Soutenance mémoire
La tuberculose
Historique de la tuberculose
Bien que l’origine de la tuberculose ne soit pas connue, cette maladie aurait déjà fait son apparition depuis l’Antiquité. Au Vème siècle avant J.C., Hippocrate décrivait une affliction dont les symptômes ressemblaient fortement à ceux de la tuberculose. Des traces d’infections tuberculeuses ont été retrouvées sur des momies égyptiennes et des restes humains des premières civilisations précolombiennes. La tuberculose causait alors peu de décès dans le monde car la maladie ne pouvait se propager du fait de la grande dispersion des populations. Cependant l’urbanisation et l’avènement de l’ère industrielle aux XVIIIème et XIXème siècle vont changer cet état de fait. Les fortes densités de population, la pauvreté, et les mauvaises conditions sanitaires et d’hygiène vont favoriser la transmission de la maladie. De ce fait, au XIXème siècle en Europe, près d’un quart de la population adulte meurt de la tuberculose. Il a fallu l’apparition de la théorie des germes infectieux au XIXème siècle pour avoir des avancées notables sur la compréhension de la maladie et la nature de sa propagation. En 1882, l’allemand Robert Koch met en évidence Mycobacterium tuberculosis comme agent infectieux de la tuberculose, qui sera nommée bacille de Koch. Les antibiotiques n’existant pas encore à cette époque, les traitements préconisés sont une exposition au soleil et à de l’air frais dans des sanatoriums. Enfin, en 1921, suite à la découverte de Koch et aux travaux d’Albert Calmette et Camille Guérin, le premier vaccin contre la tuberculose voit le jour, le BCG pour Bacille CalmetteGuérin. La vaccination par le BCG devient obligatoire en France à partir de 1950. Entre temps, en 1946, la streptomycine, premier antibiotique antituberculeux, a été découverte. Plus tard, dans les années 1970, un second traitement anti-tuberculeux a été proposé. Il s’agit de la rifampin, un antibiotique permettant un traitement sur de courtes périodes. Grâce à la généralisation de la vaccination, à l’amélioration des conditions d’hygiène et à la découverte de ces traitements, la tuberculose a connu un net recul à partir des années 1950 dans les pays développées. Mais malgré ces mesures, la tuberculose n’a jamais été totalement éradiquée du fait de l’apparition de souches résistantes et d’un relâchement de la vigilance à partir des années 1990.
Origine de la tuberculose
La tuberculose est une maladie bactérienne. Elle est provoquée par la bactérie Mycobacterium tuberculosis et par des bactéries du complexe Mycobacterium tuberculosis. Sont désignées sous l’appellation complexe Mycobacterium tuberculosis les mycobactéries partageant le même matériel génétique que Mycobacterium tuberculosis et pouvant provoquer la tuberculose chez l’homme. Il s’agit de Mycobacterium bovis, Mycobacterium bovis-BCG, Mycobacterium africanum, Mycobacterium canetti et Mycobacterium microti. Ce sont des bactéries non aérobiques et non mobiles, ne formant pas de spores. Ces bactéries sont caractérisées par une croissance très lente. Dans un milieu de croissance solide, de type Lowenstein Jensen, il faut plus de 20 heures pour doubler la population bactérienne d’origine comparativement à 20 minutes pour E.Coli. Ce temps de génération entraîne un temps de croissance compris entre 3 et 8 semaines. Cette lente croissance est problématique pour un diagnostic rapide et le traitement de la maladie, puisqu’il faut beaucoup de temps pour identifier la maladie par les méthodes classiques de culture. Bien que la tuberculose pulmonaire soit la forme de la maladie la plus connue car la plus répandue, il faut cependant noter qu’elle n’est pas l’unique manifestation de l’infection par le complexe Mycobaterium tuberculosis.
