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.

Resistance to colistin : what is the fate for this antibiotic in pig production?

Colistin, a cationic polypeptide antibiotic, has reappeared in human medicine as a last-line treatment option for multidrug-resistant Gram-negative bacteria (MDR-GNB). Colistin is widely used in veterinary medicine for the treatment of gastrointestinal infections caused by Enterobacteriaceae. GNB resistant to colistin owing to chromosomal mutations have already been reported both in human and veterinary medicine, however several recent studies have just identified a plasmid-mediated mcr-1 gene encoding for colistin resistance in Escherichia coli colistin resistance. The discovery of a non-chromosomal mechanism of colistin resistance in E. coli has led to strong reactions in the scientific community and to concern among physicians and veterinarians. Colistin use in food animals and particularly in pig production has been singled out as responsible for the emergence of colistin resistance. The present review will focus mainly on the possible link between colistin use in pigs and the spread of colistin resistance in Enterobacteriaceae. First we demonstrate a possible link between Enterobacteriaceae resistance emergence and oral colistin pharmacokinetics/pharmacodynamics and its administration modalities in pigs. We then discuss the potential impact of colistin use in pigs on public health with respect to resistance. We believe that colistin use in pig production should be re-evaluated and its dosing and usage optimised. Moreover, the search for competitive alternatives to using colistin with swine is of paramount importance to preserve the effectiveness of this antibiotic for the treatment of MDR-GNB infections in human medicine.

Design and Synthesis of 4-N-Alkanoyl and 4-N-Alkyl Gemcitabine Analogues Suitable for Positron Emission Tomography

Gemcitabine is a highly potent chemotherapeutic nucleoside agent used in the treatment of several cancers and solid tumors. However, it is therapeutically limitated because of toxicity to normal cells and its rapid intracellular deamination by cytidine deaminase into the inactive uracil derivative. Modification at the 4-(N) position of gemcitabine's exocyclic amine to an -amide functionality is a well reported prodrug strategy which has been that confers a resistance to intracellular deamination while also altering pharmacokinetics of the parent drug. Coupling of gemcitabine to carboxylic acids with varying terminal moieties afforded the 4-N-alkanoylgemcitabines whereas reaction of 4-N-tosylgemcitabine with the corresponding alkyl amines gave the 4-N-alkylgemcitabines. The 4-N-alkanoyl and 4-N-alkyl gemcitabine analogues with a terminal hydroxyl group on the 4-N-alkanoyl or 4-N-alkyl chain were efficiently fluorinated either with diethylaminosulfur trifluoride or under conditions that are compatible with the synthetic protocols for 18F labeling, such as displacement of the corresponding mesylate with KF/Kryptofix 2.2.2. The 4-N-alkanoylgemcitabine analogues displayed potent cytostatic activities against murine and human tumor cell lines with 50% inhibitory concentration (IC50) values in the range of low nM, whereas cytotoxicity of the 4-N-alkylgemcitabine derivatives were in the low to modest µM range. The cytostatic activity of the 4-N-alkanoylgemcitabines was reduced by several orders of magnitude in the 2'-deoxycytidine kinase (dCK)-deficient CEM/dCK- cell line while the 4-N-alkylgemcitabines were only lowered by 2-5 times. None of the 4-N-modified gemcitabines were found to be substrates for cytosolic dCK, however all were found to inhibit DNA synthesis. As such, the 4-N-alkanoyl gemcitabine derivatives likely need to be converted to gemcitabine prior to achieving their significant cytostatic potential, whereas the 4-N-alkylgemcitabines reach their modest activity without "measurable" conversion to gemcitabine. Thus, the 4-N-alkylgemcitabines provide valuable insight on the metabolism of 4-N-modified gemcitabine prodrugs.

PEG-based solid dispersions enhanced the solubility and dissolution of eprosartan mesylate in-vitro

Abstract - This study investigates the effect of solid dispersions prepared from of polyethylene glycol (PEG) 3350 and 6000 Da alone or combined with the non-ionic surfactant Tween 80 on the solubility and dissolution rate of a poorly soluble drug eprosartan mesylate (ESM) in attempt to improve its bioavailability following its oral administration.

