Generation of reconstituted human plasma-derived secretory-like IgA and IgM and their protective effect on intestinal epithelium

Les muqueuses sont les membranes tapissant les cavités du corps, tel que le tube digestif, et sont en contact direct avec l'environnement extérieur. Ces surfaces subissent de nombreuses agressions pouvant être provoquées par des agents pathogènes (bactéries, toxines ou virus). Cela étant, les muqueuses sont munies de divers mécanismes de protection dont notamment deux protéines-clés permettant de neutraliser les agents pathogènes : les anticorps ou immunoglobulines sécrétoires A (SIgA) et M (SIgM). Ces anticorps sont, d'une part, fabriqués au niveau de la muqueuse sous forme d'IgA et IgM. Lorsqu'ils sont sécrétés dans l'intestin, ils se lient à une protéine appelée pièce sécrétoire et deviennent ainsi SIgA et SïgM. La présence de la pièce sécrétoire est essentielle pour que les anticorps puissent fonctionner au niveau de la muqueuse. D'autre part, ces anticorps sont également fabriqués dans d'autres parties du corps en général et se retrouvent dans le sang sous forme d'IgA et IgM Chez l'homme, des thérapies basées sur l'injection d'anticorps donnent de bons résultats depuis de nombreuses années notamment dans le traitement des infections. Bien qu'un certain nombre d'études ont montré le rôle protecteur des anticorps de type IgA et IgM, ceux-ci ne sont que rarement utilisés dans les thérapies actuelles. La principale raison de cette faible utilisation réside dans la production ou la purification des IgA/IgM ou SIgA/SIgM (la forme active au niveau des muqueuses) qui est difficile à réaliser à large échelle. Ainsi, le but de la thèse était (1) d'étudier la possibilité d'employer des IgA et des IgM provenant du sang humain pour générer des SIgA et SIgM et (2) de voir si ces anticorps reconstitués pouvaient neutraliser certains agents pathogènes au niveau des muqueuses. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et des IgM issues du sang a été effectuée. Nous avons observé que ces anticorps avaient des caractéristiques similaires aux anticorps naturellement présents au niveau des muqueuses. De plus, nous avons confirmé que ces anticorps pouvaient être associés à une pièce sécrétoire produite en laboratoire pour ainsi donner des SIgA et SIgM reconstituées. Ensuite, la fonctionnalité des anticorps reconstitués a été testée grâce à un modèle de couche unique de cellules intestinales différenciées (monocouches) en laboratoire imitant la paroi de l'intestin. Ces monocouches ont été infectées par une bactérie pathogène, Shigella flexneri, responsable de la shigellose, une maladie qui provoque des diarrhées sanglantes chez l'homme. L'infection des monocouches par les bactéries seules ou combinées aux SIgA et SIgM reconstituées a été analysée. Nous avons observé que les dommages des cellules étaient moins importants lorsque les SIgA étaient présentes. Il apparaît que les SIgA neutralisent les bactéries en se fixant dessus, ce qui provoque leur agrégation, et diminuent l'inflammation des cellules. La protection s'est montrée encore plus efficace avec les SIgM. De plus, nous avons vu que les SIgA et SIgM pouvaient diminuer la sécrétion de facteurs nocifs produits par les bactéries. Utilisant le même modèle des monocouches, la fonctionnalité des IgA issues du sang humain a aussi été testée contre une toxine sécrétée par une bactérie appelée Clostridium diffìcile. Cette bactérie peut être présente naturellement dans l'intestin de personnes saines, cependant elle peut devenir pathogène dans certaines conditions et être à l'origine de diarrhées et d'inflammations de l'intestin via la sécrétion de toxines. Des préparations d'anticorps contenant une certaine proportion de SIgA reconstituées ont amené à une diminution des dommages et de l'inflammation des monocouches causés par la toxine. L'ensemble de ces résultats prometteurs, montrant que des SIgA et SIgM reconstituées peuvent protéger la paroi de l'intestin des infections bactériennes, nous conduisent à approfondir la recherche sur ces anticorps dans des modèles animaux. L'aboutissement de ce type de recherche permettrait de tester, par la suite, l'efficacité sur l'homme de traitements des infections des muqueuses par injection d'anticorps de type SIgA et SIgM reconstituées. Les muqueuses, telle que la muqueuse gastrointestinale, sont des surfaces constamment exposées à l'environnement et leur protection est garantie par une combinaison de barrières mécaniques, physicochimiques et immunologiques. Parmi les divers mécanismes de protection immunologiques, la réponse humorale spécifique joue un rôle prépondérant et est assurée par les immunoglobulines sécrétoires de type A (SIgA) et M (SIgM). Les thérapies basées sur l'administration d'IgG apportent d'importants bénéfices dans le domaine de la santé. Bien que des études sur les animaux aient montré que l'administration par voie muqueuse d'IgA polymérique (plgA) ou SIgA pouvaient protéger des infections, des IgA/SIgA n'ont été utilisées qu'occasionnellement dans les thérapies. De plus, des études précliniques et cliniques ont démontré que l'administration par voie systémique de préparations enrichies en IgM pouvait aussi protéger des infections. Cependant, l'administration par voie muqueuse d'IgM/SIgM purifiées n'a pas été examinée jusqu'à présent. La principale raison est que la purification ou là production des IgA/SIgA et IgM/SIgM est difficile à réaliser à large échelle. Le but de ce travail de thèse était d'examiner la possibilité d'associer des IgA et IgM polyclonals purifiées à partir du plasma humain avec une pièce sécrétoire recombinante humaine afin de générer des SIgA et SIgM reconstituées fonctionnelles. Tout d'abord, une analyse biochimique des IgA et IgM issues du plasma humain a été