Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring.

For many drugs, finding the balance between efficacy and toxicity requires monitoring their concentrations in the patient's blood. Quantifying drug levels at the bedside or at home would have advantages in terms of therapeutic outcome and convenience, but current techniques require the setting of a diagnostic laboratory. We have developed semisynthetic bioluminescent sensors that permit precise measurements of drug concentrations in patient samples by spotting minimal volumes on paper and recording the signal using a simple point-and-shoot camera. Our sensors have a modular design consisting of a protein-based and a synthetic part and can be engineered to selectively recognize a wide range of drugs, including immunosuppressants, antiepileptics, anticancer agents and antiarrhythmics. This low-cost point-of-care method could make therapies safer, increase the convenience of doctors and patients and make therapeutic drug monitoring available in regions with poor infrastructure.

Quality assurance in the 22991 EORTC ROG trial in localized prostate cancer: dummy run and individual case review.

INTRODUCTION: EORTC trial 22991 was designed to evaluate the addition of concomitant and adjuvant short-term hormonal treatments to curative radiotherapy in terms of disease-free survival for patients with intermediate risk localized prostate cancer. In order to assess the compliance to the 3D conformal radiotherapy protocol guidelines, all participating centres were requested to participate in a dummy run procedure. An individual case review was performed for the largest recruiting centres as well. MATERIALS AND METHODS: CT-data of an eligible prostate cancer patient were sent to 30 centres including a description of the clinical case. The investigator was requested to delineate the volumes of interest and to perform treatment planning according to the protocol. Thereafter, the investigators of the 12 most actively recruiting centres were requested to provide data on five randomly selected patients for an individual case review. RESULTS: Volume delineation varied significantly between investigators. Dose constraints for organs at risk (rectum, bladder, hips) were difficult to meet. In the individual case review, no major protocol deviations were observed, but a number of dose reporting problems were documented for centres using IMRT. CONCLUSIONS: Overall, results of this quality assurance program were satisfactory. The efficacy of the combination of a dummy run procedure with an individual case review is confirmed in this study, as none of the evaluated patient files harboured a major protocol deviation. Quality assurance remains a very important tool in radiotherapy to increase the reliability of the trial results. Special attention should be given when designing quality assurance programs for more complex irradiation techniques.

Low-Dose Vascular Photodynamic Therapy Decreases Tumor Interstitial Fluid Pressure, which Promotes Liposomal Doxorubicin Distribution in a Murine Sarcoma Metastasis Model.

INTRODUCTION: Solid tumors are known to have an abnormal vasculature that limits the distribution of chemotherapy. We have recently shown that tumor vessel modulation by low-dose photodynamic therapy (L-PDT) could improve the uptake of macromolecular chemotherapeutic agents such as liposomal doxorubicin (Liporubicin) administered subsequently. However, how this occurs is unknown. Convection, the main mechanism for drug transport between the intravascular and extravascular spaces, is mostly related to interstitial fluid pressure (IFP) and tumor blood flow (TBF). Here, we determined the changes of tumor and surrounding lung IFP and TBF before, during, and after vascular L-PDT. We also evaluated the effect of these changes on the distribution of Liporubicin administered intravenously (IV) in a lung sarcoma metastasis model. MATERIALS AND METHODS: A syngeneic methylcholanthrene-induced sarcoma cell line was implanted subpleurally in the lung of Fischer rats. Tumor/surrounding lung IFP and TBF changes induced by L-PDT were determined using the wick-in-needle technique and laser Doppler flowmetry, respectively. The spatial distribution of Liporubicin in tumor and lung tissues following IV drug administration was then assessed in L-PDT-pretreated animals and controls (no L-PDT) by epifluorescence microscopy. RESULTS: L-PDT significantly decreased tumor but not lung IFP compared to controls (no L-PDT) without affecting TBF. These conditions were associated with a significant improvement in Liporubicin distribution in tumor tissues compared to controls (P < .05). DISCUSSION: L-PDT specifically enhanced convection in blood vessels of tumor but not of normal lung tissue, which was associated with a significant improvement of Liporubicin distribution in tumors compared to controls.