INTRODUCTION

ESM is a potent anti-hypertension [1]. It has low water solubility and is classified as a Class II drug as per the Biopharmaceutical Classification Systems (BCS) leading to low and variable oral bioavailability (approximately 13%). [2]. Thus, improving ESM solubility and/or dissolution rate would eventually improve the drug bioavailability. Solid dispersion is widely used technique to improve the water solubility of poorly water-soluble drugs employing various biocompatible polymers. In this study, we aimed to enhance the solubility and dissolution of EMS employing solid dispersion (SD) formulated from two grades of poly ethylene glycol (PEG) polymers (i.e. PEG 3350 & PEG 6000 Da) either individually or in combination with Tween 80.

MATERIALS AND METHODS

ESM SDs were prepared by solvent evaporation method using either PEG 3350 or PEG 6000 at various (drug: polymer, w/w) ratios 1:1, 1:2, 1:3, 1:4, 1:5 alone or combined with Tween 80 added at fixed percentage of 0.1 of drug by weight?. Physical mixtures (PMs) of drug and carriers were also prepared at same ratios. Drug solid dispersions and physical mixtures were characterized in terms of drug content, drug dissolution using dissolution apparatus USP II and assayed using HPLC method. Drug dissolution enhancement ratio (ER %) from SD in comparison to the plain drug was calculated. Drug-polymer interactions were evaluated using Differential Scanning Calorimetry (DSC) and FT-IR.

RESULTS AND DISCUSSION

The in vitro solubility and dissolution studies showed SDs prepared using both polymers produced a remarkable improvement (p<0.05) in comparison to the plain drug which reached around 32% (Fig. 1). The dissolution enhancement ratio was polymer type and concentration-dependent. Adding Tween 80 to the SD did not show further dissolution enhancement but reduced the required amount of the polymer to get the same dissolution enhancement. The DSC and FT-IR studies indicated that using SD resulted in transformation of drug from crystalline to amorphous form.

CONCLUSIONS

This study indicated that SDs prepared by using both polymers i.e. PEG 3350 and PEG 6000 improved the in-vitro solubility and dissolution of ESM remarkably which may result in improving the drug bioavailability in vivo.

Acknowledgments

This work is a part of MSc thesis of O.M. Ali at the Faculty of Pharmacy, Aleppo University, Syria.

REFERENCES

[1] Ruilope L, Jager B: Eprosartan for the treatment of hypertension. Expert Opin Pharmacother 2003; 4(1):107-14

[2] Tenero D, Martin D, Wilson B, Jushchyshyn J, Boike S, Lundberg, D, et al. Pharmacokinetics of intravenously and orally administered Eprosartan in healthy males: absolute bioavailability and effect of food. Biopharm Drug Dispos 1998; 19(6): 351- 6.

A Phase II Biomarker-Embedded Study of Lapatinib plus Capecitabine as First-line Therapy in Patients with Advanced or Metastatic Gastric Cancer

An exploratory phase II biomarker-embedded trial (LPT109747; NCT00526669) designed to determine the association of lapatinib-induced fluoropyrimidine gene changes with efficacy of lapatinib plus capecitabine as first-line treatment for advanced gastric cancer or gastroesophageal junction adenocarcinoma independent of tumor HER2 status. Tumor biopsies obtained before and after 7-day lapatinib (1,250 mg) to analyze changes in gene expression, followed by a 14-day course of capecitabine (1,000 mg/m(2) twice daily, 14/21 days) plus lapatinib 1,250 mg daily. Blood samples were acquired for pharmacokinetic analysis. Primary clinical objectives were response rate (RR) and 5-month progression-free survival (PFS). Secondary objectives were overall survival (OS), PFS, time to response, duration of response, toxicity, and identification of associations between lapatinib pharmacokinetics and biomarker endpoints. Primary biomarker objectives were modulation of 5-FU-pathway genes by lapatinib, effects of germline SNPs on treatment outcome, and trough steady-state plasma lapatinib concentrations. Sixty-eight patients were enrolled; (75% gastric cancer, 25% gastroesophageal junction). Twelve patients (17.9%) had confirmed partial response, 31 (46.3%) had stable disease, and 16 (23.9%) had progressive disease. Median PFS and OS were 3.3 and 6.3 months, respectively. Frequent adverse events included diarrhea (45%), decreased appetite (39%), nausea (36%), and fatigue (36%). Lapatinib induced no changes in gene expression from baseline and no significant associations were found for SNPs analyzed. Elevated baseline HER3 mRNA expression was associated with a higher RR (33% vs. 0%; P = 0.008). Lapatinib plus capecitabine was well tolerated, demonstrating modest antitumor activity in patients with advanced gastric cancer. The association of elevated HER3 and RR warrants further investigation as an important player for HER-targeted regimens in combination with capecitabine