effectuée par buvardage de western et Chromatographie. Ces molécules avaient des caractéristiques biochimiques similaires à celles des immunoglobulines issues de la muqueuse. L'association entre plgA ou IgM issues du plasma humain et la pièce sécrétoire recombinante humaine a été confirmée, ainsi que la stoechiométrie 1:1 de l'association. Comme dans les conditions physiologiques, cette association permettait de retarder la dégradation des SIgA et SIgM reconstituées exposées à des protéases intestinales. Ensuite, la fonctionnalité et le mode d'action des IgA et IgM issues du plasma humain, ainsi que des SIgA et SIgM reconstituées, ont été explorés grâce à un modèle in vitro de monocouches de cellules intestinales épithéliales polarisées de type Caco-2, qui imite l'épithélium intestinal. Les monocouches ont été infectées par un pathogène entérique, Shigella flexneri, seul ou combiné aux immunoglobulines issues du plasma humain ou aux immunoglobulines sécrétoires reconstituées. Bien que les dommages des monocouches aient été retardés par les plgA et SIgA reconstituées, les IgM et SIgM reconstituées se sont montrées supérieures dans le maintien de l'intégrité des cellules. Une agrégation bactérienne et une diminution de l'inflammation des monocouches ont été observées avec les plgA et SIgA reconstituées. Ces effets étaient augmentés avec les IgM et SIgM reconstituées. De plus, il s'est révélé que les deux types d'immunoglobulines de type sécrétoire reconstituées agissaient directement sur la virulence des bactéries en réduisant leur sécrétion de facteurs de virulence. La fonctionnalité des IgA issues du plasma humain a aussi été testée contre la toxine A de Clostridium difficile grâce au même modèle de monocouches de cellules épithéliales. Nous avons démontré que des préparations enrichies en IgA provenant du plasma humain pouvaient diminuer les dommages et l'inflammation des monocouches induits par la toxine. L'ensemble de ces résultats démontrent que des IgA et IgM de type sécrétoire peuvent être générées à partir d'IgA et IgM issues du plasma humain en les associant à la pièce sécrétoire et que ces molécules protègent l'épithélium intestinal contre des bactéries pathogènes. Ces molécules pourraient dès lors être testées dans des modèles in vivo. Le but final serait de les utiliser chez l'homme à des fins d'immunisation passive dans le traitement de pathologies associées à la muqueuse telles que les infections. - Mucosal surfaces, such as gastrointestinal mucosa, are constantly exposed to the external environment and their protection is ensured by a combination of mechanical, physicochemical and immunological barriers. Among the various immunological defense mechanisms, specific humoral mucosal response plays a crucial role and is mediated by secretory immunoglobulins A (SIgA) and M (SIgM). Immunoglobulin therapy based on the administration of IgG molecules leads important health benefits. Even though animal studies have shown that mucosal application of polymeric IgA (plgA) or SIgA provided protection against infections, IgA/SIgA have been only used occasionally for therapeutic application. Moreover, preclinical and clinical studies have demonstrated that systemic administration of IgM-enriched preparations could also afford protection against infections. Nevertheless, mucosal application of purified IgM/SIgM has not been examined. The main reason is that the purification or production of IgA/SIgA and IgM/SIgM at large scale is difficult to achieve. The aim of this PhD project was to examine the possibility to associate polyclonal human plasma-derived IgA and IgM with recombinant human secretory component (SC) to generate functional secretoiy-like IgA and IgM. First, biochemical analysis of human plasma IgA and IgM was performed by western blotting and chromatography. These molecules exhibited the same biochemical features as mucosa-derived antibodies (Abs). The association between human plasma plgA or IgM and recombinant human SC was confirmed, as well as the 1:1 stoichiometry of association. Similarly to physiological conditions, this association delayed the degradation of secretory-like IgA or IgM by intestinal proteases. Secondly, the function activity and the mode of action of human plasma IgA and IgM, as well as secretory-like IgA and IgM were explored using an in vitro model of polarized intestinal epithelial Caco-2 cell monolayers mimicking intestinal epithelium. Cell monolayers were infected with an enteropathogen, Shigella flexneri, alone or in combination to plasma Abs or secretory-like Abs. Even though plasma plgA and secretoiy-like IgA resulted in a delay of bacteria-induced damages of cell monolayers, plasma IgM and secretory-like IgM were shown to be superior in maintenance of cell integrity. Polymeric IgA and secretory-like IgA induced bacterial aggregation and decreased cell monolayer inflammation, effects further amplified with IgM and secretory-like IgM. In addition, both secretory-like Abs directly impacted on bacterial virulence leading to a reduction in secretion of virulence factors by bacteria. The functionality of human plasma IgA was also tested against Clostridium difficile toxin A using Caco-2 cell monolayers. Human plasma IgA- enriched preparations led to a diminution of cell monolayer damages and a decrease of cellular inflammation induced by the toxin. The sum of these results demonstrates that secretory-like IgA and IgM can be generated from purified human plasma IgA and IgM associated to SC and that these molecules are functional to protect intestinal epithelium from bacterial infections. These molecules could be now tested using in vivo models. The final goal would be to use them by passive immunization in the treatment of mucosa-associated pathologies like infections in humans.

