Pharmacogenetic and clinical study on adverse effects induced by psychotropic drugs

Second-generation antipsychotics (SGAs) have become the first-line antipsychotic treatment for psychotic disorders due to their better overall tolerance compared to classical antipsychotics. However, metabolic side effects such as weight gain are frequently described during treatment with SGAs and/or other psychotropic drugs including some antidepressants and mood stabilizers, which may also result in poor adherence to treatment. The aim of this work was to investigate different methods to predict common side effects, in particular weight gain during treatment with weight gain inducing psychotropic drugs. Firstly, clinical data were used to determine the potential predictive power of a one month weight gain on weight increase after three and 12 months of treatment (n=351 patients). A fast and strong weight gain of >5% after a period of one month (>5%WG) was found to be the best predictor for an important weight gain at three (>15%) and 12 months (>20%). Similar analyses in an independent cohort of psychiatric adolescents (n=42), showed that a comparable >4% weight gain at one month is the best predictor for an important weight gain at three months (>15%). Secondly, we aimed to determine whether an extensive analysis of genes could be used, in addition to clinical factors, to predict patients at risk for >5%WG or for type 2 diabetes (T2D). Adding genetic markers to clinical variables to predict >5%WG increased significantly the area under the curve (AUC) of the analysis (AUCfinai:0.92, AUCdmicai:0.75, pcO.OOOl, n=248). Conversely, genetic risk scores were found to be associated with T2D (OR: 2.5, p=0.03, n=285) but without a significant increase of AUC'when compared to the prediction based to clinical factors alone. Finally, therapeutic drug monitoring was used to predict extrapyramidal symptoms during risperidone treatment (n=150). Active moiety (sum of risperidone and of its active metabolite 9- hydroxyrisperidone plasma concentrations) of >40 ng/ml should be targeted only in case of insufficient response. These results highlight different approaches for personalizing psychotropic treatments in order to reduce related side effects. Further research is needed, in particular on the identification of genetic markers, to improve the implementation of these results into clinical practice. Résumé Les antipsychotiques atypiques (APA) sont devenus le traitement antipsychotique de première intention pour le traitement des psychoses, grâce à un profil d'effets secondaires plus favorables comparé aux antipsychotiques typiques. Néanmoins, d'autres effets indésirables d'ordre métabolique (ex. prise pondérale) sont observés sous APA, stabilisateurs de l'humeur et/ou certains antidépresseurs, pouvant aussi limiter l'adhérence au traitement. L'objectif de ce travail est d'explorer différentes méthodes permettant de prédire des effets secondaires courants, en particulier la prise de poids durant un traitement avec des psychotropes pouvant induire un tel effet. Dans une première partie, des données cliniques ont été évaluées pour leurs potentiels prédictifs d'une prise de poids à un mois sur une prise de poids à trois et 12 mois de traitement (n=351 patients). Une prise de poids rapide et forte >5% à un mois (PP>5%) s'est avérée être le meilleur prédicteur pour une prise pondérale importante à trois (>15%) et 12 (>20%) mois de traitement. Des analyses similaires dans une cohorte pédiatrique (n=42) ont indiqué une prise de poids >4% à un mois comme le meilleur prédicteur pour une prise pondérale importante (>15%) à trois mois de traitement. Dans une deuxième partie, des marqueurs génétiques, en complément aux données cliniques, ont été analysés pour leur contribution potentielle à la prédiction d'une PP>5% et au dépistage du diabète de type 2 (DT2). L'ajout de variants génétiques aux données cliniques afin de prédire une PP>5% a augmenté significativement l'aire sous la courbe (ASC) de l'analyse (ASCflnai:0.92, ASCC|inique:0.75, p<0.0001, n=248). Concernant le DT2, un score génétique est associé au DT2 (OR: 2.5, p=0.03, n=285), néanmoins aucune augmentation significative de l'ASC n'a été observée par rapport à l'analyse avec les données cliniques seules. Finalement, des mesures de concentrations plasmatiques de médicaments ont été utilisées pour prédire la survenue de symptômes extrapyramidaux sous rispéridone (n=150). Cette analyse nous a permis d'établir qu'une concentration plasmatique de rispéridone associée à son métabolite actif >40 ng/ml ne devrait être recherchée qu'en cas de réponse clinique insuffisante. Ces différents résultats soulignent différentes approches pour personnaliser la prescription de psychotropes afin de réduire la survenue d'effets secondaires. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires, en particulier sur l'identification de marqueurs génétiques, afin d'améliorer l'implémentation de ces résultats en pratique clinique. Résumé large publique Les antipsychotiques atypiques et autres traitements psychotropes sont couramment utilisés pour traiter les symptômes liés à la schizophrénie et aux troubles de l'humeur. Comme pour tout médicament, des effets secondaires sont observés. L'objectif de ce travail est d'explorer différentes méthodes qui permettraient de prédire la survenue de certains effets indésirables, en particulier une prise de poids et la survenue d'un diabète. Dans une première partie, nous avons évalué l'effet d'une prise de poids précoce sur une prise de poids au long terme sous traitement psychotrope. Les analyses ont mis en évidence dans une population psychiatrique qu'une prise de poids à un mois >5% par rapport au poids initial permettait de prédire une prise pondérale importante après trois (>15%) et 12 (>20%) mois de traitement. Un résultat semblable a. été observé dans un autre groupe de patients exclusivement pédiatriques. Dans une deuxième partie, nous avons évalué la contribution potentielle de marqueurs génétiques à la prédiction d'une prise pondérale de >5% après un mois de traitement ainsi que dans la survenue d'un diabète de type 2. Pour la prise de poids, la combinaison des données génétiques aux données cliniques a permis d'augmenter de 17% la précision de la prédiction, en passant de 70% à 87%. Concernant la survenue d'un diabète, les données génétiques n'ont pas amélioré la prédiction. Finalement, nous avons analysé la relation possible entre les concentrations sanguines d'un antipsychotique atypique couramment utilisé, la rispéridone, et la survenue d'effets secondaires (ici les tremblements). Il est ressorti de cette étude qu'une concentration plasmatique du médicament supérieure à 40 ng/ml ne devrait être dépassée qu'en cas de réponse thérapeutique insuffisante, au risque de voir augmenter la survenue d'effets secondaires du type tremblements. Ces résultats démontrent la possibilité de prédire avec une bonne précision la survenue de certains effets secondaires. Cependant, en particulier dans le domaine de la génétique, d'autres études sont nécessaires afin de confirmer les résultats obtenus dans nos analyses. Une fois cette étape franchie, il serait possible d'utiliser ces outils dans la pratique clinique. A terme, cela pourrait permettre au prescripteur de sélectionner les traitements les mieux adaptés aux profils spécifiques de chaque patient.