A phase I pharmacokinetic and pharmacodynamic study of the oral mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) inhibitor, WX-554, in patients with advanced solid tumours

Purpose: We performed a multi-centre phase I study to assess the safety, pharmacokinetics (PK) and pharmacodynamics (PD) of the orally available small molecule mitogen-activated protein kinase kinase (MEK) 1/2 inhibitor, WX-554, and to determine the optimal biological dose for subsequent trials.
Experimental design: Patients with treatment-refractory, advanced solid tumours, with adequate performance status and organ function were recruited to a dose-escalation study in a standard 3 + 3 design. The starting dose was 25 mg orally once weekly with toxicity, PK and PD guided dose-escalation with potential to explore alternative schedules.
Results: Forty-one patients with advanced solid tumours refractory to standard therapies and with adequate organ function were recruited in eight cohorts up to doses of 150 mg once weekly and 75 mg twice weekly. No dose-limiting toxicities were observed during the study, and a maximum tolerated dose (MTD) was not established. The highest dose cohorts demonstrated sustained inhibition of extracellular signal-regulated kinase (ERK) phosphorylation in peripheral blood mononuclear cells following ex-vivo phorbol 12-myristate 13-acetate stimulation. There was a decrease of 70 ± 26% in mean phosphorylated (p)ERK in C1 day 8 tumour biopsies when compared with pre-treatment tumour levels in the 75 mg twice a week cohort. Prolonged stable disease (>6 months) was seen in two patients, one with cervical cancer and one with ampullary carcinoma.
Conclusions: WX-554 was well tolerated, and an optimal biological dose was established for further investigation in either a once or twice weekly regimens. The recommended phase 2 dose is 75 mg twice weekly.

Biodistribution of the radiophamarceutical sodium pertechnetate (Na99mTcO4) after massive small bowel resection in rats

To evaluate the biodistribution of sodium pertecnetate (Na99mTcO4) in organs and tissues, the morphometry of remnant intestinal mucosa and ponderal evolution in rats subjected to massive resection of the small intestine. Methods: Twenty-one Wistar rats were randomly divided into three groups of 7 animals each. The short bowel (SB) group was subjected to massive resection of the small intestine; the control group (C) rats were not operated on, and soft intestinal handling was performed in sham rats. The animals were weighed weekly. On the 30th postoperative day, 0.l mL of Na99mTcO4, with mean activity of 0.66 MBq was injected intravenously into the orbital plexus. After 30 minutes, the rats were killed with an overdose of anesthetic, and fragments of the liver, spleen, pancreas, stomach, duodenum, small intestine, thyroid, lung, heart, kidney, bladder, muscle, femur and brain were harvested. The biopsies were washed with 0.9% NaCl.,The radioactivity was counted using Gama Counter WizardTM 1470, PerkinElmer. The percentage of radioactivity per gram of tissue (%ATI-g) was calculated. Biopsies of the remaining jejunum were analysed by HE staining to obtain mucosal thickness. Analysis of variance (ANOVA) and the Tukey test for multiple comparisons were used, considering p<0.05 as signifi cant. Results: There were no signifi cant differences in %ATI-g of the Na99mTcO4 in the organs of the groups studied (p>0.05). An increase in the weight of the SB rats was observed after the second postoperative week. The jejunal mucosal thickness of the SB rats was signifi cantly greater than that of C and sham rats (p<0.05). Conclusion: In rats with experimentally-produced short bowel syndrome, an adaptive response by the intestinal mucosa reduced weight loss. The biodistribution of Na99mTcO4 was not affected by massive intestinal resection, suggesting that short bowel syndrome is not the cause of misleading interpretation, if an examination using this radiopharmaceutical is indicated

Renal Drug Transporters – Clinical Significance and Role in Drug-Drug Interactions

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-07

Novel pharmacogenomic markers of irinotecan-induced severe toxicity in metastatic colorectal cancer patients