Variability of voriconazole plasma levels measured by new high-performance liquid chromatography and bioassay methods.

Voriconazole (VRC) is a broad-spectrum antifungal triazole with nonlinear pharmacokinetics. The utility of measurement of voriconazole blood levels for optimizing therapy is a matter of debate. Available high-performance liquid chromatography (HPLC) and bioassay methods are technically complex, time-consuming, or have a narrow analytical range. Objectives of the present study were to develop new, simple analytical methods and to assess variability of voriconazole blood levels in patients with invasive mycoses. Acetonitrile precipitation, reverse-phase separation, and UV detection were used for HPLC. A voriconazole-hypersusceptible Candida albicans mutant lacking multidrug efflux transporters (cdr1Delta/cdr1Delta, cdr2Delta/cdr2Delta, flu1Delta/flu1Delta, and mdr1Delta/mdr1Delta) and calcineurin subunit A (cnaDelta/cnaDelta) was used for bioassay. Mean intra-/interrun accuracies over the VRC concentration range from 0.25 to 16 mg/liter were 93.7% +/- 5.0%/96.5% +/- 2.4% (HPLC) and 94.9% +/- 6.1%/94.7% +/- 3.3% (bioassay). Mean intra-/interrun coefficients of variation were 5.2% +/- 1.5%/5.4% +/- 0.9% and 6.5% +/- 2.5%/4.0% +/- 1.6% for HPLC and bioassay, respectively. The coefficient of concordance between HPLC and bioassay was 0.96. Sequential measurements in 10 patients with invasive mycoses showed important inter- and intraindividual variations of estimated voriconazole area under the concentration-time curve (AUC): median, 43.9 mg x h/liter (range, 12.9 to 71.1) on the first and 27.4 mg x h/liter (range, 2.9 to 93.1) on the last day of therapy. During therapy, AUC decreased in five patients, increased in three, and remained unchanged in two. A toxic encephalopathy probably related to the increase of the VRC AUC (from 71.1 to 93.1 mg x h/liter) was observed. The VRC AUC decreased (from 12.9 to 2.9 mg x h/liter) in a patient with persistent signs of invasive aspergillosis. These preliminary observations suggest that voriconazole over- or underexposure resulting from variability of blood levels might have clinical implications. Simple HPLC and bioassay methods offer new tools for monitoring voriconazole therapy.

Resistance to nucleoside analog reverse transcriptase inhibitors mediated by human immunodeficiency virus type 1 p6 protein.

Resistance of human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) to antiretroviral agents results from target gene mutation within the pol gene, which encodes the viral protease, reverse transcriptase (RT), and integrase. We speculated that mutations in genes other that the drug target could lead to drug resistance. For this purpose, the p1-p6(gag)-p6(pol) region of HIV-1, placed immediately upstream of pol, was analyzed. This region has the potential to alter Pol through frameshift regulation (p1), through improved packaging of viral enzymes (p6(Gag)), or by changes in activation of the viral protease (p6(Pol)). Duplication of the proline-rich p6(Gag) PTAP motif, necessary for late viral cycle activities, was identified in plasma virus from 47 of 222 (21.2%) patients treated with nucleoside analog RT inhibitor (NRTI) antiretroviral therapy but was identified very rarely from drug-naïve individuals. Molecular clones carrying a 3-amino-acid duplication, APPAPP (transframe duplication SPTSPT in p6(Pol)), displayed a delay in protein maturation; however, they packaged a 34% excess of RT and exhibited a marked competitive growth advantage in the presence of NRTIs. This phenotype is reminiscent of the inoculum effect described in bacteriology, where a larger input, or a greater infectivity of an organism with a wild-type antimicrobial target, leads to escape from drug pressure and a higher MIC in vitro. Though the mechanism by which the PTAP region participates in viral maturation is not known, duplication of this proline-rich motif could improve assembly and packaging at membrane locations, resulting in the observed phenotype of increased infectivity and drug resistance.