Evaluation of drug-induced neurotoxicity based on metabolomics, proteomics and electrical activity measurements in complementary CNS in vitro models.

The present study was performed in an attempt to develop an in vitro integrated testing strategy (ITS) to evaluate drug-induced neurotoxicity. A number of endpoints were analyzed using two complementary brain cell culture models and an in vitro blood-brain barrier (BBB) model after single and repeated exposure treatments with selected drugs that covered the major biological, pharmacological and neuro-toxicological responses. Furthermore, four drugs (diazepam, cyclosporine A, chlorpromazine and amiodarone) were tested more in depth as representatives of different classes of neurotoxicants, inducing toxicity through different pathways of toxicity. The developed in vitro BBB model allowed detection of toxic effects at the level of BBB and evaluation of drug transport through the barrier for predicting free brain concentrations of the studied drugs. The measurement of neuronal electrical activity was found to be a sensitive tool to predict the neuroactivity and neurotoxicity of drugs after acute exposure. The histotypic 3D re-aggregating brain cell cultures, containing all brain cell types, were found to be well suited for OMICs analyses after both acute and long term treatment. The obtained data suggest that an in vitro ITS based on the information obtained from BBB studies and combined with metabolomics, proteomics and neuronal electrical activity measurements performed in stable in vitro neuronal cell culture systems, has high potential to improve current in vitro drug-induced neurotoxicity evaluation.

