Limited sampling strategies for estimation of cyclosporine exposure in pediatric hematopoietic stem cell transplant recipients : methodological improvement and introduction of sampling time deviation analysis.

Le suivi thérapeutique est recommandé pour l’ajustement de la dose des agents immunosuppresseurs. La pertinence de l’utilisation de la surface sous la courbe (SSC) comme biomarqueur dans l’exercice du suivi thérapeutique de la cyclosporine (CsA) dans la transplantation des cellules souches hématopoïétiques est soutenue par un nombre croissant d’études. Cependant, pour des raisons intrinsèques à la méthode de calcul de la SSC, son utilisation en milieu clinique n’est pas pratique. Les stratégies d’échantillonnage limitées, basées sur des approches de régression (R-LSS) ou des approches Bayésiennes (B-LSS), représentent des alternatives pratiques pour une estimation satisfaisante de la SSC. Cependant, pour une application efficace de ces méthodologies, leur conception doit accommoder la réalité clinique, notamment en requérant un nombre minimal de concentrations échelonnées sur une courte durée d’échantillonnage. De plus, une attention particulière devrait être accordée à assurer leur développement et validation adéquates. Il est aussi important de mentionner que l’irrégularité dans le temps de la collecte des échantillons sanguins peut avoir un impact non-négligeable sur la performance prédictive des R-LSS. Or, à ce jour, cet impact n’a fait l’objet d’aucune étude. Cette thèse de doctorat se penche sur ces problématiques afin de permettre une estimation précise et pratique de la SSC. Ces études ont été effectuées dans le cadre de l’utilisation de la CsA chez des patients pédiatriques ayant subi une greffe de cellules souches hématopoïétiques. D’abord, des approches de régression multiple ainsi que d’analyse pharmacocinétique de population (Pop-PK) ont été utilisées de façon constructive afin de développer et de valider adéquatement des LSS. Ensuite, plusieurs modèles Pop-PK ont été évalués, tout en gardant à l’esprit leur utilisation prévue dans le contexte de l’estimation de la SSC. Aussi, la performance des B-LSS ciblant différentes versions de SSC a également été étudiée. Enfin, l’impact des écarts entre les temps d’échantillonnage sanguins réels et les temps nominaux planifiés, sur la performance de prédiction des R-LSS a été quantifié en utilisant une approche de simulation qui considère des scénarios diversifiés et réalistes représentant des erreurs potentielles dans la cédule des échantillons sanguins. Ainsi, cette étude a d’abord conduit au développement de R-LSS et B-LSS ayant une performance clinique satisfaisante, et qui sont pratiques puisqu’elles impliquent 4 points d’échantillonnage ou moins obtenus dans les 4 heures post-dose. Une fois l’analyse Pop-PK effectuée, un modèle structural à deux compartiments avec un temps de délai a été retenu. Cependant, le modèle final - notamment avec covariables - n’a pas amélioré la performance des B-LSS comparativement aux modèles structuraux (sans covariables). En outre, nous avons démontré que les B-LSS exhibent une meilleure performance pour la SSC dérivée des concentrations simulées qui excluent les erreurs résiduelles, que nous avons nommée « underlying AUC », comparée à la SSC observée qui est directement calculée à partir des concentrations mesurées. Enfin, nos résultats ont prouvé que l’irrégularité des temps de la collecte des échantillons sanguins a un impact important sur la performance prédictive des R-LSS; cet impact est en fonction du nombre des échantillons requis, mais encore davantage en fonction de la durée du processus d’échantillonnage impliqué. Nous avons aussi mis en évidence que les erreurs d’échantillonnage commises aux moments où la concentration change rapidement sont celles qui affectent le plus le pouvoir prédictif des R-LSS. Plus intéressant, nous avons mis en exergue que même si différentes R-LSS peuvent avoir des performances similaires lorsque basées sur des temps nominaux, leurs tolérances aux erreurs des temps d’échantillonnage peuvent largement différer. En fait, une considération adéquate de l'impact de ces erreurs peut conduire à une sélection et une utilisation plus fiables des R-LSS. Par une investigation approfondie de différents aspects sous-jacents aux stratégies d’échantillonnages limités, cette thèse a pu fournir des améliorations méthodologiques notables, et proposer de nouvelles voies pour assurer leur utilisation de façon fiable et informée, tout en favorisant leur adéquation à la pratique clinique.