L’irinotécan est un agent de chimiothérapie largement utilisé pour le traitement de tumeurs solides, particulièrement pour le cancer colorectal métastatique (mCRC). Fréquemment, le traitement par l’irinotécan conduit à la neutropénie et la diarrhée, des effets secondaires sévères qui peuvent limiter la poursuite du traitement et la qualité de vie des patients. Plusieurs études pharmacogénomiques ont évalué les risques associés à la chimiothérapie à base d’irinotécan, en particulier en lien avec le gène UGT1A, alors que peu d’études ont examiné l’impact des gènes codant pour des transporteurs. Par exemple, le marqueur UGT1A1*28 a été associé à une augmentation de 2 fois du risque de neutropénie, mais ce marqueur ne permet pas de prédire la toxicité gastrointestinale ou l’issue clinique. L’objectif de cette étude était de découvrir de nouveaux marqueurs génétiques associés au risque de toxicité induite par l’irinotécan, en utilisant une stratégie d’haplotype/SNP-étiquette permettant de maximiser la couverture des loci génétiques ciblés. Nous avons analysé les associations génétiques des loci UGT1 et sept gènes codants pour des transporteurs ABC impliqués dans la pharmacocinétique de l’irinotécan, soient ABCB1, ABCC1, ABCC2, ABCC5, ABCG1, ABCG2 ainsi que SLCO1B1. Les profils de 167 patients canadiens atteints de mCRC sous traitement FOLFIRI (à base d’irinotécan) ont été examinés et les marqueurs significatifs ont par la suite été validés dans une cohorte indépendante de 250 patients italiens. Nous avons découvert dans la région intergénique en aval du gène UGT1, un nouveau marqueur (rs11563250G) associé à un moindre risque de neutropénie sévère (rapport des cotes (RC)=0.21; p=0.043 chez les canadiens, RC=0.27; p=0.036 chez les italiens, et RC=0.31 p=0.001 pour les deux cohortes combinées). De plus, le RC est demeuré significatif après correction pour multiples comparaisons (p=0.041). Par ailleurs, pour l’haplotype défini par les marqueurs rs11563250G et UGT1A1*1 (rs8175347 TA6), le RC était de 0.17 (p=0.0004). Un test génétique évaluant ces marqueurs permettrait d’identifier les patients susceptibles de bénéficier d’une augmentation de dose d’irinotécan. En revanche, une autre combinaison de marqueurs, ABCC5 rs3749438 et rs10937158 (T–C), a prédit un risque plus faible de diarrhée sévère dans les deux cohortes (RC = 0.43; p=0.001). La coexistence des marqueurs ABCG1 rs225440T et ABCC5 rs2292997A a prédit un risque accru de neutropénie (RC=5.93; p=0.0002), alors qu’une prédiction encore plus significative a été obtenue lorsque ces marqueurs sont combinés au marqueur de risque bien établi UGT1A1*28 rs8175347 (RC=7.68; p<0.0001). Enfin, les porteurs de l’allèle de protection UGT1 rs11563250G en absence d’allèles de risque, ont montré une incidence réduite de neutropénie sévère (8.2% vs. 34.0%; p<0.0001). Nous concluons que ces nouveaux marqueurs génétiques prédictifs pourraient permettre d’améliorer l’évaluation du risque de toxicité et personnaliser le traitement à base d’irinotécan pour les patients atteints du cancer colorectal métastatique.

Biodistribution of the radiophamarceutical sodium pertechnetate (Na99mTcO4) after massive small bowel resection in rats