Chronic kidney disease in type 2 diabetic patients followed-up by primary care physicians in Switzerland: prevalence and prescription of antidiabetic drugs.

QUESTION UNDER STUDY: The aim of this study was to assess the prevalence of chronic kidney disease (CKD) among type 2 diabetic patients in primary care settings in Switzerland, and to analyse the prescription of antidiabetic drugs in CKD according to the prevailing recommendations. METHODS: In this cross-sectional study, each participating physician was asked to introduce anonymously in a web database the data from up to 15 consecutive diabetic patients attending her/his office between December 2013 and June 2014. Demographic, clinical and biochemical data were analysed. CKD was classified with the KDIGO nomenclature based on estimated glomerular filtration rate (eGFR) and urinary albumin/creatinine ratio. RESULTS: A total of 1 359 patients (mean age 66.5 ± 12.4 years) were included by 109 primary care physicians. CKD stages 3a, 3b and 4 were present in 13.9%, 6.1%, and 2.4% of patients, respectively. Only 30.6% of patients had an entry for urinary albumin/creatinine ratio. Among them, 35.6% were in CKD stage A2, and 4.1% in stage A3. Despite prevailing limitations, metformin and sulfonylureas were prescribed in 53.9% and 16.5%, respectively, of patients with advanced CKD (eGFR <30 ml/min). More than a third of patients were on a dipeptidyl-peptidase-4 inhibitor across all CKD stages. Insulin use increased progressively from 26.8% in CKD stage 1-2 to 50% in stage 4. CONCLUSIONS: CKD is frequent in patients with type 2 diabetes attending Swiss primary care practices, with CKD stage 3 and 4 affecting 22.4% of cases. This emphasizes the importance of routine screening of diabetic nephropathy based on both eGFR and urinary albumin/creatinine ratio, the latter being largely underused by primary care physicians. A careful individual drug risk/benefit balance assessment is mandatory to avoid the frequently observed inappropriate prescription of antidiabetic drugs in CKD patients.

A new alternative method for testing skin irritation using a fresh human skin model

La dermatite irritative est décrite comme une réaction réversible, non immunologique caractérisée par des lésions d'aspect très variable, allant de la simple rougeur jusqu'à la formation de bulles voire d'une nécrose, accompagnée de prurit ou d'une sensation de brûlure suite à I' application d'une substance chimique. Le teste de prédiction d'irritation cutanée est traditionnellement depuis les années 1940 le Test de Draize. Ce test consiste en l'application d'une substance chimique sur une peau rasée de lapin pendant 4h et de regarder à 24h si des signes cliniques d'irritations sont présents. Cette méthode critiquable autant d'un point de vue éthique que qualitative reste actuellement le teste le plus utilisé. Depuis le début des années 2000 de nouvelles méthodes in vitro se sont développées tel que le model d'épiderme humain recombiné (RHE). Il s agit d'une multicouche de kératinocyte bien différencié obtenu depuis une culture de don d'ovocyte. Cependant cette méthode en plus d'être très couteuse n'obtient au mieux que 76% de résultat similaire comparé au test in vivo humain. Il existe donc la nécessité de développer une nouvelle méthode in vitro qui simulerait encore mieux la réalité anatomique et physiologique retrouvée in vivo. Notre objectif a été de développer cette nouvelle méthode in vitro. Pour cela nous avons travaillé avec de la peau humaine directement prélevée après une abdominoplastie. Celle ci après préparation avec un dermatome, un couteau dont la lame est réglable pour découper l'épaisseur souhaitée de peau, est montée dans un système de diffusion cellulaire. La couche cornée est alors exposée de manière optimale à 1 ml de la substance chimique testée pendant 4h. L'échantillon de peau est alors fixé dans du formaldéhyde pour permettre la préparation de lames standards d'hématoxyline et éosine. L'irritation est alors investiguée selon des critères histopathologiques de spongioses, de nécroses et de vacuolisations cellulaires. Les résultats de ce.tte première batterie de testes sont plus que prometteurs. En effet, comparé au résultat in vivo, nous obtenons 100% de concordance pour les 4 même substances testes irritantes ou non irritantes, ce qui est supérieur au model d épiderme humain recombiné (76%). De plus le coefficient de variation entre les 3 différentes séries est inférieur à 0.1 ce qui montre une bonne reproductibilité dans un même laboratoire. Dans le futur cette méthode va devoir être testée avec un plus grand nombre de substances chimiques et sa reproductibilité évaluée dans différents laboratoires. Mais cette première evaluation, très encourageante, ouvre des pistes précieuses pour l'avenir des tests irritatifs.