Photodynamic therapy : a pathway for enhanced delivery of liposomal doxorubicin to tumors

Abstract Part I : Background : Isolated lung perfusion (ILP) was designed for the treatment of loco-regional malignancies of the lung. In contrast to intravenous (IV) drug application, ILP allows for a selective administration of cytostatic agents such as doxorubicin to the lung while sparing non-affected tissues. However, the clinical results with ILP were disappointing. Doxorubicinbased ILP on sarcoma rodent lungs suggested high overall doxorubicin concentrations within the perfused lung but a poor penetration of the cytostatic agent into tumors. The same holds true for liposomal-encapsulated macromolecular doxorubicin (LiporubicinTM) In specific conditions, low-dose photodynamic therapy (PDT) can enhance the distribution of macromolecules across the endothelial bamer in solid tumors. It was recently postulated that tumor neovessels were more responsive to PDT than the normal vasculature. We therefore hypothesized that Visudyne®-mediated PDT could selectively increase liposomal doxorubicin (LiporubicinTM) uptake in sarcoma tumors to rodent lungs during intravenous (IV) drug administration and isolated lung perfusion (ILP). Material and Methods : A sarcoma tumor was generated in the left lung of Fisher rats by subpleural injection of a sarcoma cell ,suspension via thoracotomy. Ten days later, LiporubicinTM is administered IV or by single pass antegrade ILP, with or without Visudyne® -mediated low-dose PDT pre-treatment of the sarcoma bearing lung. The drug concentration and distribution were assessed separately in tumors and lung tissues by high pressure liquid chromatography (HPLC) and fluorescence microscopy (FNI~, respectively. Results : PDT pretreatment before IV LiporubicinTM administration resulted in a significantly higher tumor drug uptake and tumor to lung drug ratio compared to IV drug injection alone without affecting the blood flow and drug distribution in the lung. PDT pre-treatment before LiporubicinTM-based ILP also resulted in a higher tumor drug uptake and a higher tumor to lung drug ratio compared to ILP alone, however, these differences were not significant due to a heterogeneous blood flow drug distribution during ILP which was further accentuated by PDT. Conclusions : Low-dose Visudyne®-mediated PDT pre-treatment has the potential to selectively enhance liposomal encapsulated doxorubicin uptake in tumors but not in normal lung tissue after IV drug application in a rat model of sarcoma tumors to the lung which opens new perspectives for the treatment of superficially spreading chemoresistant tumors of the chest cavity such as mesothelioma or malignant effusion. However, the impact of PDT on macromolecular drug uptake during ILP is limited since its therapeutic advantage is circumvented by ILP-induced heterogeneicity of blood flow and drug distribution Abstract Part II Background : Photodynamic therapy (PDT) with Visudyne® acts by direct cellular phototoxicity and/or by an indirect vascular-mediated effect. Here, we demonstrate that the vessel integrity interruption by PDT can promote the extravasation of a macromolecular agent in normal tissue. To obtain extravasation in normal tissue PDT conditions were one order of magnitude more intensive than the ones in tissue containing neovessels reported in the literature. Material and Methods : Fluorescein isothiocyanate dextran (FITC-D, 2000kDa), a macromolecular agent, was intravenously injected 10 minutes before (LKO group, n=14) or 2 hours (LK2 group, n=16) after Visudyne® mediated PDT in nude mice bearing a dorsal skin fold chamber. Control animals had no PDT (CTRL group, n=8). The extravasation of FITC-D from blood vessels in striated muscle tissue was observed in both groups in real-time for up to 2500 seconds after injection. We also monitored PDT-induced leukocyte rolling in-vivo and assessed, by histology, the corresponding inflammatory reaction score in the dorsal skin fold chambers. Results : In all animals, at the applied PDT conditions, FITC-D extravasation was significantly enhanced in the PDT treated areas as compared to the surrounding non-treated areas (p<0.0001). There was no FITC-D leakage in the control animals. Animals from the LKO group had significantly less FITC-D extravasation than those from the LK2 group (p = 0.0002). In the LKO group FITC-D leakage correlated significantly with the inflammation (p < 0.001). Conclusions: At the selected conditions, Visudyne-mediated PDT promotes vascular leakage and FITC-D extravasation into the interstitial space of normal tissue. The intensity of vascular leakage depends on the time interval between PDT and FITC-D injection. This concept could be used to locally modulate the delivery of macromolecules in vivo. Résumé : La perfusion cytostatique isolée du poumon permet une administration sélective des agents cytostatiques sans implication de la circulation systémique avec une forte accumulation au niveau du poumon mais une faible pénétration dans les tumeurs. La thérapie photodynamique (PDT) qui consiste en l'application d'un sensibilisateur activé par lumière laser non- thermique d'une longueur d'onde définie permet dans certaines conditions, une augmentation de la pénétration des agents cytostatiques macromoléculaires à travers la barrière endothéliale tumorale. Nous avons exploré cet avantage thérapeutique de la PDT dans un modèle expérimental afin d'augmenter d'une manière sélective la pénétration tumorale de la doxorubicin pegylée, liposomal- encapsulée macromoléculaire (Liporubicin). Une tumeur sarcomateuse a été générée au niveau du poumon de rongeur suivie d'administration de Liporubicin, soit par voie intraveineuse soit par perfusion isolée du poumon (ILP). Une partie des animaux ont reçus un prétraitement de la tumeur et du poumon sous jacent par PDT avec Visudyne comme photosensibilisateur. Les résultats ont démontrés que la PDT permet, sous certaines conditions, une augmentation sélective de Liporubicin dans les tumeurs mais pas dans le parenchyme pulmonaire sous jacent. Après administration intraveineuse de Liporubicin et prétraitement par PDT, l'accumulation dans les tumeurs était significative par rapport au poumon, et aux tumeurs sans PDT. Le même phénomène est observé après ILP du poumon. Cependant, les différences avec ou sans PDT n'étaient pas significatives lié à und distribution hétérogène de Liporubicin dans le poumon perfusé après ILP. Dans une deuxième partie de l'expérimentation, nous avons exploré la microscopie intra-vitale pour déterminer l'extravasion des substances macromoléculaires (FITS) à travers la barrière endothéliale avec ou sans Visudyne-PDT au niveau des chambres dorsales des souris nues. Les résultats montrent qu'après PDT, l'extravasion de FITS a été augmentée de manière significative par rapport au tissu non traité. L'intensité de l'extravasion de FITS dépendait également de l'intervalle entre PDT et injection de FITS. En conclusion, les expérimentations montrent que la PDT est capable, sous certaines conditions, d'augmenter de manière significative l'extravasion des macromolécules à travers la barrière endothéliale et leur accumulation dans des tumeurs mais pas dans le parenchyme pulmonaire. Ces résultats permettent une nouvelle perspective de traitement pour des tumeurs superficielles intrathoraciques chimio-résistent comme l'épanchement pleural malin ou le mésothéliome pleural.

