To Monty Kier, a friendly tribute.

In 2008 we published the first set of guidelines for standardizing research in autophagy. Since then, research on this topic has continued to accelerate, and many new scientists have entered the field. Our knowledge base and relevant new technologies have also been expanding. Accordingly, it is important to update these guidelines for monitoring autophagy in different organisms. Various reviews have described the range of assays that have been used for this purpose. Nevertheless, there continues to be confusion regarding acceptable methods to measure autophagy, especially in multicellular eukaryotes. A key point that needs to be emphasized is that there is a difference between measurements that monitor the numbers or volume of autophagic elements (e.g., autophagosomes or autolysosomes) at any stage of the autophagic process vs. those that measure flux through the autophagy pathway (i.e., the complete process); thus, a block in macroautophagy that results in autophagosome accumulation needs to be differentiated from stimuli that result in increased autophagic activity, defined as increased autophagy induction coupled with increased delivery to, and degradation within, lysosomes (in most higher eukaryotes and some protists such as Dictyostelium) or the vacuole (in plants and fungi). In other words, it is especially important that investigators new to the field understand that the appearance of more autophagosomes does not necessarily equate with more autophagy. In fact, in many cases, autophagosomes accumulate because of a block in trafficking to lysosomes without a concomitant change in autophagosome biogenesis, whereas an increase in autolysosomes may reflect a reduction in degradative activity. Here, we present a set of guidelines for the selection and interpretation of methods for use by investigators who aim to examine macroautophagy and related processes, as well as for reviewers who need to provide realistic and reasonable critiques of papers that are focused on these processes. These guidelines are not meant to be a formulaic set of rules, because the appropriate assays depend in part on the question being asked and the system being used. In addition, we emphasize that no individual assay is guaranteed to be the most appropriate one in every situation, and we strongly recommend the use of multiple assays to monitor autophagy. In these guidelines, we consider these various methods of assessing autophagy and what information can, or cannot, be obtained from them. Finally, by discussing the merits and limits of particular autophagy assays, we hope to encourage technical innovation in the field.

The biochemistry of drug metabolism--an introduction: part 5. Metabolism and bioactivity.

This review continues a general presentation of the metabolism of drugs and other xenobiotics begun in five recent issues of Chemistry & Biodiversity. The present Part is dedicated to the pharmacological and toxicological consequences of drug and xenobiotic metabolism. In other words, the key concepts here are activation vs. deactivation, toxification vs. detoxification, and their interplay. These concepts are illustrated with a number of medicinally, toxicologically, and environmentally relevant examples. But, far from being concerned only with individual cases, the review is based on broad classifications, global rationalizations, and synthetic hypotheses.

The hospital pharmacist: an important contributor to improved patient safety in the hospital.

Injectable drugs are high-risk products and their reconstitution in hospital wards is a potential source of errors. Thus, in order to secure the reconstitution process and thereby improve safety, the pharmacy department of Lausanne University Hospital is focusing on developing ready-to-use forms (CIVAS). These preparations are compounded in controlled clean rooms and are analyzed prior to release. In the intensive care unit, amiodarone 12.5 mg/mL in glucose 5% is one of the high-risk preparations, which has led the pharmacy to develop a ready-to-use solution. To this end, a one-year stability study was initiated, and the preliminary results (after six months) are illustrated here. A stability-indicating HPLC method was developed and validated for monitoring the concentration of amiodarone. Batches were stored at 5 °C and 30 °C, which were analyzed immediately after preparation, after one, two, four and six months of storage. The pH and osmolality values were monitored at the respective time intervals. It was observed that after six months, all the results were within specifications. However, the pH values started to decrease after two months when amiodarone was stored at 30 °C. After six months, a degradation peak appeared on the chromatogram of these solutions, which suggested that amiodarone is more stable at 5 °C. The preliminary results obtained in this study indicated that injectable amiodarone solutions are stable for six months under refrigerated storage conditions. The study is ongoing.

In vivo characterisation of a novel water-soluble Cyclosporine A prodrug for the treatment of dry eye disease.