Pantoprazole intraveineux aux soins intensifs pédiatriques: un modèle de pharmacocinétique de population

Objectifs : Définir les paramètres pharmacocinétiques du pantoprazole intraveineux en soins intensifs pédiatriques et déterminer l’influence qu’exercent sur ceux-ci les facteurs démographiques, le syndrome de réponse inflammatoire systémique (SRIS), la dysfonction hépatique et l’administration d’un inhibiteur du cytochrome (CYP) 2C19. Méthode : Cent cinquante-six concentrations plasmatiques de pantoprazole provenant d’une population de 20 patients (âgés de 10 jours à 16.4 ans) à risque ou atteints d’une hémorragie gastroduodénale de stress, ayant reçu des doses quotidiennes de pantoprazole de 19.9 à 140.6 mg/1.73m2, ont été analysées selon les méthodes non compartimentale et de modélisation non linéaire à effets mixtes. Résultats : Une clairance médiane (CL) de 0.14 L/h/kg, un volume apparent de distribution de 0.20 L/kg et une demi-vie d’élimination de 1.7 h ont été déterminés via l’approche non compartimentale. Le modèle populationnel à deux compartiments avec une infusion d’ordre zéro et une élimination d’ordre un représentait fidèlement la cinétique du pantoprazole. Le poids, le SRIS, la dysfonction hépatique et l’administration d’un inhibiteur du CYP2C19 constituaient les covariables significatives rendant compte de 75 % de la variabilité interindividuelle observée pour la CL. Seul le poids influençait significativement le volume central de distribution (Vc). Selon les estimations du modèle final, un enfant de cinq ans pesant 20 kg avait une CL de 5.28 L/h et un Vc de 2.22 L. La CL du pantoprazole augmentait selon l’âge et le poids tandis qu’elle diminuait respectivement de 62.3%, 65.8% et 50.5% en présence d’un SRIS, d’un inhibiteur du CYP2C19 ou d’une dysfonction hépatique. Conclusion : Ces résultats permettront de guider les cliniciens dans le choix d’une dose de charge et dans l’ajustement des posologies du pantoprazole en soins intensifs pédiatriques dépendamment de facteurs fréquemment rencontrés dans cette population.

Pharmacocinétique de population du propofol chez le chien

La variabilité des concentrations plasmatiques mesurées lors d’une anesthésie générale avec le propofol est directement reliée à une variabilité inter-animale, sa pharmacocinétique. L’objectif de cette étude est de caractériser la pharmacocinétique du propofol et de rechercher les effets des caractéristiques démographiques sur la variation des paramètres pharmacocinétiques. Les chiens (n=44) ayant participé à cette étude ont été anesthésiés au propofol à 6 mois (n=29), 12 (n=21) mois et/ou 24 mois (n=35). L’anesthésie a été induite avec du propofol (en moyenne 5 mg) et maintenue avec une perfusion (débit initial de 360 mg/kg/h). Des ajustements de perfusion ainsi que des bolus supplémentaires seront administrés si le comportement de l’animal l’exige. Une randomisation stratifiée des sexes aux deux groupes de prémédication, le premier recevant de l’acépropmazine (0,05 mg/kg en I.M.) et le deuxième une association d’acépromazine (0.05 mg/kg IM) et de butorphanol (0.1mg/kg IM). Des échantillons sanguins ont été prélevés de t=0 jusqu'à t=300 minutes ou plus. Au total 1339 prélèvements ont été analysés. Un modèle mamillaire à 3 compartiments décrit de manière adéquate nos données. Les valeurs moyennes de CLt V1, CL2, V2, CL3 and V3 sont respectivement égales à 0.65 L/min (SD=0.24), 2.6 L (SD=2.04), 2.24 L/min (1.43), 9.6 L (SD=7.49), 0.42 L/min (SD=0.199), 46.4 L (SD=40.6). Les paramètres pharmacocinétiques obtenus ont révélé une grande variabilité interindividuelle, en particulier CL2, V1, V2 et V3 .Le poids est une co-variable significative pour CLt et V2. L’âge est une co-variable significative pour CL3 et V3. L’ajout de la parenté pour V2 et V3 au modèle a amélioré la qualité de l’ajustement du modèle. Les paramètres V1 et CL2 sont indépendants des facteurs physiologiques étudiés.

