps, de doses et/ou de sévérités phénotypiques/maladies, ce qui leur permettrait de détecter des changements métaboliques saillants de "cause à effet".

Nous recommandons aux chercheurs de prélever des échantillons à des moments, des doses et/ou des expositions qui induisent des effets expérimentaux légers, modérés et sévères. En outre, veillez à collecter un ensemble complet de métadonnées, comprenant non seulement des informations biologiques (telles que l'état de la maladie, l'âge, le sexe, etc.), mais aussi des informations techniques, telles que la personne qui a effectué le prélèvement des échantillons, le congélateur dans lequel les échantillons ont été conservés, et tout autre élément susceptible d'être une source de variation. Il n'y a rien de pire que d'observer des schémas métaboliques sans pouvoir les corréler à une variable spécifique.

Taille de l'étude

Une fois votre objectif et vos buts définis, vous devrez déterminer les types d'échantillons que vous allez collecter et les quantités d'échantillons adéquates. Dans le prochain chapitre de ce guide, nous nous pencherons sur les différents types d'échantillons que vous pouvez collecter pour les études sur les métabolites. Mais que vous choisissiez de prélever des cellules en culture, des selles, du plasma, du sérum, de l'urine, des biopsies de tumeurs ou d'autres types de liquides/tissus biologiques (ou une combinaison), vous devrez vous assurer de prélever un volume suffisant de chaque échantillon afin de pouvoir capturer des profils de métabolites biologiquement pertinents. Nous recommandons ce qui suit :

• Cellules isolées : 100 µL
• Liquides biologiques (plasma, urine, etc.) : 150 à 200 µL
• Tissus : 50 à 100 mg

Nos directeurs d'étude sont prêts à travailler avec vous pour vous aider à déterminer le nombre approprié d'échantillons à prélever en fonction de votre plan d'étude et pour s'assurer que vous prélevez un volume d'échantillons suffisant pour l'analyse métabolomique.

Pouvoir d'étude

Pour obtenir des résultats statistiquement significatifs, votre étude doit être suffisamment puissante, c'est-à-dire que vous avez collecté suffisamment d'échantillons pour surmonter les variations biologiques et techniques. Les scientifiques de Metabolon ont combiné des décennies d'expérience avec des milliers d'études de métabolites sur des centaines de types d'échantillons, et nous avons développé un ensemble de directives de base, décrites dans notre outil de conception d'étude, pour s'assurer que votre étude est correctement alimentée.

Divers aspects de la conception de l'étude peuvent toutefois avoir un impact sur la puissance. Un plus grand nombre d'échantillons que la quantité recommandée pour votre type d'échantillon peut être nécessaire si vous prélevez des échantillons sur plusieurs sites, si vous utilisez une population mixte ou si vous vous attendez à des effets subtils du traitement. D'un autre côté, vous pouvez avoir besoin de moins d'échantillons pour obtenir la même puissance si vous prélevez des échantillons sur plusieurs points dans le temps, si vous prélevez plusieurs échantillons sur le même individu ou si vous vous attendez à ce que l'effet de votre traitement soit très fort. Les directeurs d'étude de Metabolon travaillent avec chaque client individuellement non seulement pour concevoir leur étude de manière appropriée, mais aussi pour s'assurer que l'étude est suffisamment puissante.

Contrôles de l'étude

Comme pour toute étude scientifique, les contrôles sont un élément essentiel de votre étude métabolomique. L'incorporation d'un contrôle approprié pour chaque variable testée dans vos expériences vous permettra de répondre correctement à votre question scientifique. Il est également recommandé de ne jamais inclure une variable pour laquelle vous ne pouvez pas inclure un contrôle approprié. Parmi les exemples de contrôles, on peut citer les contrôles du véhicule (c'est-à-dire la solution saline, le placebo) pour les études sur les médicaments, les échantillons d'individus sains pour les études sur les maladies et les animaux de type sauvage pour les études sur les animaux transgéniques. Les contrôles techniques doivent également être utilisés à l'étape du traitement de l'échantillon. Metabolon inclut des contrôles appropriés pour chaque étude afin de s'assurer que les instruments fonctionnent correctement et d'identifier (et d'éliminer) les sources universelles de variation.