Cyclosporine A (CsA) has been demonstrated to be effective for the treatment of a variety of ophthalmological conditions, including ocular surface disorders such as the dry eye disease (DED). Since CsA is characterised by its low water solubility, the development of a topical ophthalmic formulation represents an interesting pharmaceutical question. In the present study, two different strategies to address this challenge were studied and compared: (i) a water-soluble CsA prodrug formulated within an aqueous solution and (ii) a CsA oil-in-water emulsion (Restasis, Allergan Inc., Irvine, CA). First, the prodrug formulation was shown to have an excellent ocular tolerance as well as no influence on the basal tear production; maintaining the ocular surface properties remained unchanged. Then, in order to allow in vivo investigations, a specific analytical method based on ultra high pressure liquid chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometer (UHPLC-MS/MS) was developed and optimised to quantify CsA in ocular tissues and fluids. The CsA ocular kinetics in lachrymal fluid for both formulations were found to be similar between 15 min and 48 h. The CsA ocular distribution study evidenced the ability of the prodrug formulation to penetrate into the eye, achieving therapeutically active CsA levels in tissues of both the anterior and posterior segments. In addition, the detailed analysis of the in vivo data using a bicompartmental model pointed out a higher bioavailability and lower elimination rate for CsA when it is generated from the prodrug than after direct application as an emulsion. The interesting in vivo properties displayed by the prodrug solution make it a safe and suitable option for the treatment of DED.

Controlled nerve growth factor release from multi-ply alginate/chitosan-based nerve conduits.

The delivery kinetics of growth factors has been suggested to play an important role in the regeneration of peripheral nerves following axotomy. In this context, we designed a nerve conduit (NC) with adjustable release kinetics of nerve growth factor (NGF). A multi-ply system was designed where NC consisting of a polyelectrolyte alginate/chitosan complex was coated with layers of poly(lactide-co-glycolide) (PLGA) to control the release of embedded NGF. Prior to assessing the in vitro NGF release from NC, various release test media, with and without stabilizers for NGF, were evaluated to ensure adequate quantification of NGF by ELISA. Citrate (pH 5.0) and acetate (pH 5.5) buffered saline solutions containing 0.05% Tween 20 yielded the most reliable results for ELISA active NGF. The in vitro release experiments revealed that the best results in terms of reproducibility and release control were achieved when the NGF was embedded between two PLGA layers and the ends of the NC tightly sealed by the PLGA coatings. The release kinetics could be efficiently adjusted by accommodating NGF at different radial locations within the NC. A sustained release of bioactive NGF in the low nanogram per day range was obtained for at least 15days. In conclusion, the developed multi-ply NGF loaded NC is considered a suitable candidate for future implantation studies to gain insight into the relationship between local growth factor availability and nerve regeneration.

The Vaccine Formulation Laboratory: a platform for access to adjuvants.

Adjuvants are increasingly used by the vaccine research and development community, particularly for their ability to enhance immune responses and for their dose-sparing properties. However, they are not readily available to the majority of public sector vaccine research groups, and even those with access to suitable adjuvants may still fail in the development of their vaccines because of lack of knowledge on how to correctly formulate the adjuvants. This shortcoming led the World Health Organization to advocate for the establishment of the Vaccine Formulation Laboratory at the University of Lausanne, Switzerland. The primary mission of the laboratory is to transfer adjuvants and formulation technology free of intellectual property rights to academic institutions, small biotechnology companies and developing countries vaccine manufacturers. In this context, the transfer of an oil-in-water emulsion to Bio Farma, an Indonesian vaccine manufacturer, was initiated to increase domestic pandemic influenza vaccine production capacity as part of the national pandemic influenza preparedness plan.

The biochemistry of drug metabolism : an introduction : part 6, Inter-individual factors affecting drug metabolism.

This review is part of a series of review articles on the metabolism of drugs and other xenobiotics published in Chemistry & Biodiversity. After a thorough discussion of metabolic reactions and their enzymes, this article focuses on genetically determined differences in drug and xenobiotic metabolism. After a short introduction on the causes for genetic differences, the first focus is on species differences in drug and xenobiotic metabolism. A major chapter is then dedicated to clinically relevant genetic polymorphisms in human drug metabolism and resultant ethnic differences. The last two chapters deal with sex-dependent differences in drug metabolism and personalized pharmacotherapy related to inter-individual differences in drug metabolism.

