Investigation of blood biomarkers for the improvement of the Athlete Biological Passport

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Ressource 1 Sous embargo jusqu'au 30/09/2022.
State: Public
Version: After imprimatur
License: Not specified
Serval ID
serval:BIB_C40B2A55DE1B
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Investigation of blood biomarkers for the improvement of the Athlete Biological Passport
Author(s)
Salamin Olivier
Director(s)
Pitteloud Nelly
Codirector(s)
Saugy Martial
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Publication state
Writing in progress
Language
english
Abstract
The implementation of the Athlete Biological Passport (ABP) represented a milestone in the fight against doping and unveiled a paradigm shift, namely the indirect detection of prohibited substances or methods through an individual, adaptive and longitudinal monitoring of biomarkers. While this tool has improved detection capability, it still suffers from sensitivity issues. To improve the discriminative performance of ABP, additional and complementary biomarkers are thus required and the blood matrix offers an immense reservoir for biomarkers discovery using emerging and sensitive –omics technologies. In the first part of the thesis, the impact of blood doping on the reticulocytes transcriptome was investigated. Three candidate genes could be highlighted as promising markers of altered erythropoiesis following an autologous blood transfusion using two different quantitative methods, with a magnitude of changes more significant than that of markers currently used in the ABP. The transcriptomic approach was applied for the detection of testosterone (T) doping using circulating microRNAs as biomarkers. Although the study enabled to identify one microRNA significantly influenced by the administration of T, it appeared that this cell-free biomarker could also be impacted by other external factors underlining a potential lack of specificity. The strategy was thus adapted toward a targeted metabolomics approach, based on recent works performed by our group, with the serum profiling of endogenous steroids using UHPLC-MS/MS. A clinical trial involving healthy cycling women and T gel administration was conducted and allowed comparing the sensitivity of the current urinary ABP biomarkers and emerging serum steroid biomarkers. While the urinary biomarkers demonstrated a moderate sensitivity mainly due to menstrual fluctuations, the longitudinal monitoring of T and DHT serum concentrations, along with the newly proposed T/androstenedione ratio, showed improved sensitivity to detect T administration. The development of an UHPLC-MS/MS method for extended serum steroid profiling enabled to expand the number of potential biomarkers with the inclusion of phase II metabolites. Because the monitoring of transcriptomic and steroidomic biomarkers requires the invasive collection of blood, dried blood spots were evaluated as alternative matrix for the measurement of these biomarkers to overcome the logistical constraints associated with blood collection. In conclusion, our work allowed expanding the range of potential biomarkers that could be integrated into the ABP for a longitudinal monitoring as complementary information to the current hematological and urinary steroidal modules. These additional doping biomarkers could ultimately be used in combination with the current ABP biomarkers as a bundle of evidence to support the scenario of the administration of a prohibited substance.
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L’implémentation du Passeport Biologique de l’Athlète (PBA) représente une étape majeure dans la lutte contre le dopage et a dévoilé un changement de paradigme, à savoir la détection indirecte de substances ou méthodes interdites par un suivi individuel, adaptatif et longitudinal de biomarqueurs. Bien que cet outil ait amélioré la capacité de détection, il souffre néanmoins de problèmes de sensibilité. Pour améliorer la performance discriminante du PBA, des biomarqueurs supplémentaires et complémentaires sont donc nécessaires et la matrice sanguine offre un immense réservoir pour la découverte de biomarqueurs en utilisant les technologies émergentes –omics. Dans la première partie de la thèse, l'impact du dopage sanguin sur le transcriptome des réticulocytes a été étudié. Trois gènes candidats ont pu être mis en évidence comme des marqueurs prometteurs de l'érythropoïèse altérée suite à une transfusion sanguine autologue en utilisant deux méthodes quantitatives différentes, avec une ampleur de changements plus importante que celle des marqueurs actuellement utilisés dans le PBA. L'approche transcriptomique a été appliquée pour la détection du dopage à la testostérone (T) en utilisant les microARNs circulants comme biomarqueurs. Bien que l'étude ait permis d'identifier un microARN significativement influencé par l'administration de T, il est apparu que ce biomarqueur pouvait également être impacté par d'autres facteurs externes soulignant un potentiel manque de spécificité. La stratégie a ainsi été adaptée vers une approche métabolomique ciblée, basée sur des travaux récents réalisés par notre groupe, avec le profilage sérique des stéroïdes endogènes par UHPLC-MS/MS. Un essai clinique impliquant des femmes en bonne santé avec des cycles réguliers et l'administration de gel de T a été mené et a permis de comparer la sensibilité des biomarqueurs urinaires actuels du PBA et des biomarqueurs émergents de stéroïdes sériques. Alors que les biomarqueurs urinaires ont démontré une sensibilité modérée principalement due aux fluctuations menstruelles, le suivi longitudinal des concentrations sériques de T et de DHT, ainsi que du rapport T/androstènedione nouvellement proposé, ont montré une sensibilité améliorée pour détecter l'administration de T. Le développement d'une méthode UHPLC-MS/MS pour le profilage étendu des stéroïdes sériques a permis d'augmenter le nombre de biomarqueurs potentiels avec l'inclusion de métabolites de phase II. Parce que le suivi des biomarqueurs transcriptomiques et stéroïdomiques nécessite la collecte invasive de sang, les gouttes de sang séché ont été évaluées comme matrice alternative pour la mesure de ces biomarqueurs afin de surmonter les contraintes logistiques associées à la collecte de sang. En conclusion, nos travaux ont permis d'élargir la gamme de biomarqueurs potentiels qui pourraient être intégrés dans le PBA pour un suivi longitudinal en complément des modules stéroïdiens hématologiques et urinaires actuels. Ces biomarqueurs du dopage supplémentaires pourraient à terme être utilisés en combinaison avec les biomarqueurs actuels du PBA comme un ensemble de preuves pour étayer le scénario de l'administration d'une substance interdite.
Create date
27/09/2021 9:16
Last modification date
11/11/2021 10:07
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