Five-year evolution of drug prescribing in a university adult intensive care unit

Introduction: Drug prescription is difficult in ICUs as prescribers are many, drugs expensive and decisions complex. In our ICU, specialist clinicians (SC) are entitled to prescribe a list of specific drugs, negotiated with intensive care physicians (ICP). The objective of this investigation was to assess the 5-year evolution of quantity and costs of drug prescription in our adult ICU and identify the relative costs generated by ICP or SC. Methods: Quantities and costs of drugs delivered on a quarterly basis to the adult ICU of our hospital between 2004 and 2008 were extracted from the pharmacy database by ATC code, an international five-level classification system. Within each ATC first level, drugs with either high level of consumption, high costs or large variations in quantities and costs were singled out and split by type of prescriber, ICP or SC. Cost figures used were drug purchase prices by the hospital pharmacy. Results: Over the 5-year period, both quantities and costs of drugs increased, following a nonsteady, nonparallel pattern. Four ATC codes accounted for 80% of both quantities and costs, with ATC code B (blood and haematopoietic organs) amounting to 63% in quantities and 41% in costs, followed by ATC code J (systemic anti-infective, 20% of the costs), ATC code N (nervous system, 11% of the costs) and ATC code C (cardiovascular system, 8% of the costs). Prescription by SC amounted to 1% in drug quantities, but 19% in drug costs. The rate of increase in quantities and costs was seven times larger for ICP than for SC (Figure 1 overleaf ). Some peak values in costs and quantities were related to a very limited number of patients. Conclusions: A 5-year increase in quantities and costs of drug prescription in an ICU is a matter of concern. Rather unexpectedly, total costs and cost increases were generated mainly by ICP. A careful follow-up is necessary to try influencing this evolution through an institutional policy co-opted by all professional categories involved in the process.

Potentiel des liposomes pour l'injection intravitréenne de molécules thérapeutiques [Potential of liposomes for the intravitreal injection of therapeutic molecules].

Intravitreal administration has been widely used since 20 years and has been shown to improve the treatment of diseases of the posterior segment of the eye with infectious origin or in edematous maculopathies. This route of administration allows to achieve high concentration of drug in the vitreous and avoids the problems resulting from systemic administration. However, two basic problems limit the use of intravitreal therapy. Many drugs are rapidly cleared from the vitreous humor; therefore, to reach and to maintain effective therapy repeated injections are necessary. Repeated intravitreal injections increase the risk of endophthalmitis, damage to lens, retinal detachment. Moreover, some drugs provoke a local toxicity at their effective dose inducing side-effects and possible retinal lesions. In this context, the development and the use of new drug delivery systems for intravitreal administration are necessary to treat chronic ocular diseases. Among them, particulate systems such as liposomes have been widely studied. Liposomes are easily injectable and permit to reduce the toxicity and to increase the residence time of several drugs in the eye. They are also able to protect in vivo poorly-stable molecules from degradation such as peptides and nucleic acids. Some promising results have been obtained for the treatment of retinitis induced by cytomegalovirus in human and more recently for the treatment of uveitis in animal. Finally, the fate of liposomes in ocular tissues and fluids after their injection into the vitreous and their elimination routes begin to be more known.

Effects of the naturally occurring food mycotoxin ochratoxin A on brain cells in culture.