New formulation of vasoactive intestinal peptide using liposomes in hyaluronic acid gel for uveitis.

We evaluated the benefits of a novel formulation of vasoactive intestinal peptide (VIP) based on the incorporation of VIP-loaded rhodamine-conjugated liposomes (VIP-Rh-Lip) within hyaluronic acid (HA) gel (Gel-VIP-Rh-Lip) for the treatment of endotoxin-induced uveitis (EIU) in comparison with VIP-Rh-Lip alone. In vitro release study and rheological analysis showed that interactions between HA chains and liposomes resulted in increased viscosity and reinforced elasticity of the gel. In vivo a single intravitreal injection of Gel-VIP-Rh-Lip was performed in rats 7 days prior to uveitis induction by subcutaneous lipopolysaccharide injection. The maximal ocular inflammation occurs within 16-24 h in controls (VIP-Rh-Lip, unloaded-Rh-Lip). Whereas intraocular injection of VIP-Rh-Lip had no effect on EIU severity compared with controls, Gel-VIP-Rh-Lip reduced significantly the clinical score and number of inflammatory cells infiltrating the eye. The fate of liposomes, VIP and HA in the eyes, regional and inguinal lymph nodes and spleen was analyzed by immunostaining and fluorescence microscopy. Retention of liposomes by HA gel was observed in vitro and in vivo. Inflammation severity seemed to impact on system stability resulting in the delayed release of VIP. Thus, HA gel containing VIP-Rh-Lip is an efficient strategy to obtain a sustained delivery of VIP in ocular and lymph node tissues.

Médicaments et allaitement: quelques éléments à considérer avant de les juger incompatibles [Drugs and breastfeeding: some facts to consider before deciding they are incompatible]

Breastfeeding is considered the ideal way of providing young infants with the required nutrients for healthy growth and development. An increase in the prevalence and duration of breastfeeding has been observed over the last years in response to promotion campaigns. When a medicamentous treatment is started, discontinuation of breastfeeding is often proposed, for fear of harmful consequences for the infant. Nevertheless such a decision is not unimportant, and it appears that many drugs can actually be used during breastfeeding without significant risk. An assessment of the real risk incurred by exposed children makes it possible to avoid unnecessary discontinuations of breastfeeding. This article aims to review the facts needed to assess amount of drug exposure to the child and to list the few drugs associated with significant effects on the nursing infant.

Types of stereoselectivity in drug metabolism: a heuristic approach.

Stereochemical factors are known to play a significant role in the metabolism of drugs and other xenobiotics. Following Prelog's lead, types of metabolic stereoselectivity can be categorized as (i) substrate stereoselectivity (the differential metabolism of two or more stereoisomeric substrates) and (ii) product stereoselectivity (the differential formation of two or more stereoisomeric metabolites from a single substrate). Combinations of the two categories exist as (iii) substrate-product stereoselectivities, meaning that product stereoselectivity itself is substrate stereoselective. Here, published examples of metabolic stereoselectivities are examined in the light of these concepts. In parallel, a graphical scheme is presented with a view to facilitate learning and help researchers to solve classification problems.

Planejamento racional de fármacos baseado em produtos naturais

In the area of drug discovery, natural products represent a myriad of templates for new lead discovery. It is, however, most unlikely that the bioactive principle itself shall become a drug; it is much more likely that a medicinal chemistry project needs to be initiated as soon the potency or selectivity or specificity of the new natural product candidate has been disclosed. Brazil has an enormous biodiversity where just a few has been disclosed. Nevertheless, it urges to initiate a joint collaboration in order to circumvent a major breakdown linking between natural products and medicinal chemistry in this country. This paper is intended to encourage people to follow up one of the most pushing forward enterprise that needs to be settled: the pharmaceutical industry.