Optimisation de l’administration des médicaments chez les enfants transplantés grâce à la pharmacocinétique de population

Ce travail de thèse porte sur l’application de la pharmacocinétique de population dans le but d’optimiser l’utilisation de certains médicaments chez les enfants immunosupprimés et subissant une greffe. Parmi les différents médicaments utilisés chez les enfants immunosupprimés, l’utilisation du busulfan, du tacrolimus et du voriconazole reste problématique, notamment à cause d’une très grande variabilité interindividuelle de leur pharmacocinétique rendant nécessaire l’individualisation des doses par le suivi thérapeutique pharmacologique. De plus, ces médicaments n’ont pas fait l’objet d’études chez les enfants et les doses sont adaptées à partir des adultes. Cette dernière pratique ne prend pas en compte les particularités pharmacologiques qui caractérisent l’enfant tout au long de son développement et rend illusoire l’extrapolation aux enfants des données acquises chez les adultes. Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont étudié successivement la pharmacocinétique du busulfan, du voriconazole et du tacrolimus par une approche de population en une étape (modèles non-linéaires à effets mixtes). Ces modèles ont permis d’identifier les principales sources de variabilités interindividuelles sur les paramètres pharmacocinétiques. Les covariables identifiées sont la surface corporelle et le poids. Ces résultats confirment l’importance de tenir en compte l’effet de la croissance en pédiatrie. Ces paramètres ont été inclus de façon allométrique dans les modèles. Cette approche permet de séparer l’effet de la mesure anthropométrique d’autres covariables et permet la comparaison des paramètres pharmacocinétiques en pédiatrie avec ceux des adultes. La prise en compte de ces covariables explicatives devrait permettre d’améliorer la prise en charge a priori des patients. Ces modèles développés ont été évalués pour confirmer leur stabilité, leur performance de simulation et leur capacité à répondre aux objectifs initiaux de la modélisation. Dans le cas du busulfan, le modèle validé a été utilisé pour proposer par simulation une posologie qui améliorerait l’atteinte de l’exposition cible, diminuerait l’échec thérapeutique et les risques de toxicité. Le modèle développé pour le voriconazole, a permis de confirmer la grande variabilité interindividuelle dans sa pharmacocinétique chez les enfants immunosupprimés. Le nombre limité de patients n’a pas permis d’identifier des covariables expliquant cette variabilité. Sur la base du modèle de pharmacocinétique de population du tacrolimus, un estimateur Bayesien a été mis au point, qui est le premier dans cette population de transplantés hépatiques pédiatriques. Cet estimateur permet de prédire les paramètres pharmacocinétiques et l’exposition individuelle au tacrolimus sur la base d’un nombre limité de prélèvements. En conclusion, les travaux de cette thèse ont permis d’appliquer la pharmacocinétique de population en pédiatrie pour explorer les caractéristiques propres à cette population, de décrire la variabilité pharmacocinétique des médicaments utilisés chez les enfants immunosupprimés, en vue de l’individualisation du traitement. Les outils pharmacocinétiques développés s’inscrivent dans une démarche visant à diminuer le taux d'échec thérapeutique et l’incidence des effets indésirables ou toxiques chez les enfants immunosupprimés suite à une transplantation.