Increased plasma levels of N-terminal brain natriuretic peptide (NT-proBNP) in type 2 diabetic patients with vascular complications

Résumé : Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B sont augmentées chez les diabétiques de type 2 atteints de complications vasculaires. But : Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B (NT-proBNP) sont augmentées chez les diabétiques de type 2 atteints de complications vasculaires. Les concentrations plasmatiques du peptide natriurétique de type B (BNP), ou de sa pro-hormone (NT-proBNP), sont reconnues depuis peu comme marqueur de choix de la dysfonction cardiaque. Les diabétiques de type 2 sont à haut risque de développer des complications cardiovasculaires. L'objectif de cette étude a été de déterminer si les concentrations plasmatiques de NT-proBNP étaient comparables chez des diabétiques de type 2 avec ou sans complications vasculaires. Méthodes : Nous avons mesuré le NT-proBNP plasmatique chez 54 diabétiques de type 2, 27 sans complications micro- ou macrovasculaires et 27 présentant des complications soit micro- soit macrovasculaires, soit les deux. Le même dosage a été effectué chez 38 témoins sains, appariés pour l'âge et le sexe avec les diabétiques. Résultat : Le NT-proBNP plasmatique était plus élevé chez les diabétiques avec complications (médiane 121 pg/ml, intervalle interquartile 50-240 pg/ml) que chez ceux sans complications (37 pg/ml, 21-54 pg/ml, P < 0,01). Comparés au groupe témoin (55 pg/ml, 40-79 pg/ml), seuls les diabétiques avec complications vasculaires avaient un NT-proBNP plasmatique significativement augmenté (P < 0,001). Chez les diabétiques la maladie coronarienne et la néphropathie (définie selon l'excrétion urinaire d'albumine) étaient chacune associée de façon indépendante avec une augmentation des concentrations plasmatiques de NT-proBNP. Conclusion : Chez les diabétiques de type 2 souffrant de complications micro- ou macrovasculaires, les concentrations plasmatiques de NT-proBNP sont augmentées par rapport à celles des malades indemnes de complications vasculaires. L'augmentation de sécrétion de ce peptide est associée de façon indépendante avec la maladie coronarienne et la néphropathie. La mesure du NT-proBNP plasmatique pourrait donc être utile pour dépister la présence de complications micro- ou macrovasculaires.

Usefulness of methadone plasma concentration measurement in patients receiving nevirapine or efavirenz.

Objective: To determine methadone plasma trough and peak concentrations in patients presenting opiate withdrawal symptoms after introduction of nevirapine or efavirenz. To describe the disappearance of these symptoms after methadone titration based on plasma concentrations rather than on the symptoms. Methods: Nine patients undergoing highly active antiretroviral therapy (HAART) and either nevirapine or efavirenz treatment were monitored daily for opiate withdrawal in a specialized drug addiction center. Methadone dose was titrated daily, and plasma concentrations were measured. The data are retrospective (case series). Results: Several patients complained of symptoms such as nausea, vomiting, accelerated intestinal transit, or insomnia. Even after methadone titration based on clinical symptoms, patients and health-care providers trained in infectious disease did not classify these as withdrawal symptoms and considered them as the side effects of HAART or anxiety. Methadone plasma trough concentration showed low levels of (R)- and (R,S)-methadone. Further methadone dose adjustment according to plasma level resulted in the disappearance of these withdrawal symptoms. The daily methadone dose was split when the peak/trough (R)-methadone ratio was more than 2. Conclusions: When introducing efavirenz or nevirapine to patients undergoing methadone treatment, withdrawal symptoms should be monitored, especially those such as insomnia, vomiting, or nausea. Methadone plasma trough and peak measurements can be of value in preventing unnecessary side effects of HAART.

Activity assays and immunoassays for plasma Renin and prorenin: information provided and precautions necessary for accurate measurement.

BACKGROUND: Measurement of plasma renin is important for the clinical assessment of hypertensive patients. The most common methods for measuring plasma renin are the plasma renin activity (PRA) assay and the renin immunoassay. The clinical application of renin inhibitor therapy has thrown into focus the differences in information provided by activity assays and immunoassays for renin and prorenin measurement and has drawn attention to the need for precautions to ensure their accurate measurement. CONTENT: Renin activity assays and immunoassays provide related but different information. Whereas activity assays measure only active renin, immunoassays measure both active and inhibited renin. Particular care must be taken in the collection and processing of blood samples and in the performance of these assays to avoid errors in renin measurement. Both activity assays and immunoassays are susceptible to renin overestimation due to prorenin activation. In addition, activity assays performed with peptidase inhibitors may overestimate the degree of inhibition of PRA by renin inhibitor therapy. Moreover, immunoassays may overestimate the reactive increase in plasma renin concentration in response to renin inhibitor therapy, owing to the inhibitor promoting conversion of prorenin to an open conformation that is recognized by renin immunoassays. CONCLUSIONS: The successful application of renin assays to patient care requires that the clinician and the clinical chemist understand the information provided by these assays and of the precautions necessary to ensure their accuracy.

Simultaneous determination of plasma levels of fluvoxamine and of the enantiomers of fluoxetine and norfluoxetine by gas chromatography-mass spectrometry.

A gas chromatographic-mass spectrometric method is presented which allows the simultaneous determination of the plasma concentrations of fluvoxamine and of the enantiomers of fluoxetine and norfluoxetine after derivatization with the chiral reagent, (S)-(-)-N-trifluoroacetylprolyl chloride. No interference was observed from endogenous compounds following the extraction of plasma samples from six different human subjects. The standard curves were linear over a working range of 10 to 750 ng/ml for racemic fluoxetine and norfluoxetine and of 50 to 500 ng/ml for fluvoxamine. Recoveries ranged from 50 to 66% for the three compounds. Intra- and inter-day coefficients of variation ranged from 4 to 10% for fluvoxamine and from 4 to 13% for fluoxetine and norfluoxetine. The limits of quantitation of the method were found to be 2 ng/ml for fluvoxamine and 1 ng/ml for the (R)- and (S)-enantiomers of fluoxetine and norfluoxetine, hence allowing its use for single dose pharmacokinetics. Finally, by using a steeper gradient of temperature, much shorter analysis times are obtained if one is interested in the concentrations of fluvoxamine alone.