Les différents types de tuberculose
La tuberculose se manifeste par des symptômes variant suivant la localisation de l’infection bactérienne. Il existe deux types d’infections tuberculeuses : la tuberculose pulmonaire et les tuberculoses extra-pulmonaires. Les tuberculoses extra-pulmonaires regroupent les infections localisées hors des poumons, parmi lesquelles nous pouvons citées la tuberculose osseuse et la tuberculose cutanée. Si les symptômes diffèrent, toutes les infections tuberculeuses par Mycobacterium tuberculosis se caractérisent par l’inhalation ou l’ingestion d’expectorations infectées. La bactérie va ensuite se loger dans les poumons et se multiplier dans le tissu intra et extra cellulaire des poumons. Les bactéries présentent dans les cellules des poumons vont y rester, alors que les cellules s’étant multipliées extra cellulairement vont infecter d’autres tissus, à la faveur du flux sanguin. On parle alors de tuberculose miliaire ou disséminée .
Tuberculoses extra-pulmonaires
La tuberculose osseuse touche en premier lieu les grosses articulations (hanches, genoux) et la colonne vertébrale. Elle attaque l’os, le cartilage et la membrane synoviale, causant des douleurs et une réduction de la mobilité des articulations. La forme la plus répandue de tuberculose osseuse est la spondylite tuberculeuse, qui affecte la colonne vertébrale [1].
La tuberculose cutanée provoque des lésions de la peau. Les pathologies induites par la tuberculose cutanée entraînent la formation de granulomes, gonflements de la peau dus à l’accumulation de cellules immunitaires, et conduisant à une inflammation de la zone touchée dans le cas où l’infection induit une réponse immunitaire. C’est le cas lorsque le malade subit une réinfection par Mycobacterium tuberculosis ou la réactivation d’une infection latente. Les granulomes présentent donc une quantité plus ou moins élevée de l’agent infectieux, entouré par des lymphocytes. Le devenir des granulomes définit alors la pathologie. Dans le cas d’une primoinfection par la bactérie, les symptômes sont principalement des nécroses non localisées, sans apparition de granulomes [2].
Tuberculose pulmonaire
Il s’agit de la forme la plus répandue dans le monde. La tuberculose pulmonaire affecte lespoumons du malade. Elle provoque chez celui-ci une toux violente, qui peut l’amener à cracher du sang. Elle s’accompagne de douleurs dans la poitrine, de fièvre et d’une faiblesse de la personne.
La tuberculose dans le monde
La tuberculose pulmonaire en chiffres
Malgré des progrès obtenus au niveau du diagnostic et du soin de la tuberculose, 9 millions de nouveaux cas de tuberculose pulmonaire sont recensés chaque année et la maladie tue encore près de 1,4 millions de personnes par an. Parmi les 9 millions de nouveaux cas, 13 % soit près de 1 117 000 personnes sont également infectées par le VIH SIDA. La co-infection par le VIH tient également une grande part dans le nombre annuel de victimes puisque 430000 personnes mortes de la tuberculose étaient également infectées par le virus du SIDA. Les principales zones géographiques touchées par la tuberculose sont l’Asie et l’Afrique : du fait de leur population élevée, le nombre de personnes infectées en Chine et en Inde représente près de 40 % du total annuel. Cependant, le taux le plus rapide d’infection est rencontré en Afrique subsaharienne : il y est de 300 pour 100000 habitants contre 100 à 300 pour 100000 habitants en Asie. De plus c’est également en Afrique subsaharienne que le nombre de co-infection Tb-HIV est le plus élevé, puisque 60 % des cas y sont localisés, principalement en Afrique du Sud. Les cas d’infection par des souches résistantes ou extrêmement résistantes aux traitements représentent une part non négligeable des nouvelles infections et des décès annuels. En 2011, 60000 cas d’infections ont été reportés comme des infections par des souches multi résistantes. Cependant ce nombre représenterait seulement 20 % du total des cas d’infections par des souches résistantes estimés dans le monde. Ce problème est pointé par l’organisation Mondiale de la Santé (OMS) en termes de contrôle de l’infection dans le monde et de difficulté de mise en œuvre de politiques globales.