A D-optimal designed population pharmacokinetic study of itraconazole capsules and solution in adults with cystic fibrosis

Background: Oral itraconazole (ITRA) is used for the treatment of allergic bronchopulmonary aspergillosis in patients with cystic fibrosis (CF) because of its antifungal activity against Aspergillus species. ITRA has an active hydroxy-metabolite (OH-ITRA) which has similar antifungal activity. ITRA is a highly lipophilic drug which is available in two different oral formulations, a capsule and an oral solution. It is reported that the oral solution has a 60% higher relative bioavailability. The influence of altered gastric physiology associated with CF on the pharmacokinetics (PK) of ITRA and its metabolite has not been previously evaluated. Objectives: 1) To estimate the population (pop) PK parameters for ITRA and its active metabolite OH-ITRA including relative bioavailability of the parent after administration of the parent by both capsule and solution and 2) to assess the performance of the optimal design. Methods: The study was a cross-over design in which 30 patients received the capsule on the first occasion and 3 days later the solution formulation. The design was constrained to have a maximum of 4 blood samples per occasion for estimation of the popPK of both ITRA and OH-ITRA. The sampling times for the population model were optimized previously using POPT v.2.0.[1] POPT is a series of applications that run under MATLAB and provide an evaluation of the information matrix for a nonlinear mixed effects model given a particular design. In addition it can be used to optimize the design based on evaluation of the determinant of the information matrix. The model details for the design were based on prior information obtained from the literature, which suggested that ITRA may have either linear or non-linear elimination. The optimal sampling times were evaluated to provide information for both competing models for the parent and metabolite and for both capsule and solution simultaneously. Blood samples were assayed by validated HPLC.[2] PopPK modelling was performed using FOCE with interaction under NONMEM, version 5 (level 1.1; GloboMax LLC, Hanover, MD, USA). The PK of ITRA and OH‑ITRA was modelled simultaneously using ADVAN 5. Subsequently three methods were assessed for modelling concentrations less than the LOD (limit of detection). These methods (corresponding to methods 5, 6 & 4 from Beal[3], respectively) were (a) where all values less than LOD were assigned to half of LOD, (b) where the closest missing value that is less than LOD was assigned to half the LOD and all previous (if during absorption) or subsequent (if during elimination) missing samples were deleted, and (c) where the contribution of the expectation of each missing concentration to the likelihood is estimated. The LOD was 0.04 mg/L. The final model evaluation was performed via bootstrap with re-sampling and a visual predictive check. The optimal design and the sampling windows of the study were evaluated for execution errors and for agreement between the observed and predicted standard errors. Dosing regimens were simulated for the capsules and the oral solution to assess their ability to achieve ITRA target trough concentration (Cmin,ss of 0.5-2 mg/L) or a combined Cmin,ss for ITRA and OH-ITRA above 1.5mg/L. Results and Discussion: A total of 241 blood samples were collected and analysed, 94% of them were taken within the defined optimal sampling windows, of which 31% where taken within 5 min of the exact optimal times. Forty six per cent of the ITRA values and 28% of the OH-ITRA values were below LOD. The entire profile after administration of the capsule for five patients was below LOD and therefore the data from this occasion was omitted from estimation. A 2-compartment model with 1st order absorption and elimination best described ITRA PK, with 1st order metabolism of the parent to OH-ITRA. For ITRA the clearance (ClItra/F) was 31.5 L/h; apparent volumes of central and peripheral compartments were 56.7 L and 2090 L, respectively. Absorption rate constants for capsule (kacap) and solution (kasol) were 0.0315 h-1 and 0.125 h-1, respectively. Comparative bioavailability of the capsule was 0.82. There was no evidence of nonlinearity in the popPK of ITRA. No screened covariate significantly improved the fit to the data. The results of the parameter estimates from the final model were comparable between the different methods for accounting for missing data, (M4,5,6)[3] and provided similar parameter estimates. The prospective application of an optimal design was found to be successful. Due to the sampling windows, most of the samples could be collected within the daily hospital routine, but still at times that were near optimal for estimating the popPK parameters. The final model was one of the potential competing models considered in the original design. The asymptotic standard errors provided by NONMEM for the final model and empirical values from bootstrap were similar in magnitude to those predicted from the Fisher Information matrix associated with the D-optimal design. Simulations from the final model showed that the current dosing regimen of 200 mg twice daily (bd) would provide a target Cmin,ss (0.5-2 mg/L) for only 35% of patients when administered as the solution and 31% when administered as capsules. The optimal dosing schedule was 500mg bd for both formulations. The target success for this dosing regimen was 87% for the solution with an NNT=4 compared to capsules. This means, for every 4 patients treated with the solution one additional patient will achieve a target success compared to capsule but at an additional cost of AUD $220 per day. The therapeutic target however is still doubtful and potential risks of these dosing schedules need to be assessed on an individual basis. Conclusion: A model was developed which described the popPK of ITRA and its main active metabolite OH-ITRA in adult CF after administration of both capsule and solution. The relative bioavailability of ITRA from the capsule was 82% that of the solution, but considerably more variable. To incorporate missing data, using the simple Beal method 5 (using half LOD for all samples below LOD) provided comparable results to the more complex but theoretically better Beal method 4 (integration method). The optimal sparse design performed well for estimation of model parameters and provided a good fit to the data.