The potential of ochratoxin A (OTA) to damage brain cells was studied by using a three-dimensional cell culture system as model for the developing brain. Aggregating cell cultures of foetal rat telencephalon were tested either during an early developmental period, or during a phase of advanced maturation, over a wide range of OTA concentrations (0.4 nM to 50 microM). By monitoring changes in activities of cell type-specific enzymes (ChAt and GAD, for cholinergic and GABAergic neurones, respectively, GS for astrocytes and CNP for oligodendrocytes), the concentration-dependent toxicity and neurodevelopmental effects of OTA were determined. OTA proved to be highly toxic, since a 10-day treatment at 50 nM caused a general cytotoxicity in both mature and immature cultures. At 10 nM of OTA, cell type-specific effects were observed: in immature cultures, a loss in neuronal and oligodendroglial enzyme activities, and an increase in the activity of the astroglial marker glutamine synthetase were found, Furthermore, at 2 and 10 nM of OTA, a clustering of microglial cells was observed. In mature cultures, OTA was somewhat less potent, but caused a similar pattern of toxic effects. A 24 h-treatment with OTA resulted in a concentration-dependent decrease in protein synthesis, with IC50 values of 25 nM and 33 nM for immature and mature cultures respectively. Acute (24 h) treatment at high OTA concentrations (10 to 50 microM) caused a significant increase in reactive oxygen species formation, as measured by the intracellular oxidation of 2',7'-dichlorofluorescin. These results suggest that OTA has the potential to be a potent toxicant to brain cells, and that its effects at nanomolar concentrations are primarily due to the inhibition of protein synthesis, whereas ROS seem not to be involved in the toxicity mediated by a chronic exposure to OTA at such low concentrations.

Transient stimulation of glucose metabolism by insulin in the 1-day chick embryo.

Effects of insulin upon glucose metabolism were investigated in chick embryos explanted in vitro during the first 30 h of incubation. Insulin stimulated the glucose consumption of the chick gastrula (18 h) and neurula (24 h), but had no effect on the late blastula (0 h:laying) and on the stage of six to eight somites (30 h). The increase in glucose consumption concerned both the embryonic area pellucida (AP) and extraembryonic area opaca (AO). AP responded to a greater extent (50%) and at a lower range of concentrations (0.1-1.0 ng/ml) than AO (30%; 1-100 ng/ml). Insulin had no effect on the oxygen consumption of blastoderms, whereas it stimulated the aerobic lactate production (approximately 70% of the additional glucose consumption was converted to lactate). The nanomolar range of stimulating concentrations suggests that insulin has a specific effect in the chick embryo, and that it could modulate glucose metabolism in ovo as well. The transient sensitivity of the embryo to insulin is discussed in relation to behavior of mesodermal cells.

Correlations between imatinib pharmacokinetics, pharmacodynamics, adherence, and clinical response in advanced metastatic gastrointestinal stromal tumor (GIST): An emerging role for drug blood level testing?

Imatinib is the standard of care for patients with advanced metastatic gastrointestinal stromal tumors (GIST), and is also approved for adjuvant treatment in patients at substantial risk of relapse. Studies have shown that maximizing benefit from imatinib depends on long-term administration at recommended doses. Pharmacokinetic (PK) and pharmacodynamic factors, adherence, and drug-drug interactions can affect exposure to imatinib and impact clinical outcomes. This article reviews the relevance of these factors to imatinib's clinical activity and response in the context of what has been demonstrated in chronic myelogenous leukemia (CML), and in light of new data correlating imatinib exposure to response in patients with GIST. Because of the wide inter-patient variability in drug exposure with imatinib in both CML and GIST, blood level testing (BLT) may play a role in investigating instances of suboptimal response, unusually severe toxicities, drug-drug interactions, and suspected non-adherence. Published clinical data in CML and in GIST were considered, including data from a PK substudy of the B2222 trial correlating imatinib blood levels with clinical responses in patients with GIST. Imatinib trough plasma levels <1100ng/mL were associated with lower rates of objective response and faster development of progressive disease in patients with GIST. These findings have been supported by other analyses correlating free imatinib (unbound) levels with response. These results suggest a future application for imatinib BLT in predicting and optimizing therapeutic response. Nevertheless, early estimates of threshold imatinib blood levels must be confirmed prospectively in future studies and elaborated for different patient subgroups.

Pediatric drug-related problems: a multicenter study in four French-speaking countries.