Conception et synthèse d’aminoglycosides semi-synthétiques

Plusieurs aminoglycosides font partie d’une famille d’antibiotiques à large spectre d’action. Les aminoglycosides ayant une activité antibiotique viennent interférer dans la synthèse protéique effectuée par les bactéries. Les protéines mal codées entraineront la mort cellulaire. Au fil des années, de nombreux cas de résistance ont émergé après une utilisation soutenue des aminoglycosides. De nombreux aminoglycosides semi-synthétiques ont été synthétisés avec comme objectif de restaurer leur activité antimicrobienne. Parmi les modifications ayant connu du succès, notons la didésoxygénation d’un diol et l’introduction de la chaine latérale HABA. Des études précédentes ont montré l’efficacité de ces modifications sur les aminoglycosides. Les présents travaux portent sur l’installation de la chaine latérale HABA et la didésoxygénation d’un diol sur la paromomycine et la néomycine. La didésoxygénation sélective des diols a été effectuée en utilisant la méthodologie développée par Garegg et Samuelsson, une variation de la réaction de Tipson-Cohen. Cette méthode a permis l’obtention du motif didésoxygéné sur les cycles A et D dans des rendements jamais égalés pour ce motif synthétique. La chaîne latérale a été introduite en tirant profit de la réactivité et de la sélectivité d’un carbamate cyclique. Ces méthodes combinées ont permis la synthèse efficace de nombreux analogues semi-synthétiques nouveaux. La 3',4'-didéhydro-N-1-HABA-néomycine et la 3',4',3''',4'''-tétradésoxy-N-1-HABA-néomycine montrent une activité impressionnante contre des souches de bactéries résistantes aux aminoglycosides. Des tests de toxicité effectués en collaboration avec Achaogen Inc. ont démontré que ces composés sont relativement toxiques sur les cellules rénales de type H2K, ce qui réduit de façon importante leur index thérapeutique. Afin d’abaisser la toxicité des composés, la relation entre toxicité et basicité a été explorée. Des substitutions de l’amine en 6''' ont été effectuées afin d’abaisser la basicité de l’amine. Les résultats de toxicité et d’activité antimicrobienne démontrent une corrélation importante entre la basicité des amines et la toxicité/activité des aminoglycosides antibiotiques. L’effet d’une modulation du pKa a aussi été exploré en installant des chaines fluorées sur l’amine en 6''' de la paromomycine et de la néomycine. Une séquence synthtétique pour isoler l’amine en 6''' de la néomycine a aussi été développée.

Développement de peptidomimétiques antagonistes du récepteur de l’interleukine-1β

Dans ce mémoire, je présente mes études sur la synthèse, la caractérisation et l’évaluation biologique de différentes séries d’analogues du D-heptapeptide appelé 101.10, un modulateur négatif allostérique du récepteur de l’interleukine-1β (IL-1β). Sachant que les peptides ont généralement de faibles propriétés pharmacologiques, le but de ce projet portait sur l’examen des structures nécessaires à la bioactivité, la conformation tridimensionnelle de ces derniers afin d’améliorer la droguabilité du peptide parent. Les stratégies d’optimisation du 101.10 utilisées furent : la coupure N- et C-terminale; la substitution par la proline, α-amino-γ-lactame (Agl), β-amino-γ-lactame (Bgl) et α-amino-β-hydroxy-γ-lactame (Hgl); et la rigidification du squelette à l’aide d’un bicycle, l’indolozidin-2-one (I2aa). Afin de clarifier certaines relations de structure-activité, quelques modifications furent apportées au peptide, incluant l’échange de la thréonine pour la valine, la permutation de la stéréochimie de certains résidus clés ainsi que le remplacement de certaines chaînes latérales par un méthyle. Pour pallier aux difficultés de reproductibilité des résultats avec des échantillons provenant de différentes sources, des études sur l’identité du contre-anion et la pureté du peptide furent conduites. Afin d’évaluer l’effet des modifications sur la conformation aqueuse et l’activité biologique du peptide, des analyses de dichroïsme circulaire et des tests in vitro mesurant l’inhibition de certains effets de l’IL-1β furent effectués. Ces essais cellulaires comportaient l’inhibition de la prolifération de cellules immunes et de l’activation des voies de signalisation inflammatoires du facteur nucléaire κB (NF-κB) et de la protéine kinase activée par mitogène (MAPK), toutes deux stimulées par l’IL-1β. La compilation de ces données a permis de déceler certaines tendances entre la structure, la conformation et l’activité anti-IL-1β des peptidomimétiques.