Pharmacocinétique de population de la marbofloxacine chez le cheval

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Pharmacocinétique de population de la marbofloxacine chez le cheval

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Historical intake and elimination of polychlorinated biphenyls and organochlorine pesticides by the Australian population reconstructed from biomonitoring data

Quantifying the competing rates of intake and elimination of persistent organic pollutants (POPs) in the human body is necessary to understand the levels and trends of POPs at a population level. In this paper we reconstruct the historical intake and elimination of ten polychlorinated biphenyls (PCBs) and five organochlorine pesticides (OCPs) from Australian biomonitoring data by fitting a population-level pharmacokinetic (PK) model. Our analysis exploits two sets of cross-sectional biomonitoring data for PCBs and OCPs in pooled blood serum samples from the Australian population that were collected in 2003 and 2009. The modeled adult reference intakes in 1975 for PCB congeners ranged from 0.89 to 24.5 ng/kg bw/day, lower than the daily intakes of OCPs ranging from 73 to 970 ng/kg bw/day. Modeled intake rates are declining with half-times from 1.1 to 1.3 years for PCB congeners and 0.83 to 0.97 years for OCPs. The shortest modeled intrinsic human elimination half-life among the compounds studied here is 6.4 years for hexachlorobenzene, and the longest is 30 years for PCB-74. Our results indicate that it is feasible to reconstruct intakes and to estimate intrinsic human elimination half-lives using the population-level PK model and biomonitoring data only. Our modeled intrinsic human elimination half-lives are in good agreement with values from a similar study carried out for the population of the United Kingdom, and are generally longer than reported values from other industrialized countries in the Northern Hemisphere.

Population pharmacokinetic study to evaluate dosing strategies of imipenem in neonates and infants

Objective: Imipenem is a broad spectrum antibiotic used to treat severe infections in critically ill patients. Imipenem pharmacokinetics (PK) was evaluated in a cohort of neonates treated in the Neonatal Intensive Care Unit of the Lausanne University Hospital. The objective of our study was to identify key demographic and clinical factors influencing imipenem exposure in this population. Method: PK data from neonates and infants with at least one imipenem concentration measured between 2002 and 2013 were analyzed applying population PK modeling methods. Measurement of plasma concentrations were performed upon the decision of the physician within the frame of a therapeutic drug monitoring (TDM) programme. Effects of demographic (sex, body weight, gestational age, postnatal age) and clinical factors (serum creatinine as a measure of kidney function; co-administration of furosemide, spironolactone, hydrochlorothiazide, vancomycin, metronidazole and erythromycin) on imipenem PK were explored. Model-based simulations were performed (with a median creatinine value of 46 μmol/l) to compare various dosing regimens with respect to their ability to maintain drug levels above predefined minimum inhibitory concentrations (MIC) for at least 40 % of the dosing interval. Results: A total of 144 plasma samples was collected in 68 neonates and infants, predominantly preterm newborns, with median gestational age of 27 weeks (24 - 41 weeks) and postnatal age of 21 days (2 - 153 days). A two-compartment model best characterized imipenem disposition. Actual body weight exhibited the greatest impact on PK parameters, followed by age (gestational age and postnatal age) and serum creatinine on clearance. They explain 19%, 9%, 14% and 9% of the interindividual variability in clearance respectively. Model-based simulations suggested that 15 mg/kg every 12 hours maintain drug concentrations over a MIC of 2 mg/l for at least 40% of the dosing interval during the first days of life, whereas neonates older than 14 days of life required a dose of 20 mg/kg every 12 hours. Conclusion: Dosing strategies based on body weight and post-natal age are recommended for imipenem in all critically ill neonates and infants. Most current guidelines seem adequate for newborns and TDM should be restricted to some particular clinical situations.

