Chapitre 5 - Préparation, stockage et transport des échantillons de métabolomique

Lignes directrices pour le prélèvement et le stockage des échantillons de métabolomique

La collecte d'échantillons est la première étape d'exécution de toute étude métabolomique. L'importance d'une procédure d'échantillonnage robuste ne peut être sous-estimée. Des protocoles de collecte inadéquats ou l'utilisation de dispositifs de collecte inappropriés peuvent avoir un impact négatif sur les résultats de l'instrumentation et les métabolomes qui en résultent^.2 Les chercheurs étudient également de nombreux types d'échantillons cliniques et environnementaux, chacun d'entre eux contenant des composants chimiques et des matrices diversifiés. Ainsi, le type d'échantillon étudié joue le rôle le plus important dans la détermination des procédures de collecte et de traitement appropriées. Voici quelques considérations importantes à prendre en compte lors de la préparation de vos procédures de collecte :

• Certains types d'échantillons peuvent changer de forme. Les échantillons de sang sont sujets à la coagulation, un processus qui empêche la perte excessive de sang en le transformant en un état solide ou semi-solide. Alors que les échantillons de sérum sont obtenus après coagulation, le prélèvement de plasma nécessite l'ajout d'un anticoagulant tel que l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA)^.3 Cette opération permet de conserver le plasma sous sa forme liquide en vue de son traitement.
• Il peut y avoir un délai avant la congélation des échantillons. Un délai entre la collecte et le traitement des échantillons est courant, ce qui peut avoir un impact sur les métabolomes. Dans certains cas, les méthodes de collecte des échantillons permettent un stockage à température ambiante. L'utilisation des tubes OMNIMet™-GUT validés est un moyen de permettre le stockage à température ambiante des échantillons fécaux humains avant le traitement, ce qui préserve le profil métabolomique^.4 Pour la plupart des autres types d'échantillons, la congélation est plus appropriée pour le stockage et doit être effectuée dès que possible après le prélèvement^.5
• S'assurer que les cycles de congélation-décongélation sont réduits au minimum. Bien que la congélation des échantillons soit l'étalon-or pour la préservation des métabolomes, les cycles de congélation-décongélation sont incroyablement dommageables pour le métabolome^.6 Si possible, les échantillons doivent être homogénéisés et aliquotés pour éviter les dommages dus aux cycles de congélation-décongélation et réduire les variations intra-échantillon.
• Certains échantillons peuvent nécessiter une lyophilisation. La lyophilisation commence par une étape de congélation suivie d'une étape de vide pour éliminer l'eau des échantillons. La glace se transforme alors en vapeur sans passer par la phase liquide. La lyophilisation est couramment utilisée pour les cellules végétales afin de minimiser les changements d'oxydation à l'intérieur des cellules^.7

Toutes les études réalisées avec Metabolon reçoivent gratuitement notre kit de manipulation des échantillons Study Success, personnalisé spécifiquement pour votre étude. Ce kit comprend des tubes à code-barres spécifiques à votre matrice (c'est-à-dire des biofluides, des échantillons solides ou des culots cellulaires), un lecteur de code-barres et des instructions pour l'envoi de vos échantillons afin de garantir qu'ils arrivent en toute sécurité.

L'importance d'une préparation robuste des échantillons
La reproductibilité reste une question essentielle dans tous les domaines de la recherche, y compris la métabolomique. Par exemple, les variations entre laboratoires dans les profils de métabolites peuvent provenir de différences dans l'équipement de spectrométrie de masse ou dans la méthode de normalisation utilisée^.8 Les métabolomes sont généralement analysés à partir d'échantillons cliniques ou environnementaux, qui constituent une approximation de l'environnement étudié. Les métabolomes sont généralement analysés à partir d'échantillons cliniques ou environnementaux en tant que substituts de l'environnement étudié. Une manipulation correcte de ces échantillons réduit la probabilité qu'une erreur technique produise des variations entre les métabolomes. Les facteurs à prendre en compte pour minimiser les variations dues à la manipulation des échantillons sont énumérés ci-dessous :

• Dégradation de l'échantillon. Plusieurs variables inhérentes à l'échantillon peuvent affecter sa composition chimique au cours de son traitement. Les échantillons cliniques et biologiques contiennent des enzymes qui peuvent dégrader les métabolites et modifier leurs métabolomes natifs avant le traitement de l'échantillon (des échantillons)^.9,10 Veillez à ce que les échantillons soient stockés de manière appropriée et traités rapidement afin de minimiser ces effets.
• Biais dans les données métabolomiques. Toute méthode de traitement des échantillons peut affecter les métabolites présents au moment de l'extraction de l'échantillon. Les étapes de lavage et le traitement chimique peuvent éliminer ou introduire des produits chimiques dérivés de réactifs qui modifient les résultats métabolomiques. Même des variations infimes dans la manipulation des échantillons peuvent générer des résultats biaisés et des faux positifs dans les métabolomes sériques^.11 Toute étude métabolomique solide doit documenter soigneusement ces procédures et définir comment chaque échantillon a été traité.
• Interférence avec l'instrument. Les échantillons peuvent contenir des composés qui interfèrent avec la capacité d'un spectromètre de masse à détecter les métabolites^.12 La suppression d'ions, la plus notable de ces interférences, se produit lorsque des analytes ionisés tels que des sels, des médicaments et d'autres métabolites endogènes entrent en compétition pour la charge^.13 Cela affecte les ensembles de métabolites détectés par un spectromètre de masse et peut fausser les profils du métabolome. Les procédures de traitement des échantillons doivent tenir compte de la présence de ces composés et être planifiées en conséquence.

Dans l'ensemble, le fait de disposer d'une procédure opérationnelle normalisée pour traiter les échantillons destinés au profilage du métabolome vous aidera à produire des résultats métabolomiques fiables et à effectuer des comparaisons scientifiquement fondées.

Considérations relatives à l'expédition des échantillons métabolomiques

Dans de nombreux cas, les échantillons doivent être transportés vers le laboratoire où ils seront traités à partir d'un site extérieur. Des protocoles de transport des échantillons ont été mis au point pour minimiser leur impact sur les analyses en aval. Pour affiner ce processus, les scientifiques ont identifié plusieurs facteurs importants à prendre en compte lors de la préparation des échantillons pour le transport :

• Documentation détaillée : Chaque échantillon individuel présente des caractéristiques uniques, même parmi les groupes d'échantillons prélevés à partir de la même source. La distinction entre les échantillons et leurs origines peut aider les chercheurs à corréler les caractéristiques des échantillons avec le phénotype d'un patient ou à délimiter les processus environnementaux qui se déroulent sur un site donné. Pour faciliter ce processus, tous les échantillons devraient être accompagnés de manifestes numériques détaillés permettant de suivre les caractéristiques et les origines d'un échantillon. Un système de codage de projet robuste qui ne porte pas atteinte à la vie privée des personnes facilitera grandement ce processus.
• Stockage durable des échantillons : L'environnement extérieur doit avoir le moins d'impact possible sur la composition de l'échantillon pendant le transport. Sachant cela, les scientifiques ont mis au point de multiples approches pour conserver les caractéristiques de l'échantillon pendant le transport. L'une d'entre elles, la congélation immédiate dans l'azote liquide, réduit le risque d'activité métabolique des enzymes endogènes. L'aliquotage des échantillons avant la congélation permet également de minimiser les cycles de congélation-décongélation après le stockage des échantillons. L'utilisation de tubes de prélèvement durables garantit également la viabilité des échantillons.

Chez Metabolon, nous travaillons avec vous pour développer un protocole d'expédition afin de nous assurer que vos échantillons nous parviennent en toute sécurité. Si vous stockez de grandes quantités d'échantillons dans un dépôt biologique ou une biobanque, nous travaillerons même directement avec le personnel de ces établissements pour préparer et expédier vos échantillons.

Vous pouvez en savoir plus sur nos processus de traitement des échantillons ou demander un kit d'échantillons de démonstration en visitant notre page Ressources pour l'envoi d'échantillons.

Quelle est la prochaine étape ?

Dans ce chapitre, nous avons présenté une vue d'ensemble des facteurs clés à prendre en considération lors de l'élaboration d'une procédure d'échantillonnage. Nous avons montré l'importance d'une manipulation soigneuse des échantillons, d'un prélèvement rapide et de la conservation de leurs caractéristiques chimiques pendant le transport. Bien que chaque type d'échantillon présente des caractéristiques uniques qui nécessitent des procédures de collecte d'échantillons distinctes, chaque type d'échantillon présente des considérations similaires pour garantir la reproductibilité des données métabolomiques. Dans le prochain chapitre, nous nous pencherons sur l'analyse et l'interprétation de vos données métabolomiques afin d'en extraire des informations biologiques exploitables.

Références

1. Smith L, Villaret-Cazadamont J, Claus SP, et al. Important Considerations for Sample Collection in Metabolomics Studies with a Special Focus on Applications to Liver Functions. Metabolites. 2020;10(3):104. doi:10.3390/metabo10030104
2. Bowen RAR, Remaley AT. Interférences des composants des tubes de prélèvement sanguin sur les analyses de chimie clinique. Biochem Med (Zagreb). 2014;24(1):31-44. doi:10.11613/BM.2014.006
3. Kiseleva O, Kurbatov I, Ilgisonis E, Poverennaya E. Defining Blood Plasma and Serum Metabolome by GC-MS. Metabolites. 2021;12(1):15. doi:10.3390/metabo12010015
4. Lim MY, Hong S, Kim BM, Ahn Y, Kim HJ, Nam YD. Changes in microbiome and metabolomic profiles of fecal samples stored with stabilizing solution at room temperature : a pilot study (Changements dans le microbiome et les profils métaboliques des échantillons fécaux stockés avec une solution stabilisante à température ambiante : une étude pilote). Sci Rep. 2020;10(1):1789. doi:10.1038/s41598-020-58719-8
5. Haukaas TH, Moestue SA, Vettukattil R, et al. Impact of Freezing Delay Time on Tissue Samples for Metabolomic Studies. Front Oncol. 2016;6:17. doi:10.3389/fonc.2016.00017
6. Chen D, Han W, Huan T, Li L, Li L. Effects of Freeze-Thaw Cycles of Blood Samples on High-Coverage Quantitative Metabolomics. Anal Chem. 2020;92(13):9265-9272. doi:10.1021/acs.analchem.0c01610
7. Papageorgiou V, Mallouchos A, Komaitis M. Investigation of the Antioxidant Behavior of Air- and Freeze-Dried Aromatic Plant Materials in Relation to Their Phenolic Content and Vegetative Cycle. J Agric Food Chem. 2008;56(14):5743-5752. doi:10.1021/jf8009393
8. Lin Y, Caldwell GW, Li Y, Lang W, Masucci J. Inter-laboratory reproducibility of an untargeted metabolomics GC-MS assay for analysis of human plasma. Sci Rep. 2020;10(1):10918. doi:10.1038/s41598-020-67939-x
9. Villas-Boas SG, Nielsen J, Smedsgaard J, Hansen MA, Roessner-Tunali U. Metabolome Analysis : An Introduction. John Wiley & Sons ; 2007.
10. Lu W, Su X, Klein MS, Lewis IA, Fiehn O, Rabinowitz JD. Metabolite Measurement : Pitfalls to Avoid and Practices to Follow. Annu Rev Biochem. 2017;86:277-304. doi:10.1146/annurev-biochem-061516-044952
11. McClain KM, Moore SC, Sampson JN, et al. Preanalytical Sample Handling Conditions and Their Effects on the Human Serum Metabolome in Epidemiologic Studies. Am J Epidemiol. 2020;190(3):459-467. doi:10.1093/aje/kwaa202
12. Roberts LD, Souza AL, Gerszten RE, Clish CB. Targeted Metabolomics. Curr Protoc Mol Biol. 2012;CHAPTER:Unit30.2. doi:10.1002/0471142727.mb3002s98
13. Annesley TM. Ion suppression in mass spectrometry. Clin Chem. 2003;49(7):1041-1044. doi:10.1373/49.7.1041