BACKGROUND: Pediatric intensive care patients represent a population at high risk for drug-related problems. There are few studies that compare the activity of clinical pharmacists between countries. OBJECTIVE: To describe the drug-related problems identified and interventions by four pharmacists in a pediatric cardiac and intensive care unit. SETTING: Four pediatric centers in France, Quebec, Switzerland and Belgium. METHOD: This was a six-month multicenter, descriptive and prospective study conducted from August 1, 2009 to January 31, 2010. Drug-related problems and clinical interventions were compiled from four pediatric centers in France, Quebec, Switzerland and Belgium. Data on patients, drugs, intervention, documentation, approval and estimated impact were compiled. MAIN OUTCOME MEASURE: Number and type of drug-related problems encountered in a large pediatric inpatient population. RESULTS: A total of 996 interventions were recorded: 238 (24 %) in France, 278 (28 %) in Quebec, 351 (35 %) in Switzerland and 129 (13 %) in Belgium. These interventions targeted 270 patients (median 21 months old, 53 % male): 88 (33 %) in France, 56 (21 %) in Quebec, 57 (21 %) in Switzerland and 69 (26 %) in Belgium. The main drug-related problems were inappropriate administration technique (29 %), untreated indication (25 %) and supra-therapeutic dose (11 %). The pharmacists' interventions were mostly optimizing the mode of administration (22 %), dose adjustment (20 %) and therapeutic monitoring (16 %). The two major drug classes that led to interventions were anti-infectives for systemic use (23 %) and digestive system and metabolism drugs (22 %). Interventions mainly involved residents and all clinical staff (21 %). Among the 878 (88 %) proposed interventions requiring physician approval, 860 (98 %) were accepted. CONCLUSION: This descriptive study illustrates drug-related problems and the ability of clinical pharmacists to identify and resolve them in pediatric intensive care units in four French-speaking countries.

Developmental differences in locomotor responsiveness to amphetamine in rats

The developmental remodelling of motivational systems that underlie drug dependence and addiction may account for the greater frequency and severity of drug abuse in adolescence compared to adulthood. Recent advances in animal models have begun to identify the morphological and the molecular factors that are being remodelled, but little is known about the culmination of these factors in altered sensitivity to psycho stimulant drugs, like amphetamine, in adolescence. Amphetamine induces potent locomotor activating effects in rodents through increased dopamine release in the mesocorticolimbic dopamine system, which makes locomotor activity a useful behavioural marker of age differences in amphetamine sensitivity. The aim of the thesis was to investigate the neural basis for age differences in amphetamine sensitivity with a focus on the nucleus accumbens and the medial prefrontal cortex, which initiate and regulate amphetamine-induced locomotor activity, respectively. In study 1, I found pre- and post- pubertal adolescent rats to be less active (i.e., hypoactive) than adults to a first injection of 0.5, but not of 1.5, mg/kg of intraperitonealy (i.p.) administered amphetamine. Although initially hypoactive, only adolescent rats exhibited an increase in activity to a second injection of amphetamine given 24 h later, indicating that adolescents may be more sensitive to the rapid changes in amphetamineinduced plasticity than adults. Given that the locomotor activating effects of amphetamine are initiated in the nucleus accumbens, age differences in response to direct injections of amphetamine into this brain region were investigated in study 2. In contrast to i.p. injections, adolescents were more active than adults when amphetamine was given directly into the nucleus accumbens, indicating that hypo activity may be attributed to the development of regulatory regions outside of the accumbens. The medial prefrontal cortex (mPFC) is a key regulator of the locomotor activating effects of amphetamine that undergoes extensive remodelling in adolescence. In study 3, I found that an i.p. injection of 1.5, and not of 0.5, mg/kg of amphetamine resulted in a high expression of c-fos, a marker of neural activation, in the pre limbic mPFC only in pre-pubertal adolescent rats. This finding suggests that the ability of adolescent rats to overcome hypo activity at the 1.5 mg/kg dose may involve greater activation of the prelimbic mPFC compared to adulthood. In support of this hypothesis, I found that pharmacological inhibition of prelimbic D 1 dopamine receptors disrupted the locomotor activating effects of the 1.5 mg/kg dose of amphetamine to a greater extent in adolescent than in adult rats. In addition, the stimulation of prelimbic D 1 dopamine receptors potentiated locomotor activity at the 0.5 mg/kg dose of amphetamine only in adolescent rats, indicating that the prelimbic D1 dopamine receptors are involved in overcoming locomotor hypoactivity during adolescence. Given my finding that the locomotor activating effects of amphetamine rely on slightly different mechanisms in adolescence than in adulthood, study 4 was designed to determine whether the lasting consequences of drug use would also differ with age. A short period of pre-treatment with 0.5 mg/kg of amphetamine in adolescence, but not in adulthood, resulted in heightened sensitivity to an injection of amphetamine given 30 days after the start of the procedure, when adolescent rats had reached adulthood. The finding of an age-specific increase in amphetamine sensitivity is consistent with evidence for increased risk for addiction when drug use is initiated in adolescence compared to adulthood in people (Merline et aI., 2002), and with the hypothesis that adolescence is a sensitive period of development.