Population genetic and dispersal modeling data for Bathymodiolus mussels from the Mid-Atlantic Ridge

The zip folder comprises a text file and a gzipped tar archive. 1) The text file contains individual genotype data for 90 SNPs, 9 microsatellites and the mitochondrial ND4 gene that were determined in deep-sea hydrothermal vent mussels from the Mid-Atlantic Ridge (genus Bathymodiolus). Mussel specimens are grouped according to the population (pop)/location from which they have been sampled (first column). The remaining columns contain the respective allele/haplotype codes for the different genetic loci (names in the header line). The data file is in CONVERT format and can be directly transformed into different input files for population genetic statistics. 2) The tar archive contains NetCDF files with larval dispersal probabilities for simulated annual larval releases between 1998 and 2007. For each simulated vent location (Menez Gwen, Lucky Strike, Rainbow, Vent 1-10) two NetCDF files are given, one for an assumed pelagic larval duration of 1 year and the other one for an assumed pelagic larval duration of 6 months (6m).

Is there a Population II analogy to the F star lithium dip?

Observers have found a small number of lithium-depleted halo stars in the temperature range of the Spite plateau. The current status of the mass-loss hypothesis for producing the observed lithium dip in Population (Pop) I stars is briefly discussed and extended to Pop II stars as a possible explanation for these halo objects. Based on detections of F-type main-sequence variables, mass loss is assumed to occur in a narrow temperature region corresponding to this “instability strip.” As Pop II main-sequence stars evolve to the blue, they enter this narrow temperature region, then move back through the lower temperature area of the Spite plateau. If 0.05 M⊙ (solar mass) or more have been lost, they will show lithium depletion. This hypothesis affects the lithium-to- beryllium abundance, the ratio of high- to low-lithium stars, and the luminosity function. Constraints on the mass-loss hypothesis due to these effects are discussed. Finally, mass loss in this temperature range would operate in stars near the turnoff of metal-poor globular clusters, resulting in apparent ages 2 to 3 Gyr (gigayears) older than they actually are.