Preparation of a blood culture pellet for rapid bacterial identification and antibiotic susceptibility testing.

Bloodstream infections and sepsis are a major cause of morbidity and mortality. The successful outcome of patients suffering from bacteremia depends on a rapid identification of the infectious agent to guide optimal antibiotic treatment. The analysis of Gram stains from positive blood culture can be rapidly conducted and already significantly impact the antibiotic regimen. However, the accurate identification of the infectious agent is still required to establish the optimal targeted treatment. We present here a simple and fast bacterial pellet preparation from a positive blood culture that can be used as a sample for several essential downstream applications such as identification by MALDI-TOF MS, antibiotic susceptibility testing (AST) by disc diffusion assay or automated AST systems and by automated PCR-based diagnostic testing. The performance of these different identification and AST systems applied directly on the blood culture bacterial pellets is very similar to the performance normally obtained from isolated colonies grown on agar plates. Compared to conventional approaches, the rapid acquisition of a bacterial pellet significantly reduces the time to report both identification and AST. Thus, following blood culture positivity, identification by MALDI-TOF can be reported within less than 1 hr whereas results of AST by automated AST systems or disc diffusion assays within 8 to 18 hr, respectively. Similarly, the results of a rapid PCR-based assay can be communicated to the clinicians less than 2 hr following the report of a bacteremia. Together, these results demonstrate that the rapid preparation of a blood culture bacterial pellet has a significant impact on the identification and AST turnaround time and thus on the successful outcome of patients suffering from bloodstream infections.

Chemical profiling: a tool to decipher the structure and organisation of illicit drugs markets: an 8-year study in Western Switzerland

Illicit drug analyses usually focus on the identification and quantitation of questioned material to support the judicial process. In parallel, more and more laboratories develop physical and chemical profiling methods in a forensic intelligence perspective. The analysis of large databases resulting from this approach enables not only to draw tactical and operational intelligence, but may also contribute to the strategic overview of drugs markets. In Western Switzerland, the chemical analysis of illicit drug seizures is centralised in a laboratory hosted by the University of Lausanne. For over 8 years, this laboratory has analysed 5875 cocaine and 2728 heroin specimens, coming from respectively 1138 and 614 seizures operated by police and border guards or customs. Chemical (major and minor alkaloids, purity, cutting agents, chemical class), physical (packaging and appearance) as well as circumstantial (criminal case number, mass of drug seized, date and place of seizure) information are collated in a dedicated database for each specimen. The study capitalises on this extended database and defines several indicators to characterise the structure of drugs markets, to follow-up on their evolution and to compare cocaine and heroin markets. Relational, spatial, temporal and quantitative analyses of data reveal the emergence and importance of distribution networks. They enable to evaluate the cross-jurisdictional character of drug trafficking and the observation time of drug batches, as well as the quantity of drugs entering the market every year. Results highlight the stable nature of drugs markets over the years despite the very dynamic flows of distribution and consumption. This research work illustrates how the systematic analysis of forensic data may elicit knowledge on criminal activities at a strategic level. In combination with information from other sources, such knowledge can help to devise intelligence-based preventive and repressive measures and to discuss the impact of countermeasures.