To evaluate the biodistribution of sodium pertecnetate (Na99mTcO4) in organs and tissues, the morphometry of remnant intestinal mucosa and ponderal evolution in rats subjected to massive resection of the small intestine. Methods: Twenty-one Wistar rats were randomly divided into three groups of 7 animals each. The short bowel (SB) group was subjected to massive resection of the small intestine; the control group (C) rats were not operated on, and soft intestinal handling was performed in sham rats. The animals were weighed weekly. On the 30th postoperative day, 0.l mL of Na99mTcO4, with mean activity of 0.66 MBq was injected intravenously into the orbital plexus. After 30 minutes, the rats were killed with an overdose of anesthetic, and fragments of the liver, spleen, pancreas, stomach, duodenum, small intestine, thyroid, lung, heart, kidney, bladder, muscle, femur and brain were harvested. The biopsies were washed with 0.9% NaCl.,The radioactivity was counted using Gama Counter WizardTM 1470, PerkinElmer. The percentage of radioactivity per gram of tissue (%ATI-g) was calculated. Biopsies of the remaining jejunum were analysed by HE staining to obtain mucosal thickness. Analysis of variance (ANOVA) and the Tukey test for multiple comparisons were used, considering p<0.05 as signifi cant. Results: There were no signifi cant differences in %ATI-g of the Na99mTcO4 in the organs of the groups studied (p>0.05). An increase in the weight of the SB rats was observed after the second postoperative week. The jejunal mucosal thickness of the SB rats was signifi cantly greater than that of C and sham rats (p<0.05). Conclusion: In rats with experimentally-produced short bowel syndrome, an adaptive response by the intestinal mucosa reduced weight loss. The biodistribution of Na99mTcO4 was not affected by massive intestinal resection, suggesting that short bowel syndrome is not the cause of misleading interpretation, if an examination using this radiopharmaceutical is indicated

Efficacy and safety of patisiran for familial amyloidotic polyneuropathy: a phase II multi-dose study

BACKGROUND: Transthyretin-mediated amyloidosis is an inherited, progressively debilitating disease caused by mutations in the transthyretin gene. This study evaluated the safety, tolerability, pharmacokinetics, and pharmacodynamics of multiple doses of patisiran (ALN-TTR02), a small interfering RNA encapsulated within lipid nanoparticles, in patients with transthyretin-mediated familial amyloid polyneuropathy (FAP).

Effet préventif de la milrinone inhalée chez les patients avec hypertension pulmonaire subissant une chirurgie cardiaque sous circulation extracorporelle : une approche pharmacométrique

La circulation extracorporelle (CEC) est une technique utilisée en chirurgie cardiaque effectuée des milliers de fois chaque jour à travers le monde. L’instabilité hémodynamique associée au sevrage de la CEC difficile constitue la principale cause de mortalité en chirurgie cardiaque et l’hypertension pulmonaire (HP) a été identifiée comme un des facteurs de risque les plus importants. Récemment, une hypothèse a été émise suggérant que l'administration prophylactique (avant la CEC) de la milrinone par inhalation puisse avoir un effet préventif et faciliter le sevrage de la CEC chez les patients atteints d’HP. Toutefois, cette indication et voie d'administration pour la milrinone n'ont pas encore été approuvées par les organismes réglementaires. Jusqu'à présent, la recherche clinique sur la milrinone inhalée s’est principalement concentrée sur l’efficacité hémodynamique et l'innocuité chez les patients cardiaques, bien qu’aucun biomarqueur n’ait encore été établi. La dose la plus appropriée pour l’administration par nébulisation n'a pas été déterminée, de même que la caractérisation des profils pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PD) suite à l'inhalation. L'objectif de notre recherche consistait à caractériser la relation exposition-réponse de la milrinone inhalée administrée chez les patients subissant une chirurgie cardiaque sous CEC. Une méthode analytique par chromatographie liquide à haute performance couplée à un détecteur ultraviolet (HPLC-UV) a été optimisée et validée pour le dosage de la milrinone plasmatique suite à l’inhalation et s’est avérée sensible et précise. La limite de quantification (LLOQ) était de 1.25 ng/ml avec des valeurs de précision intra- et inter-dosage moyennes (CV%) <8%. Des patients souffrant d’HP pour lesquels une chirurgie cardiaque sous CEC était prévue ont d’abord été recrutés pour une étude pilote (n=12) et, par la suite, pour une étude à plus grande échelle (n=28) où la milrinone (5 mg) était administrée par inhalation pré-CEC. Dans l'étude pilote, nous avons comparé l'exposition systémique de la milrinone peu après son administration avec un nébuliseur pneumatique ou un nébuliseur à tamis vibrant. L’efficacité des nébuliseurs en termes de dose émise et dose inhalée a également été déterminée in vitro. Dans l'étude à plus grande échelle conduite en utilisant exclusivement le nébuliseur à tamis vibrant, la dose inhalée in vivo a été estimée et le profil pharmacocinétique de la milrinone inhalée a été pleinement caractérisé aux niveaux plasmatique et urinaire. Le ratio de la pression artérielle moyenne sur la pression artérielle pulmonaire moyenne (PAm/PAPm) a été choisi comme biomarqueur PD. La relation exposition-réponse de la milrinone a été caractérisée pendant la période d'inhalation en étudiant la relation entre l'aire sous la courbe de l’effet (ASCE) et l’aire sous la courbe des concentrations plasmatiques (ASC) de chacun des patients. Enfin, le ratio PAm/PAPm a été exploré comme un prédicteur potentiel de sortie de CEC difficile dans un modèle de régression logistique. Les expériences in vitro ont démontré que les doses émises étaient similaires pour les nébuliseurs pneumatique (64%) et à tamis vibrant (68%). Cependant, la dose inhalée était 2-3 fois supérieure (46% vs 17%) avec le nébuliseur à tamis vibrant, et ce, en accord avec les concentrations plasmatiques. Chez les patients, en raison des variations au niveau des facteurs liés au circuit et au ventilateur causant une plus grande dose expirée, la dose inhalée a été estimée inférieure (30%) et cela a été confirmé après récupération de la dose de milrinone dans l'urine 24 h (26%). Les concentrations plasmatiques maximales (Cmax: 41-189 ng/ml) et l'ampleur de la réponse maximale ΔRmax-R0 (0-65%) ont été observées à la fin de l'inhalation (10-30 min). Les données obtenues suite aux analyses PK sont en accord avec les données publiées pour la milrinone intraveineuse. Après la période d'inhalation, les ASCE individuelles étaient directement reliées aux ASC (P=0.045). Enfin, notre biomarqueur PD ainsi que la durée de CEC ont été identifiés comme des prédicteurs significatifs de la sortie de CEC difficile. La comparaison des ASC et ASCE correspondantes a fourni des données préliminaires supportant une preuve de concept pour l'utilisation du ratio PAm/PAPm comme biomarqueur PD prometteur et justifie de futures études PK/PD. Nous avons pu démontrer que la variation du ratio PAm/PAPm en réponse à la milrinone inhalée contribue à la prévention de la sortie de CEC difficile.