Le contrôle de la tuberculose dans le monde
Aspects positifs
Le contrôle de la tuberculose passe par la mise en place de mesures techniques, diagnostic et soin des malades, qui doivent être couplées à des politiques d’actions à l’échelle mondiale pour implanter dans un maximum de pays les méthodes de diagnostic et de soins approuvées par l’OMS et favoriser le retour d’informations en vue d’améliorer ces mesures. La recrudescence de cas de tuberculose dans le monde et l’apparition de souches résistantes aux antibiotiques (MDR Tb : multidrug resistant tuberculosis, ou XDR : extremely drug resistant tuberculosis) ont incité l’OMS à établir des directives visant réduire le nombre de cas de tuberculose. Ainsi depuis les années 1990, le nombre de nouveaux cas de tuberculose a diminué de près de 40 %, avec une diminution de 2,2 % pour la période 2010-2011. L’objectif visé est une diminution de 50 % de nouveaux cas d’ici 2050. Ces différentes politiques mises en place par l’OMS et suivies par un certain nombre de pays dans le monde ont permis un meilleur accès au soin. C’est ainsi qu’entre 1995 et 2011, 51 millions de personnes ont été traitées contre la tuberculose. Ces mesures ont également permis d’augmenter le taux de co diagnostic Tb-HIV, notamment en Afrique subsaharienne, où il est passé de 3 à 69 %, ce qui a permis de sauver près d’un million de vie dans le monde entre 2004 et 2011. La recherche a également bénéficié de ces actions, l’OMS recensant près de 11 vaccins et médicaments en cours de développement. Le diagnostic n’est pas en reste non plus puisque ces dernières années ont vu le développement de nouvelles méthodes de diagnostic plus ou moins prometteuses, dont certaines ont officiellement été approuvées et plébiscitées par l’OMS, notamment le système Xpert MTB RIF qui sera abordé ultérieurement.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. La tuberculose
I.1.1 Historique de la tuberculose
I.1.2 Origine de la tuberculose
I.1.3 Les différents types de tuberculose
I.1.4 Tuberculoses extra-pulmonaires
I.1.5 Tuberculose pulmonaire
II. La tuberculose dans le monde
II.1 La tuberculose pulmonaire en chiffres
II.2 Le contrôle de la tuberculose dans le monde
II.2.1 Aspects positifs
II.2.2 Aspects négatifs
III. Etat de l’art sur les méthodes de diagnostic
III.1 Définition du besoin
III.1.1 Cas particulier des jeunes enfants
III.1.2 Cas particulier des personnes co-infectées par Tb et HIV
III.1.3 Cas particulier des tuberculoses extra-pulmonaires
III.2 Les méthodes approuvées et conseillées par l’OMS
III.2.1 Les méthodes microscopiques
III.2.2 Les méthodes de cultures
III.2.3 Les méthodes moléculaires
III.3 Nouvelles approches en développement
III.3.1 L’analyse de composés volatils
III.3.2 L’analyse des composés volatils pour le diagnostic de la tuberculose
III.3.3 Miniaturisation
IV. Les objectifs du projet
Bibliographie
CHAPITRE I
I. Introduction
II. Propriétés des composés marqueurs de la tuberculose
II.1 L’acide nicotinique (AN)
II.1.1 Propriétés toxicologiques
II.1.2 Propriétés physico-chimiques à l’état fondamental et à l’état excité
II.2 Le nicotinate de méthyle (NM)
II.2.1 Propriétés toxicologiques
II.2.2 Propriétés physico-chimiques
II.3 Le para-anisate de méthyle (pAM)
II.3.1 Propriétés toxicologiques
II.3.2 Propriétés physico-chimiques
II.4 Le phénylacétate de méthyle (PM)
II.4.1 Propriétés toxicologiques
II.4.2 Propriétés physico-chimiques
II.5 Le 2-méthoxybiphényle (MB)
II.5.1 Propriétés toxicologiques
II.5.2 Propriétés physico-chimiques
Bibliographie
CHAPITRE II
I. Introduction