Validation des modèles de pharmacologie de sécurité et évaluation de la valeur thérapeutique de l'oxytocine dans le traitement de l'infarctus du myocarde

En février, 2009 un rapport de PHRMA (Pharmaceutical Research and Manufacturers of America) confirmait que plus de 300 médicaments pour le traitement des maladies cardiaques étaient en phase d’essais cliniques ou en révision par les agences règlementaires. Malgré cette abondance de nouvelles thérapies cardiovasculaires, le nombre de nouveaux médicaments approuvés chaque année (toutes indications confondues) est en déclin avec seulement 17 et 24 nouveaux médicaments approuvés en 2007 et 2008, respectivement. Seulement 1 médicament sur 5000 sera approuvé après 10 à 15 ans de développement au coût moyen de 800 millions $. De nombreuses initiatives ont été lancées par les agences règlementaires afin d’augmenter le taux de succès lors du développement des nouveaux médicaments mais les résultats tardent. Cette stagnation est attribuée au manque d’efficacité du nouveau médicament dans bien des cas mais les évaluations d’innocuité remportent la palme des causes d’arrêt de développement. Primum non nocere, la maxime d’Hippocrate, père de la médecine, demeure d’actualité en développement préclinique et clinique des médicaments. Environ 3% des médicaments approuvés au cours des 20 dernières années ont, par la suite, été retirés du marché suite à l’identification d’effets adverses. Les effets adverses cardiovasculaires représentent la plus fréquente cause d’arrêt de développement ou de retrait de médicament (27%) suivi par les effets sur le système nerveux. Après avoir défini le contexte des évaluations de pharmacologie de sécurité et l’utilisation des bio-marqueurs, nous avons validé des modèles d’évaluation de l’innocuité des nouveaux médicaments sur les systèmes cardiovasculaires, respiratoires et nerveux. Évoluant parmi les contraintes et les défis des programmes de développements des médicaments, nous avons évalué l’efficacité et l’innocuité de l’oxytocine (OT), un peptide endogène à des fins thérapeutiques. L’OT, une hormone historiquement associée à la reproduction, a démontré la capacité d’induire la différentiation in vitro de lignées cellulaires (P19) mais aussi de cellules souches embryonnaires en cardiomyocytes battants. Ces observations nous ont amené à considérer l’utilisation de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Afin d’arriver à cet objectif ultime, nous avons d’abord évalué la pharmacocinétique de l’OT dans un modèle de rat anesthésié. Ces études ont mis en évidence des caractéristiques uniques de l’OT dont une courte demi-vie et un profil pharmacocinétique non-linéaire en relation avec la dose administrée. Ensuite, nous avons évalué les effets cardiovasculaires de l’OT sur des animaux sains de différentes espèces. En recherche préclinique, l’utilisation de plusieurs espèces ainsi que de différents états (conscients et anesthésiés) est reconnue comme étant une des meilleures approches afin d’accroître la valeur prédictive des résultats obtenus chez les animaux à la réponse chez l’humain. Des modèles de rats anesthésiés et éveillés, de chiens anesthésiés et éveillés et de singes éveillés avec suivi cardiovasculaire par télémétrie ont été utilisés. L’OT s’est avéré être un agent ayant d’importants effets hémodynamiques présentant une réponse variable selon l’état (anesthésié ou éveillé), la dose, le mode d’administration (bolus ou infusion) et l’espèce utilisée. Ces études nous ont permis d’établir les doses et régimes de traitement n’ayant pas d’effets cardiovasculaires adverses et pouvant être utilisées dans le cadre des études d’efficacité subséquentes. Un modèle porcin d’infarctus du myocarde avec reperfusion a été utilisé afin d’évaluer les effets de l’OT dans le traitement de l’infarctus du myocarde. Dans le cadre d’un projet pilote, l’infusion continue d’OT initiée immédiatement au moment de la reperfusion coronarienne a induit des effets cardiovasculaires adverses chez tous les animaux traités incluant une réduction de la fraction de raccourcissement ventriculaire gauche et une aggravation de la cardiomyopathie dilatée suite à l’infarctus. Considérant ces observations, l’approche thérapeutique fût révisée afin d’éviter le traitement pendant la période d’inflammation aigüe considérée maximale autour du 3ième jour suite à l’ischémie. Lorsqu’initié 8 jours après l’ischémie myocardique, l’infusion d’OT a engendré des effets adverses chez les animaux ayant des niveaux endogènes d’OT élevés. Par ailleurs, aucun effet adverse (amélioration non-significative) ne fût observé chez les animaux ayant un faible niveau endogène d’OT. Chez les animaux du groupe placebo, une tendance à observer une meilleure récupération chez ceux ayant des niveaux endogènes initiaux élevés fût notée. Bien que la taille de la zone ischémique à risque soit comparable à celle rencontrée chez les patients atteints d’infarctus, l’utilisation d’animaux juvéniles et l’absence de maladies coronariennes sont des limitations importantes du modèle porcin utilisé. Le potentiel de l’OT pour le traitement de l’infarctus du myocarde demeure mais nos résultats suggèrent qu’une administration systémique à titre de thérapie de remplacement de l’OT devrait être considérée en fonction du niveau endogène. De plus amples évaluations de la sécurité du traitement avec l’OT dans des modèles animaux d’infarctus du myocarde seront nécessaires avant de considérer l’utilisation d’OT dans une population de patients atteint d’un infarctus du myocarde. En contre partie, les niveaux endogènes d’OT pourraient posséder une valeur pronostique et des études cliniques à cet égard pourraient être d’intérêt.

Effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’oxaliplatine administrée par voie intrapéritonéale chez l’animal

Depuis 20 ans, certains patients porteurs d’une carcinose péritonéale sont traités par une chirurgie de cytoréduction combinée avec une chimiohyperthermie intrapéritonéale (CHIP). Bien que l’oxaliplatine (OX) soit couramment utilisée lors de CHIP, une telle utilisation chez l’humain n’est supportée que par des études de phase II et il n’y a pas d’études précliniques caractérisant les propriétés de l’OX dans le contexte d’administration intrapéritonéale. L’objectif de ce projet de maîtrise est d’étudier l’effet de la température sur l’absorption tissulaire et systémique de l’OX administrée par voie intrapéritonéale chez le rat. Nous avons procédé à une perfusion intrapéritonéale de 3 différentes doses d’OX à 3 différentes températures pendant 25 minutes chez une total 35 rats Sprague-Dawley, puis effectué le dosage des concentrations d’OX dans différents compartiments. Nous avons observé une augmentation linéaire (p<0,05) entre la dose d’OX administrée et sa concentration dans tous les compartiments (péritoine, mésentère, sang portal et systémique). De plus, avec l’augmentation de la température de perfusion, nous avons observé une augmentation de la concentration d’OX dans le péritoine mais une diminution de sa concentration dans les compartiments systémique et portal (p<0,05). Ces résultats démontrent donc que la dose et l’hyperthermie augmentent indépendamment la pénétration tissulaire de l’OX et que l’hyperthermie limite son absorption systémique. Ces observations suggèrent que l’hyperthermie pourrait réduire la toxicité systémique de l’OX. Pour connaître la cinétique de l’OX, des études subséquentes doivent être faites.

La PCSK9 humaine, une molécule aux multiples facettes métaboliques et une cible thérapeutique prometteuse : études de régulation in vitro et in vivo