Clinical consequences of imatinib plasma concentrations variability in hemato-oncologic patients

Background: Imatinib has revolutionized the treatment of chronic myeloid leukemia (CML) and gastrointestinal stromal tumors (GIST). Considering the large inter-individual differences in the function of the systems involved in its disposition, exposure to imatinib can be expected to vary widely among patients. This observational study aimed at describing imatinib pharmacokinetic variability and its relationship with various biological covariates, especially plasma alpha1-acid glycoprotein (AGP), and at exploring the concentration-response relationship in patients. Methods: A population pharmacokinetic model (NONMEM) including 321 plasma samples from 59 patients was built up and used to derive individual post-hoc Bayesian estimates of drug exposure (AUC; area under curve). Associations between AUC and therapeutic response or tolerability were explored by ordered logistic regression. Influence of the target genotype (i.e. KIT mutation profile) on response was also assessed in GIST patients. Results: A one-compartment model with first-order absorption appropriately described the data, with an average oral clearance of 14.3 L/h (CL) and volume of distribution of 347 L (Vd). A large inter-individual variability remained unexplained, both on CL (36%) and Vd (63%), but AGP levels proved to have a marked impact on total imatinib disposition. Moreover, both total and free AUC correlated with the occurrence and number of side effects (e.g. OR 2.9±0.6 for a 2-fold free AUC increase; p<0.001). Furthermore, in GIST patients, higher free AUC predicted a higher probability of therapeutic response (OR 1.9±0.5; p<0.05), notably in patients with tumor harboring an exon 9 mutation or wild-type KIT, known to decrease tumor sensitivity towards imatinib. Conclusion: The large pharmacokinetic variability, associated to the pharmacokinetic-pharmacodynamic relationship uncovered are arguments to further investigate the usefulness of individualizing imatinib prescription based on TDM. For this type of drug, it should ideally take into consideration either circulating AGP concentrations or free drug levels, as well as KIT genotype for GIST.

Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing plasma and cellular antiretroviral drug disposition