II. Choix de la molécule-sonde et réactivité en solution
II.1 Choix de la molécule-sonde
II.2 Complexation de l’acide nicotinique avec les lanthanides
II.3 Propriétés optiques du nitrate de terbium en solution
II.3.1 Propriétés optiques du nitrate de terbium à l’état fondamental
II.3.2 Propriétés optiques du nitrate de terbium à l’état excité
III. Réactivité de la molécule sonde en solution
III.1 Propriétés optiques de Tb(NO3)3 et des complexes Tb3+/AN
III.2 Dosage de l’acide nicotinique
III.2.1 Dosage de l’acide nicotinique dans les solutions diluées de Tb(NO3)3
III.2.2 Dosage de l’acide nicotinique dans les solutions concentrées de Tb(NO3)3
III.2.3 Mesures des durées de vie des complexes de Tb3+
III.2.4 Comparaison avec les données de la littérature
IV. Etude des interférences
IV.1 Etude spectrophotométrique des marqueurs
IV.2 Intensité de luminescence du nitrate de terbium en présence de chaque métabolite
IV.3 L’acide benzoïque : un analyte et interférent potentiel
IV.3.1 Caractéristiques spectrophotométriques de l’acide benzoïque
IV.3.2 Luminescence du nitrate de terbium et de son complexe avec l’acide nicotinique en présence d’acide benzoïque
V. Milieux biologiques
V.1 Objectifs de l’étude
V.1.1 L’urine
V.1.2 La salive
V.1.3 Le condensat d’haleine
V.1.4 Préparation des échantillons
V.1.5 Analyse spectrophotométrique des échantillons
V.1.6 Influence du milieu biologique sur la luminescence de Tb3+et la détection de l’acide nicotinique
VI. Conclusion
Bibliographie
CHAPITRE III
I. Introduction
II. Synthèse des matrices nanoporeuses dopées de BBT par voie sol-gel
II.1 Le procédé sol-gel
II.2 Préparation des matrices dopées de BBT
III. Caractérisations des matrices
III.1.1 Détermination des paramètres de porosité des monolithes
III.1.2 Mesures d’angle de contact sur monolithes
IV. Expositions des matrices vierges et dopées de BBT
IV.1 Exposition statique
IV.1.1 Exposition d’une matrice de TMOS dopée de BBT à de la vapeur d’eau
IV.1.2 Exposition d’une matrice vierge TMOS/APTES 97/3 à de la vapeur d’eau
IV.1.3 Exposition d’une matrice TMOS/APTES 97/3 dopée de BBT à de la vapeur d’eau
IV.2 Expositions dynamiques
IV.2.1 Dispositif d’exposition en dynamique
IV.2.2 Evolution de l‘équilibre acido-basique du BBT dans une matrice TMOS/APTES 97/3 exposée en mode dynamique à un flux d’Ar humide 105
IV.3 Expositions des matrices de TMOS/APTES 80/20 vierge et dopées de BBT
IV.3.1 Exposition statique
IV.3.2 Exposition dynamique de la matrice TMOS/APTES dopée de BBT
IV.4 Estimation de la répartition des molécules de BBT et d’eau dans les pores
V. Comparaison avec les données de la littérature
VI. Conclusion
Bibliographie
CHAPITRE IV
I. Introduction
II. Préparation des matrices nanoporeuses dopées de terbium
II.1 Préparation des monolithes
II.2 Préparation des couches minces
III. Génération de mélanges gazeux calibrés d’acide nicotinique
III.1 Génération par perméation de gaz
III.2 Génération par extraction gaz-liquide
III.2.1 Optimisation de la méthode
III.2.2 Choix du débit de gaz vecteur
III.2.3 Choix de la température de chauffage
III.2.4 Choix de la durée de bullage
IV. Exposition de matrices à de l’acide nicotinique gazeux
IV.1 Exposition statique des matrices monolithiques dopées de Tb(NO3)3 et d’hexamine
IV.1.1 Mesures des intensités d’émission
IV.1.2 Mesures des durées de vie de luminescence
IV.2 Exposition dynamique de films minces à de la vapeur d’eau et à des mélanges gazeux humides calibrés d’acide nicotinique
V. Comparaison avec les données de la littérature
VI. Conclusion
Bibliographie
CONCLUSION GENERALE