Conception, synthèse et diversification de l'azaGly-Pro : un mime de tour beta, outil d'étude structure-activité : application au développement d'un nouvel agent tocolytique

Les accouchements prématurés constituent un problème médical majeur en constante augmentation et ce, malgré tous les efforts mis en œuvre afin de contrer le déclenchement des contractions avant terme. Cette thèse relate du ''design'' rationnel d'un nouvel agent thérapeutique (i.e., tocolytique) qui serait capable de 1) arrêter les contractions, et 2) prolonger la gestation. Pour ce faire, une nouvelle cible, la prostaglandine F2α et son récepteur ont été sélectionnés et le peptidomimétisme a été choisi afin de résoudre cette problématique. L'introduction contient un historique rapide de la conception à la synthèse (''drug design'') du peptide parent, le PDC113, premier peptide a avoir démontré des aptitudes tocolytiques suffisantes pour faire du peptidomimétisme. La deuxième partie de l'introduction présente les concepts du peptidomimétisme appliqués au PDC113 qui ont permis d'accéder au PDC113.824, inhibiteur allostérique du récepteur de la prostaglandine F2α, et explique comment ce mime nous a permis d'élucider les mécanismes de signalisation intracellulaire impliqués dans la contraction musculaire lisse. Cette thèse présente la conception, la synthèse et l'étude structure-activité de mimes de repliement de tour β au sein du mime peptidique original (PDC113.824) dans lequel nous avons remplacé l'azabicycloalkane central (l'indolizidin-2-one) par une série d'autres azabicycloalcanes connus et des acides aza-aminés dont nous avons élaboré la synthèse. Dans un premier temps, une nouvelle stratégie de synthèse en solution de l'aza-glycyl-proline à partir de la diphényle hydrazone et du chloroformate de p-nitrophényle a été réalisée. Cette stratégie a permis d'éliminer les réactions secondaires de cyclisation intramoléculaires communément obtenues lors de l'introduction d'acides aza-aminés avec les protections traditionnelles de type carbamate en présence de phosgène, mais aussi de faciliter l'accès en une étape à des dérivés peptidiques du type aza-glycyle. L'élongation de l'aza-glycyl-proline en solution nous a permis d'accéder à un nouveau mime tetrapeptidique du Smac, un activateur potentiel de l'apoptose au sein de cellules cancéreuses. Par la suite, nous avons développé une stratégie de diversification sélective de l'azote α du résidu azaglycine en utilisant différents types d'halogénures d'alkyle en présence de tert-butoxyde de potassium. Afin de valider le protocole d'alkylation de l'aza-dipeptide, différents halogénures d'alkyle ont été testés. Nous avons également démontré l'utilité des aza-dipeptides résultants en tant que ''building block'' afin d'accéder à une variété d'azapeptides. En effet, l'aza-dipeptide a été déprotégée sélectivement soit en N-terminal soit en C-terminal, respectivement. D'autre part, la libération de l'amine de l'ester méthylique de l'aza-alkylglycyl-proline a conduit à une catégorie de composés à potentiel thérapeutique, les azadicétopipérazines (aza-DKP) par cyclisation intramoléculaire. Enfin, notre intérêt quant au développement d'un nouvel agent tocolytique nous a amené à développer une nouvelle voie de synthèse en solution du PDC113.824 permettant ainsi d'élucider les voies de signalisation intracellulaires du récepteur de la prostaglandine F2α. Afin de valider l'importance de la stéréochimie et d'étudier la relation structure/ activité du mime, nous avons remplacé l'indolizidin-2-one (I2aa) centrale du PDC113.824 par une série d'autres azabicycloalcanes et azadipeptides. Les azabicycloalcanes D-I2aa, quinolizidinone, et indolizidin-9-one ont été synthétisés et incorporés au sein du dit peptide ne donnant aucune activité ni in vitro ni ex vivo, validant ainsi l'importance du tour β de type II' pour le maintien de l'activité biologique du PDC113.824. Finalement, l'insertion d'une série de dérivés aza(alkyl)glycyl-prolyles a mené à de nouveaux inhibiteurs allostériques du récepteur de la PGF2α, l'un contenant l'azaglycine et l'autre, l'azaphénylalanine. Cette thèse a ainsi contribué, grâce à la conception et l'application de nouvelles méthodes de synthèse d'aza-peptides, au développement de nouveaux composés à potentiel thérapeutique afin d'inhiber le travail prématuré.