Abstract: The improvement in antiretroviral drug therapy has transformed HIV infection into a chronic disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of cellular and plasma drug level may enhance both drug efficacy and tolerability. At present, antiretroviral drugs levels are monitored in plasma, whereas only drugs penetrating into cells are able to exert an antiviral activity, suggesting that cellular drug determination may more confidently reflect drug exposure at the site of pharmacological action. The overall objective of this thesis is to provide a better understanding of the Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing the plasma and cellular disposition of antiretroviral drugs. To that endeavour, analytical methods for the measurements of plasma and cellular drug levels have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with ultraviolet and tandem mass spectrometry detection, respectively. Correlations between plasma and cellular exposures were assessed during observational and experimental studies. Cytochrome (CYP) 2B6, efflux transporters (ABCB1, ABCC1, ABCC2 and ABCG2) and orosomucoid (ORM) polymorphisms were determined and were related to plasma and cellular exposures, as well as toxicity of antiretroviral drugs. A Pharmacokinetic population model was developed to characterise inter- and intra-patient variability of atazanavir pharmacokinetics, and to identify covariates influencing drug disposition. In that context, a Pharmacokinetic interaction study between atazanavir and lopinavir, both boosted with ritonavir, has beén conducted to assess the safety and pharmacokinetics of this boosted double-protease inhibitors regimen. Well to moderately-correlated cellular and plasma drug levels are .observed or protease inhibitors, whereas for efavirenz and nevirapine these correlations are weak. Cellular exposure, and CYP2B6 genotype (516G>T) are predictors of efavirenz neuropsychological toxicity. Nevirapine plasma exposure is also influenced by CYPZB6 polymorphism. Nelfinavir cellular exposure appears to be significantly associated only with ABCB1 genotype (3435C>T and intron 26 + 80T>C). Indinavir and lopinavir clearance and lopinavir cellular/plasma exposure ratio are influenced by the concentration of the variant S of ORM, suggesting-a specific binding of these drugs to this variant. Nelfinavir and efavirenz are not influenced by ORM concentration and phenotype. The Pharmacokinetic parameters of atazanavir are adequately described by our population model. The atazanavir-lopinavir interaction study indicates no influence on plasma and cellular atazanavir pharmacokinetics, while limited decrease in lopinavir concentrations was observed after atazanavir addition. The residual variability unexplained by the considered variables suggests that other covariates either uncontrolled at present or remaining to be identified, such as genetic and environmental factors influence antiretroviral drug pharmacokinetics, with substantial impact on treatment efficacy and tolerability. In that context, a comprehensive approach taking into account drug pharmacokinetics and patient genetic background is expected to contribute to increase treatment success, and to reduce the occurrence of adverse drug reactions by stratifying patients in an individualised antiretroviral therapy approach. Résumé Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une affection mortelle à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie. Par ailleurs, seules les concentrations plasmatiques sont actuellement considérées pour le suivi thérapeutique des médicaments, alors que les taux cellulaires pourraient mieux refléter l'activité de ses médicaments qui agissent au niveau intracellulaire. L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques et pharmacocénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des médicaments antirétroviraux. A cet effet, des méthodes pour quantifier les concentrations plasmatiques et cellulaires des antirétroviraux ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide couplée à la détection ultraviolette et la spectrométrie de masse en tandem, respectivement. La corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique de ces médicaments a été étudiée lors d'études observationnelles et expérimentales. Les polymorphismes du cytochrome (CYP) 2B6, ainsi que des transporteurs d'efflux (ABCB1, ABCC1, ABCC2 et ABCG2) et de l'orosomucoïde (ORM) ont été déterminés et corrélés avec l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux, ainsi qu'à leur toxicité. Un modèle de pharmacocinétique de population a été établi afin de caractériser la variabilité inter- et intra-individuelle de l'atazanavir, et d'identifier les covariables pouvant influencer le devenir de ce médicament. Dans ce contexte, une étude d'interaction entre l'atazanavir et le lopinavir a été effectuée afin de déterminer la sécurité et le profil pharmacocinétique de ce régime thérapeutique. Des corrélations modérées à bonnes ont été observées entre les taux cellulaires et plasmatiques des inhibiteurs de protéase, alors que pour l'efavirenz et la névirapine ces corrélations sont faibles. L'exposition cellulaire, ainsi que le génotype du CYP2B6 (516G>T) sont des indices de la toxicité neuropsychologique de l'efavirenz. L'exposition plasmatique de la névirapine est également influencée par le polymorphisme du CYPZB6. L'exposition cellulaire du nelfinavir est significativement associée au génotype du ABCB1 (3435C>T et intron 26 + 80T>C). La clairance de l'indinavir et du lopinavir, ainsi que le rapport entre exposition cellulaire et plasmatique du lopinavir sont influencés par la concentration du variant S de l'ORM, suggérant une liaison spécifique de ces médicaments à ce variant. La clairance du nelfinavir et de l'efavirenz n'est pas influencée ni par la concentration ni par le phénotype de l'ORM. Les paramètres pharmacocinétiques de l'atazanavir ont été décrits de façon adéquate par le modèle de population proposé. De plus, le lopinavir n'influence pas les concentrations plasmatiques et cellulaires de l'atazanavir; alors que celui-ci conduit à une baisse limitée des taux de lopinavir. L'importante variabilité pharmacocinétique des antirétroviraux suggère que d'autres facteurs génétiques et environnementaux -qui restent encore à découvrir- influencent également leur disponibilité. Dans un proche futur, une prise en charge qui tienne. compte de la pharmacocinétique des médicaments et des caractéristiques génétiques du patient devrait permettre d'individualiser le traitement, contribuant certainement à une amélioration de la réponse thérapeutique et à une diminution de la toxicité. Résumé grand public Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine acquise (VIH), ont permis de transformer une maladie avec un pronostic sombre, en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, de nombreux patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement et/ou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant fréquemment une modification de leur thérapie. Actuellement, le suivi de la réponse au traitement s'effectue par la mesure chez les patients de la quantité de virus et du nombre des cellules immunitaires dans le sang, ainsi que par la concentration sanguine des médicaments administrés. Cependant, comme le virus se réplique à l'intérieur de la cellule, la mesure des concentrations médicamenteuses au niveau intracellulaire pourrait mieux refléter l'activité pharmacologique au site d'action. De plus, il a été possible de mettre en évidence la grande variabilité des concentrations plasmatiques de médicaments chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Comme cette variabilité est notamment due à des facteurs génétiques qui sont susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral, des analyses génétiques ont été également effectuées chez ces patients. Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'activité et la toxicité des médicaments antirétroviraux afin de réduire la variabilité de la réponse thérapeutique. A cet effet, une méthode de dosage permettant la quantification des médicaments anti-HIV au niveau intracellulaire a été développée. Par ailleurs, nos études ont également porté .sur les variations génétiques influençant la quantité et l'activité des protéines impliquées dans le métabolisme et dans le transport des médicaments antirétroviraux. Enfin, les conséquences de ces variations sur la réponse clinique et la toxicité du traitement ont été évaluées. Nos études ont mis en évidence des associations significatives entre les variations génétiques considérées et la concentration sanguine, cellulaire et la toxicité de quelques médicaments antirétroviraux. La complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales pourrait aboutir à une stratégie globale permettant d'individualiser le traitement et la dose administrée, en fonction des caractéristiques propres de chaque patient. Cette approche pourrait contribuer à une optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'une meilleure- efficacité thérapeutique à long terme et d'une diminution des effets indésirables rencontrés.

Blood pressure and renin-angiotensin system resetting in transgenic rats with elevated plasma Val5-angiotensinogen.