Bioethanol production from a sub-product of pulping industry

A vida da sociedade atual é dependente dos recursos fósseis, tanto a nível de energia como de materiais. No entanto, tem-se verificado uma redução das reservas destes recursos, ao mesmo tempo que as necessidades da sociedade continuam a aumentar, tornando cada vez mais necessárias, a produção de biocombustíveis e produtos químicos. Atualmente o etanol é produzido industrialmente a partir da cana-de-açúcar e milho, matérias-primas usadas na alimentação humana e animal. Este fato desencadeou o aumento de preços dos alimentos em todo o mundo e, como consequência, provocou uma série de distúrbios sociais. Os subprodutos industriais, recursos independentes das cadeias alimentares, têm-se posicionado como fonte de matérias-primas potenciais para bioprocessamento. Neste sentido, surgem os subprodutos gerados em grande quantidade pela indústria papeleira. Os licores de cozimento da madeira ao sulfito ácido (SSLs) são uma matériaprima promissora, uma vez que durante este processo os polissacarídeos da madeira são hidrolisados originando açúcares fermentáveis. A composição dos SSLs varia consoante o tipo de madeira usada no processo de cozimento (de árvores resinosas, folhosas ou a mistura de ambas). O bioprocessamento do SSL proveniente de folhosas (HSSL) é uma metodologia ainda pouco explorada. O HSSL contém elevadas concentrações de açúcares (35-45 g.L-1), na sua maioria pentoses. A fermentação destes açúcares a bioetanol é ainda um desafio, uma vez que nem todos os microrganismos são capazes de fermentar as pentoses a etanol. De entre as leveduras capazes de fermentar naturalmente as pentoses, destaca-se a Scheffersomyces stipitis, que apresenta uma elevada eficiência de fermentação. No entanto, o HSSL contém também compostos conhecidos por inibirem o crescimento de microrganismos, dificultando assim o seu bioprocessamento. Neste sentido, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de bioetanol pela levedura S. stipitis a partir de HSSL, resultante do cozimento ao sulfito ácido da madeira de Eucalyptus globulus. Para alcançar este objetivo, estudaram-se duas estratégias de operação diferentes. Em primeiro lugar estudou-se a bio-desintoxicação do HSSL com o fungo filamentoso Paecilomyces variotii, conhecido por crescer em resíduos industriais. Estudaram-se duas tecnologias fermentativas diferentes para a biodesintoxicação do HSSL: um reator descontínuo e um reator descontínuo sequencial (SBR). A remoção biológica de inibidores do HSSL foi mais eficaz quando se usou o SBR. P. variotii assimilou alguns inibidores microbianos como o ácido acético, o ácido gálico e o pirogalol, entre outros. Após esta desintoxicação, o HSSL foi submetido à fermentação com S. stipitis, na qual foi atingida a concentração máxima de etanol de 2.36 g.L-1 com um rendimento de 0.17 g.g-1. P. variotti, além de desintoxicar o HSSL, também é útil na produção de proteína microbiana (SCP) para a alimentação animal pois, a sua biomassa é rica em proteína. O estudo da produção de SCP por P. variotii foi efetuado num SBR com HSSL sem suplementos e suplementado com sais. A melhor produção de biomassa foi obtida no HSSL sem adição de sais, tendo-se obtido um teor de proteína elevado (82,8%), com uma baixa concentração de DNA (1,1%). A proteína continha 6 aminoácidos essenciais, mostrando potencial para o uso desta SCP na alimentação animal e, eventualmente, em nutrição humana. Assim, a indústria papeleira poderá integrar a produção de bioetanol após a produção SCP e melhorar a sustentabilidade da indústria de pastas. A segunda estratégia consistiu em adaptar a levedura S. stipitis ao HSSL de modo a que esta levedura conseguisse crescer e fermentar o HSSL sem remoção de inibidores. Operou-se um reator contínuo (CSTR) com concentrações crescentes de HSSL, entre 20 % e 60 % (v/v) durante 382 gerações em HSSL, com uma taxa de diluição de 0.20 h-1. A população adaptada, recolhida no final do CSTR (POP), apresentou uma melhoria na fermentação do HSSL (60 %), quando comparada com a estirpe original (PAR). Após esta adaptação, a concentração máxima de etanol obtida foi de 6.93 g.L-1, com um rendimento de 0.26 g.g-1. POP possuía também a capacidade de metabolizar, possivelmente por ativação de vias oxidativas, compostos derivados da lenhina e taninos dissolvidos no HSSL, conhecidos inibidores microbianos. Por fim, verificou-se também que a pré-cultura da levedura em 60 % de HSSL fez com que a estirpe PAR melhorasse o processo fermentativo em HSSL, em comparação com o ensaio sem pré-cultura em HSSL. No entanto, no caso da estirpe POP, o seu metabolismo foi redirecionado para a metabolização dos inibidores sendo que a produção de etanol decresceu.

Optimisation de l'utilisation des techniques de modélisation dans le passage de l'étape pré-clinique à clinique du développement d'un médicament

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal