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Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires

Stage Master 2. Suivi multi-échelle de la déconstruction d'un aliment le long du tube digestif par microscopie et par IRM

27 avril 2015

De nombreuses pathologies chroniques liées à la nutrition, comme les maladies cardiovasculaires, le diabète, l’obésité, certains cancers, ou l’ostéoporose, sont reconnues comme une cause majeure de mortalité dans le monde. Elles représentent par ailleurs un coût important pour la société. La compréhension des mécanismes de digestion des aliments est un enjeu de recherche important, aussi bien dans le domaine médical que dans le domaine de l’agro-alimentaire.

Contexte

De nombreuses pathologies chroniques liées à la nutrition, comme les maladies cardiovasculaires, le diabète, l’obésité, certains cancers, ou l’ostéoporose, sont reconnues comme une cause majeure de mortalité dans le monde. Elles représentent par ailleurs un coût important pour la société. La compréhension des mécanismes de digestion des aliments est un enjeu de recherche important, aussi bien dans le domaine médical que dans le domaine de l’agro-alimentaire.

L’angle d’attaque du projet auquel s’intègre ce stage est de contribuer à cette thématique en développant une démarche pluridisciplinaire centrée sur

  • la collecte de données par imagerie médicale, en visant le développement d’une imagerie adaptée.
  • le tube digestif humain. En effet, de nombreuses études sur la digestion se fondent sur des expérimentations in vitro (digesteur) ou in vivo sur l’animal. Le fait de développer des techniques non invasives facilitera l’étude sur patient humain.
  • un point de vue original sur la structure des aliments lors de la déconstruction. Pour cela, l’apport de la physique de la matière molle est important à deux titres : pour la compréhension des phénomènes et pour le désign d’aliments-modèles de type gel.

La nouveauté de l’approche consiste à effectuer un suivi par imagerie médicale IRM (imagerie par résonance magnétique) de l’aliment lors de sa déconstruction le long du tube digestif. La visualisation du contenu du tube digestif est une question relativement peu étudiée actuellement, les études sont traditionnellement focalisées sur l’imagerie des parois du tube digestif, afin de diagnostiquer différentes pathologies. La richesse des données récoltées par IRM et la variété des paramétrages de cette imagerie nous permettent d’espérer obtenir des informations fines sur le contenu du tube digestif et sur sa dynamique, grâce notamment à un marquage.
Différents marqueurs seront étudiés : Gadolinium chélaté avec de l’EDTA, UPSIO (ultra small superparamagnetic iron oxide – “ferrofluides”), afin de différencier les morceaux d’aliments des tissus environnants (parois du tube digestif) (Giovagnoni et al, 2002).
Les aliments considérés seront des aliments-modèles de type gel (“DiGels” pour “Digestion Gels”) pour lesquels le marquage sera aisé.

Buts du stage

Le but de ce stage est de contribuer au développement d’une preuve de concept de la technique IRM/élastographiepour la visualisation des données structurelles et fonctionnelles de l’aliment en cours de deconstruction le long du tube digestif. Le plan de travail suivant sera adopté :

  • Synthèse d’aliments modèles : agar-agar et/ou gels laitiers (de type yaourt, yaourt emprésuré).
  • Observations in vitro en digestion simulée, pour suivre les effets de différents enzymes digestifs sur les gels, directement à l’échelle macroscopique, mais aussi, grâce à l’emploi du rayonnement synchrotron SOLEIL, aux échelles micro et nanométrique. Une première étude a permis de mettre en évidence l’effet de la pepsine sur la structure des gels laitiers et d’en visualiser la dynamique, grâce à deux campagnes de mesures sur les lignes DISCO (microspectroscopie UltraViolet) et SWING (diffusion de rayons X aux petits angles) dont les données restent à traiter.
    Suivant les dates du stage, l’étudiant pourra être amené à participer aux prochaines campagnes prévues sur les lignes DISCO et SWING.
  • Observations in vivo par IRM au Service Hospitalier Frédéric Joliot (CEA-DSV, I2BM). L’enjeu sera d’atteindre des résolutions suffisantes pour voir le contenu du tube digestif, accéder à différentes informations (tailles de particules, propriétés visco-élastiques), distinguer l’aliment des sucs gastriques, et en suivre la dynamique.

Compétences attendues

Ce sujet pluridisciplinaire mobilise des compétences en biologie de l'alimentation, en physiologie, et en nutrition, d’une part, et si possible en physique (techniques de rayonnement), en physico-chimie (matière molle).
Le sujet sera orienté physique ou biologie suivant les compétences et les goûts de l'étudiant.
Nous recherchons un candidat brillant et motivé par

  • une activité de recherche, car ce stage pourra éventuellement déboucher sur une thèse,
  • un cadre pluri-disciplinaire, ce qui nécessite une bonne capacité à communiquer avec des scientifiques d’horizon différents.

Lieu de travail

L’étudiant sera amené à partager son temps entre l’IR4M (Imagerie par Résonance Magnétique et Multi-Modalités), SHFJ, Orsay  et l’UMR GMPA (Génie et Microbiologie des Procédés Alimentaires), Thiverval-Grignon.

Encadrement

François BOUÉ, Evelyne LUTTON, GMPA.

Luc DARASSE, Xavier MAÎTRE, IR4M SHFJ.

Contact

Pour candidater, envoyez CV et lettre de motivation à francois.boue@grignon.inra.fr et evelyne.lutton@grignon.inra.fr.

Voir aussi

Retrouvez le sujet en pdf ci dessous.

Et quelques références pour commencer.

  1. J. Fioramonti, Préface, in Structure des Aliments et effets nutritionnels, A. Fardet, I. Souchon, D. Dupont, Ed. Quae, 2013.
  2. Barbé, Menard, Le Gouar, Buffière, Famelart, Laroche, Le Feunteun, Rémond, Dupont, Acid and rennet gels exhibit strong differences in the kinetics of milk protein digestion and amino acid bioavailability. Food Chemistry, 2014. 143: 1-8.
  3. L. Szarka, M Camilleri, Methods for the Assessment of Small-Bowel and Colonic Transit. Semin Nucl Med 2012;42:113-123
  4. M A Mekky, W A Abbas. Endoscopic ultrasound in gastroenterology: From diagnosis to therapeutic implications. World J Gastroenterol 2014 June 28; 20(24): 7801-7807.
  5. 100 results to understand the fate of food in the digestive tract, 2014, http://www.cepia.inra.fr/en/Research/The-fate-of-food-in-the-digestive-tract
  6. X. Maître, L. Darrasse, R. Sinkus, and B. Louis Apparatus and method for generating mechanical waves into living bodies, system and method for mapping an organ or tissue and system and method for characterising the mechanical properties of said organ or tissue International Patent INPI 10 290 448.9/EP 10 290 448, Univ Paris-Sud, CNRS, 2010
  7. A. Giovagnoni, A. Fabbri, F. Maccioni. Oral contrast agents in MRI of the gastrointestinal tract. Abdominal Imaging 2002;27(4):367-375.