OBJECTIVE: : Increases in plasma angiotensinogen (Ang-N) due to genetic polymorphisms or pharmacological stimuli like estrogen have been associated with a blood pressure (BP) rise, increased salt sensitivity and cardiovascular risk. The relationship between Ang-N, the resetting of the renin-angiotensin system, and BP still remains unclear. Angiotensin (Ang) II-induced genetic hypertension should respond to lisinopril treatment. METHODS: : A new transgenic rat line (TGR) with hepatic overexpression of native (rat) Ang-N was established to study high plasma Ang-N. The transgene contained a mutation producing Val-Ang-II, which was measured separately from nontransgenic Ile-Ang-II in plasma and renal tissue. RESULTS: : Male homozygous TGR had increased plasma Ang-N (∼20-fold), systolic BP (ΔBP + 26 mmHg), renin activity (∼2-fold), renin activity/concentration (∼5-fold), total Ang-II (∼2-fold, kidney 1.7-fold) but decreased plasma renin concentrations (-46%, kidney -85%) and Ile-Ang-I and II (-93%, -94%) vs. controls. Heterozygous TGR exhibited ∼10-fold higher plasma Ang-N and 17 mmHg ΔBP. Lisinopril decreased their SBP (-23 vs. -13 mmHg in controls), kidney Ang-II/I (∼3-fold vs. ∼2-fold) and Ile-Ang-II (-70 vs. -40%), and increased kidney renin and Ile-Ang-I (>2.5-fold vs. <2.5-fold). Kidney Ang-II remained higher and renin lower in TGR compared with controls. CONCLUSION: : High plasma Ang-N increases plasma and kidney Ang-II levels, and amplifies the plasma and renal Ang-II response to a given change in renal renin secretion. This enzyme-kinetic amplification dominates over the Ang-II mediated feedback reduction of renin secretion. High Ang-N levels thus facilitate hypertension via small increases of Ang II and may influence the effectiveness of renin-angiotensin system inhibitors.

Toll-like receptor agonists synergize with CD40L to induce either proliferation or plasma cell differentiation of mouse B cells.

In a classical dogma, pathogens are sensed (via recognition of Pathogen Associated Molecular Patterns (PAMPs)) by innate immune cells that in turn activate adaptive immune cells. However, recent data showed that TLRs (Toll Like Receptors), the most characterized class of Pattern Recognition Receptors, are also expressed by adaptive immune B cells. B cells play an important role in protective immunity essentially by differentiating into antibody-secreting cells (ASC). This differentiation requires at least two signals: the recognition of an antigen by the B cell specific receptor (BCR) and a T cell co-stimulatory signal provided mainly by CD154/CD40L acting on CD40. In order to better understand interactions of innate and adaptive B cell stimulatory signals, we evaluated the outcome of combinations of TLRs, BCR and/or CD40 stimulation. For this purpose, mouse spleen B cells were activated with synthetic TLR agonists, recombinant mouse CD40L and agonist anti-BCR antibodies. As expected, TLR agonists induced mouse B cell proliferation and activation or differentiation into ASC. Interestingly, addition of CD40 signal to TLR agonists stimulated either B cell proliferation and activation (TLR3, TLR4, and TLR9) or differentiation into ASC (TLR1/2, TLR2/6, TLR4 and TLR7). Addition of a BCR signal to CD40L and either TLR3 or TLR9 agonists did not induce differentiation into ASC, which could be interpreted as an entrance into the memory pathway. In conclusion, our results suggest that PAMPs synergize with signals from adaptive immunity to regulate B lymphocyte fate during humoral immune response.

An ultra performance liquid chromatography-tandem MS assay for tamoxifen metabolites profiling in plasma: first evidence of 4'-hydroxylated metabolites in breast cancer patients.

There is increasing evidence that the clinical efficacy of tamoxifen, the first and most widely used targeted therapy for estrogen-sensitive breast cancer, depends on the formation of the active metabolites 4-hydroxy-tamoxifen and 4-hydroxy-N-desmethyl-tamoxifen (endoxifen). Large inter-individual variability in endoxifen plasma concentrations has been observed and related both to genetic and environmental (i.e. drug-induced) factors altering CYP450s metabolizing enzymes activity. In this context, we have developed an ultra performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method (UPLC-MS/MS) requiring 100 μL of plasma for the quantification of tamoxifen and three of its major metabolites in breast cancer patients. Plasma is purified by a combination of protein precipitation, evaporation at room temperature under nitrogen, and reconstitution in methanol/20 mM ammonium formate 1:1 (v/v), adjusted to pH 2.9 with formic acid. Reverse-phase chromatographic separation of tamoxifen, N-desmethyl-tamoxifen, 4-hydroxy-tamoxifen and 4-hydroxy-N-desmethyl-tamoxifen is performed within 13 min using elution with a gradient of 10 mM ammonium formate and acetonitrile, both containing 0.1% formic acid. Analytes quantification, using matrix-matched calibration samples spiked with their respective deuterated internal standards, is performed by electrospray ionization-triple quadrupole mass spectrometry using selected reaction monitoring detection in the positive mode. The method was validated according to FDA recommendations, including assessment of relative matrix effects variability, as well as tamoxifen and metabolites short-term stability in plasma and whole blood. The method is precise (inter-day CV%: 2.5-7.8%), accurate (-1.4 to +5.8%) and sensitive (lower limits of quantification comprised between 0.4 and 2.0 ng/mL). Application of this method to patients' samples has made possible the identification of two further metabolites, 4'-hydroxy-tamoxifen and 4'-hydroxy-N-desmethyl-tamoxifen, described for the first time in breast cancer patients. This UPLC-MS/MS assay is currently applied for monitoring plasma levels of tamoxifen and its metabolites in breast cancer patients within the frame of a clinical trial aiming to assess the impact of dose increase on tamoxifen and endoxifen exposure.