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.

Pharmacokinetic and pharmacodynamic responses in adult patients with Chagas disease treated with a new formulation of benznidazole

controversial in chronically infected adults. We report the pharmacokinetics and pharmacodynamics in six adult patients with Chagas disease treated with the new BNZ formulation (ABARAX®) in doses between 2.5-5.5 mg/Kg/ day. All but one patient had plasmatic BNZ concentrations within the expected range. All patients finalised treatment with nondetectable Trypanosoma cruzi quantitative polymerase chain reaction, which remained nondetectable at the six month follow-up. Our data suggests parasitological responses with the new BNZ and supports the hypothesis that treatment protocols with lower BNZ doses may be effective.

Biological activity of Pyrrole-Imidazole polyamides in vivo

This thesis focuses on biological activity of pyrrole-imidazole polyamides in vivo. The work presented includes experiments underlining sequence selectivity of these compounds in living cells and potential methods to improve it. A large fraction of this thesis is devoted to activity of Py-Im in murine models of cancer. We investigated the pharmacokinetics and biodistribution of two compounds – targeted to 5'-WGGWCW-3' and 5'-WTWCGW-3' sequences – and characterized their activity by measuring their effects on tumor growth, gene expression in vivo and in tissue culture, and their effects on physiology of tumors. The initial theoretical studies suggested that a large fraction of genomic sites are bound by Py-Im polyamides non-specifically and experimental data shows that the programmed binding sequence is not a sole determinant of the patterns of gene regulation. Despite the likely presence of non-specific effects of Py-Im polyamides in living cells, in vivo administration of Py-Im polyamides resulted in tolerable host toxicity and anti-tumor activity. Py-Im polyamide targeted to Estrogen Receptor Response Element showed downregulation of ER-driven gene expression in tumor cells, while the compound targeted to hypoxia response element reduced vascularization of tumors and their growth rate, induced apoptosis of cells in hypoxic areas and reduced expression of proangiogenic and prometastatic factors. Further studies, showed that polyamides distributed to many of the tested tissues and their FITC-conjugates showed nuclear uptake. The gene expression effects were also present in murine tissues, such as liver and kidneys, indicating a potential for use for Py-Im polyamides in non-cancerous diseases.