Conception, synthèse et caractérisation de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles pour encapsuler des principes actifs hydrophobes

La vectorisation des médicaments est une approche très prometteuse tant sur le plan médical qu’économique pour la livraison des substances actives ayant une faible biodisponibilité. Dans ce contexte, les polymères en étoile et les dendrimères, macromolécules symétriques et branchées, semblent être les solutions de vectorisation les plus attrayantes. En effet, ces structures peuvent combiner efficacement une stabilité élevée dans les milieux biologiques à une capacité d’encapsulation des principes actifs. Grâce à leur architecture bien définie, ils permettent d’atteindre un très haut niveau de reproductibilité de résultats, tout en évitant le problème de polydispersité. Bien que des nombreuses structures dendritiques aient été proposées ces dernières années, il est cependant à noter que la conception de nouveaux nanovecteurs dendritiques efficaces est toujours d’actualité. Ceci s’explique par des nombreuses raisons telles que celles liées à la biocompatibilité, l’efficacité d’encapsulation des agents thérapeutiques, ainsi que par des raisons économiques. Dans ce projet, de nouvelles macromolécules branchées biocompatibles ont été conçues, synthétisées et évaluées. Pour augmenter leur efficacité en tant qu’agents d’encapsulations des principes actifs hydrophobes, les structures de ces macromolécules incluent un coeur central hydrophobe à base de porphyrine, décanediol ou trioléine modifié et, également, une couche externe hydrophile à base d’acide succinique et de polyéthylène glycol. Le choix des éléments structuraux de futures dendrimères a été basé sur les données de biocompatibilité, les résultats de nos travaux de synthèse préliminaires, ainsi que les résultats de simulation in silico réalisée par une méthode de mécanique moléculaire. Ces travaux ont permis de choisir des composés les plus prometteurs pour former efficacement et d’une manière bien contrôlable des macromolécules polyesters. Ils ont aussi permis d’évaluer au préalable la capacité de futurs dendrimères de capter une molécule médicamenteuse (itraconazole). Durant cette étape, plusieurs nouveaux composés intermédiaires ont été obtenus. L’optimisation des conditions menant à des rendements réactionnels élevés a été réalisée. En se basant sur les travaux préliminaires, l’assemblage de nouveaux dendrimères de première et de deuxième génération a été effectué, en utilisant les approches de synthèse divergente et convergente. La structure de nouveaux composés a été prouvée par les techniques RMN du proton et du carbone 13C, spectroscopie FTIR, UV-Vis, analyse élémentaire, spectrométrie de masse et GPC. La biocompatibilité de produits a été évaluée par les tests de cytotoxicité avec le MTT sur les macrophages murins RAW-262.7. La capacité d’encapsuler les principes actifs hydrophobes a été étudiée par les tests avec l’itraconazole, un antifongique puissant mais peu biodisponible. La taille de nanoparticules formées dans les solutions aqueuses a été mesurée par la technique DLS. Ces mesures ont montré que toutes les structures dendritiques ont tendance à former des micelles, ce qui exclue leurs applications en tant que nanocapsules unimoléculaires. L’activité antifongique des formulations d’itraconazole encapsulé avec les dendrimères a été étudiée sur une espèce d’un champignon pathogène Candida albicans. Ces tests ont permis de conclure que pour assurer l’efficacité du traitement, un meilleur contrôle sur le relargage du principe actif était nécessaire.