Intravenous streptomycin dosing regimen in a patient undergoing hemodialysis: Plasma level monitoring and pharmacokinetic simulation

Introduction: Streptomycin, as other aminoglycosides, exhibits concentration-dependent bacterial killing but has a narrow therapeutic window. It is primarily eliminated unchanged by the kidneys. Data and dosing information to achieve a safe regimen in patients with chronic renal failure undergoing hemodialysis (HD) are scarce. Although main adverse reactions are related to prolonged, elevated serum concentrations, literature recommendation is to administer streptomycin after each HD. Patients (or Materials) and Methods: We report the case of a patient with end-stage renal failure, undergoing HD, who was successfully treated with streptomycin for gentamicin-resistant Enterococcus faecalis bacteremia with prosthetic arteriovenous fistula infection. Streptomycin was administered intravenously 7.5 mg/kg, 3 hours before each dialysis (3 times a week) during 6 weeks in combination with amoxicillin. Streptomycin plasma levels were monitored with repeated blood sampling before, after, and between HD sessions. A 2-compartment model was used to reconstruct the concentration time profile over days on and off HD. Results: Streptomycin trough plasma-concentration was 2.8 mg/L. It peaked to 21.4 mg/L 30 minutes after intravenous administration, decreased to 18.2 mg/L immediately before HD, and dropped to 4.5 mg/L at the end of a 4-hour HD session. Plasma level increased again to 5.7 mg/L 2 hours after the end of HD and was 2.8 mg/L 48 hours later, before the next administration and HD. The pharmacokinetics of streptomycin was best described with a 2-compartment model. The computer simulation fitted fairly well to the observed concentrations during or between HD sessions. Redistribution between the 2 compartments after the end of HD reproduced the rebound of plasma concentrations after HD. No significant toxicity was observed during treatment. The outcome of the infection was favorable, and no sign of relapse was observed after a follow-up of 3 months. Conclusion: Streptomycin administration of 7.5 mg/kg 3 hours before HD sessions in a patient with end-stage renal failure resulted in an effective and safe dosing regimen. Monitoring plasma levels along with pharmacokinetic simulation document the suitability of this dosing scheme, which should replace current dosage recommendations for streptomycin in HD.

Determination of oseltamivir and oseltamivir carboxylate in human plasma by liquid chromatography-tandem mass spectrometry

Introduction: Oseltamivir phosphate (OP), the prodrug of oseltamivir carboxylate (OC; active metabolite), is marketed since 10 years for the treatment of seasonal influenza flu. It has recently received renewed attention because of the threat of avian flu H5N1 in 2006-7 and the 2009-10 A/H1N1 pandemic. However, relatively few studies have been published on OP and OC clinical pharmacokinetics. The disposition of OC and the dosage adaptation of OP in specific populations, such as young children or patients undergoing extrarenal epuration, have also received poor attention. An analytical method was thus developed to assess OP and OC plasma concentrations in patients receiving OP and presenting with comorbidities or requiring intensive care. Methods: A high performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry method (HPLC-MS/MS) requiring 100-µL aliquot of plasma for quantification within 6 min of OP and OC was developed. A combination of protein precipitation with acetonitrile, followed by dilution of supernant in suitable buffered solvent was used as an extraction procedure. After reverse phase chromatographic separation, quantification was performed by electro-spray ionization-triple quadrupole mass spectrometry. Deuterated isotopic compounds of OP and OC were used as internal standards. Results: The method is sensitive (lower limit of quantification: 5 ng/mL for OP and OC), accurate (intra-/inter-assay bias for OP and OC: 8.5%/5.5% and 3.7/0.7%, respectively) and precise (intra-/inter-assay CV%: 5.2%/6.5% and 6.3%/9.2%, respectively) over the clinically relevant concentration range (upper limits of quantification 5000 ng/mL). Of importance, OP, as in other previous reports, was found not to be stable ex vivo in plasma on standard anticoagulants (i.e. EDTA, heparin or citrate). This poor stability of OP has been prevented by collecting blood samples on commercial fluoride/oxalate tubes. Conclusions: This new simple, rapid and robust HPLC-MS/MS assay for quantification of OP and OC plasma concentrations offers an efficient tool for concentration monitoring of OC. Its exposure can probably be controlled with sufficient accuracy by thorough dosage adjustment according to patient characteristics (e.g. renal clearance). The usefulness of systematic therapeutic drug monitoring in patients appears therefore questionable. However, pharmacokinetic studies are still needed to extend knowledge to particular subgroups of patients or dosage regimens.