Les contrôles physiques aident les chercheurs à déterminer si les caractéristiques de leurs données sont spécifiques aux variables qui les intéressent ou non (si elles sont également présentes dans les échantillons de contrôle, elles n'ont pas de sens dans le contexte de la question scientifique posée). Mais les échantillons de contrôle ne sont qu'un moyen parmi d'autres de traiter les variations de l'étude. La normalisation des échantillons est également essentielle pour obtenir des informations biologiques, mais elle doit être effectuée avec le plus grand soin pour préserver la variation biologique tout en réduisant la variation non biologique. Metabolon a développé des approches de pointe pour la normalisation des échantillons, garantissant que toute étude que vous réalisez avec nous permet d'obtenir un maximum d'informations.

Fixer des attentes en matière de résultats

Le fait de savoir dès le départ quel type de données vous pouvez vous attendre à recevoir et combien de temps il vous faudra pour recevoir ces données vous aidera à planifier les expériences de suivi et à collecter les échantillons pour ces études au bon moment, ainsi qu'à budgétiser les logiciels/outils d'analyse nécessaires.

Comme nous l'avons brièvement évoqué au chapitre 2 de ce guide, la sortie des spectromètres de masse est généralement une matrice (c'est-à-dire un grand tableau plein de lignes et de colonnes) qui n'est pas encore formatée pour l'analyse des données à l'aide d'outils tiers. Et bien que certains instruments soient livrés avec un logiciel d'analyse de base, les résultats sont basiques et superficiels, et ne permettent pas de générer des analyses complexes et d'obtenir des informations approfondies.

Les clients de Metabolon ont la possibilité de recevoir uniquement des données ou différents niveaux d'analyse et d'interprétation, en fonction de leurs capacités d'analyse existantes et de leur choix de métabolomique globale ou d'essai ciblé. Chaque client de Metabolon , quel que soit l'essai sélectionné, reçoit un tableau de données client formaté, prêt à être importé et analysé avec des outils tiers tels que R et Python.

Si vous souhaitez obtenir de l'aide pour l'analyse et l'interprétation des données, il est important de définir des attentes appropriées quant à ce que vous recevrez et au temps que cela prendra. Metabolon a non seulement la capacité de traiter des centaines d'échantillons à la fois, ce qui vous évite d'attendre des mois votre tableau de données, mais a également développé divers outils d'analyse et d'interprétation, tels que le portailMyMetabolon et l'outil de visualisation des données Lipid Surveyor, qui sont disponibles avec des dosages spécifiques. Ces outils sont présentés plus en détail dans le chapitre suivant de ce guide.

Nous continuons souvent à travailler avec nos clients après l'interprétation et la livraison des données initiales afin d'analyser plus en profondeur leurs ensembles de données et de concevoir et d'exécuter des études de suivi. Ces efforts de collaboration peuvent durer des mois, voire des années, et ont conduit à la publication de plus de 3 000 présentations et publications scientifiques. Si c'est le type de partenariat que vous souhaitez avec Metabolon, assurez-vous d'en informer immédiatement votre directeur d'étude afin qu'ensemble vous puissiez définir les attentes et les considérations appropriées, en particulier pour les études qui contribuent à des projets plus importants et/ou à long terme.

Cartographie et exécution de l'étude

Une fois que vous avez pris en compte toutes les considérations exposées ci-dessus, vous êtes prêt à maquetter votre plan d'étude et à préparer l'exécution de votre étude. Notre outil de conception d'étude est un excellent moyen de commencer, mais nos directeurs d'étude vous fourniront également une maquette de conception d'étude une fois qu'ils vous auront consulté sur votre projet. Vous pouvez examiner la maquette avec votre directeur d'étude, identifier les points problématiques et y remédier avant de collecter vos échantillons.

Quelle est la prochaine étape ?

Une fois que vous aurez réalisé votre maquette et que vous aurez confiance en votre plan d'étude, vous serez prêt à commencer vos expériences et à collecter des échantillons. Dans les prochains chapitres de ce guide, nous aborderons les différents types d'échantillons que vous pouvez collecter et les considérations spécifiques pour vous assurer d'obtenir des données de haute qualité, comment collecter, stocker, transporter et préparer vos échantillons de manière appropriée, et les tenants et aboutissants de l'analyse, de l'interprétation et de la compréhension de l'étude avec Metabolon.