La proprotéine convertase subtilisine/kexine-9 (PCSK9) a été identifiée comme le troisième locus impliqué dans l’hypercholestérolémie autosome dominante (ADH). Les deux autres gènes impliqués dans l’ADH encodent le récepteur des lipoprotéines de faible densité (LDLR) et l’apolipoprotéine B. La PCSK9 est une convertase qui favorise la dégradation du LDLR dans les hépatocytes et augmente le niveau plasmatique de cholestérol des LDL (LDL-C). Les mutations « gain de fonction » de la PCSK9 sont associées à un phénotype d’hypercholestérolémie familiale, tandis que les variantes « perte de fonction » sont associées à un LDL-C réduit et à un risque coronarien plus faible. Pour élucider le rôle physiologique de la PCSK9, nous avons étudié sa régulation génique. En utilisant le RT-PCR quantitatif dans des hépatocytes humains, nous avons analysé la régulation de PCSK9 sous différentes conditions modulant l’expression des gènes impliqués dans le métabolisme du cholestérol. Nous avons démontré que l’expression de la PCSK9 était induite par les statines de manière dose-dépendante et que cette induction était abolie par le mévalonate. De plus, le promoteur de PCSK9 contenait deux motifs conservés pour la régulation par le cholestérol : le sterol regulatory element (SRE) et un site Sp1. La PCSK9 circule dans le plasma sous des formes mature et clivée par la furine. Grâce à notre anticorps polyclonal, nous avons mis au point un test ELISA mesurant la PCSK9 plasmatique totale. Une étude transversale a évalué les concentrations plasmatiques de PCSK9 chez des sujets sains et hypercholestérolémiques, traités ou non par des statines ou une combinaison statine/ezetimibe. Chez 254 sujets sains, la valeur moyenne de PCSK9 (écart-type) était de 89,5 (31,9) µg/L. La concentration plasmatique de la PCSK9 corrélait avec celle de cholestérol total, du LDL-C, des triglycérides (TG), de la glycémie à jeun, l’âge et l’indice de masse corporelle. Le séquençage de PCSK9 chez des sujets aux extrêmes de la distribution des concentrations de PCSK9 de notre cohorte a révélé la présence d’une nouvelle variation « perte de fonction » : R434W. Chez 200 patients hypercholestérolémiques, la concentration de PCSK9 était plus élevée que chez les sujets sains (P<0,04). Elle a augmenté avec une dose croissante de statine (P<0,001), et a augmenté encore plus suite à l’ajout d’ezetimibe (P<0,001). Chez les patients traités, ceux présentant une hypercholestérolémie familiale (HF; due à une mutation du LDLR) avaient des concentrations plus élevées de PCSK9 que les non-HF (P<0,005), et la réduction de LDL-C corrélait positivement avec la concentration de PCSK9 atteinte de la même manière dans les deux sous-catégories (P<0,02 et P<0,005, respectivement). Par ailleurs, une incubation des cellules HepG2 (hépatocytes) et Caco-2 (entérocytes) avec de l’ezetimibe a provoqué une augmentation de l’ARNm de PCSK9 et de NPC1L1 de 1,5 à 2 fois (P<0,05), mais aucune variation significative de PCSK9 sécrétée n’a été observée, suggérant que ces lignées cellulaires ne sont pas un modèle idéal. Nous avons également mesuré le niveau de PCSK9 chez 1 739 Canadiens-français âgés de 9, 13 et 16 ans. La valeur moyenne (écart-type) de PCSK9 dans cette cohorte était de 84,7 (24,7) µg/L, légèrement plus basse que dans la cohorte d’adultes (89,5 (31,9) µg/L). Chez les garçons, la PCSK9 circulante diminuait avec l’âge, tandis que c’était l’inverse chez les filles. Il y avait des associations positives et significatives entre la PCSK9 et la glycémie à jeun, l’insulinémie, le HOMA-IR, et les paramètres lipidiques (TC, LDL-C, TG, HDL-C, apoAI et apoB). Dans l’analyse multivariée, une hausse de 10% de l’insulinémie à jeun était associée à une augmentation de 1 à 2% de PCSK9. La régulation de PCSK9 est typique de celle d’un gène impliqué dans le métabolisme des lipoprotéines et est probablement la cible du facteur de transcription «sterol regulatory element-binding protein » (SREBP-2). La concentration plasmatique de la PCSK9 est associée avec l’âge, le sexe, et de multiples marqueurs métaboliques chez les enfants et les adultes. La détection de la PCSK9 circulante chez les sujets HF et non-HF signifie que ce test ELISA spécifique à PCSK9 pourrait servir à suivre la réponse à la thérapie chez un grand éventail de sujets. PCSK9 semble être une cible thérapeutique prometteuse dans le traitement de l’hypercholestérolémie et de la maladie cardiovasculaire.

Le risque de mortalité périnatale associé à l’asthme et à l’utilisation de corticostéroïdes inhalés pendant la grossesse

L’asthme maternel complique environ 3,4% à 12,4% des grossesses dans les pays développés ce qui en fait une des maladies chroniques les plus fréquentes pouvant engendrer de sérieux problèmes médicaux chez la mère et le fœtus. D’autre part, un taux relativement important de femmes enceintes, soit 4 à 7%, utilisent des médicaments anti-asthmatiques. La mortinaissance, la mortalité néonatale et/ou la mortalité périnatale sont les issues de grossesses les plus dramatiques pour l’enfant et la famille. Toutefois, l’effet de l’asthme et de l’utilisation des corticostéroïdes inhalés (CSI) pendant la grossesse sur ces complications a été inadéquatement évalué. La majorité des études qui ont évalué ces associations souffraient d’un manque de puissance statistique et/ou d’une absence ou d’un ajustement inadéquat pour les variables potentiellement confondantes. Les travaux présentés dans cette thèse ont donc pour objectif d’évaluer le risque de mortalité périnatale chez les femmes asthmatiques comparativement aux femmes non- asthmatiques. Cette thèse vise également à évaluer si les femmes asthmatiques exposées aux CSI courent plus de risque de mortalité périnatale que les femmes asthmatiques non exposées et si le risque de mortalité périnatale varie en fonction de la dose quotidienne de CSI utilisée par la mère pendant la grossesse. À l’aide du croisement de trois bases de données administratives du Québec, une large cohorte de femmes asthmatiques et non-asthmatiques qui ont eu au moins une grossesse entre 1990 et 2002 a été construite (n=41 142). À partir de cette cohorte, deux cohortes de grossesses ont été constituées. Les deux premières études présentées dans cette thèse sont basées sur toute la cohorte alors que la dernière étude est basée uniquement sur les grossesses de femmes asthmatiques. Une étude de cohorte a d’abord été réalisée afin d’évaluer l’effet de l’asthme maternel sur le risque de mortalité périnatale permettant l’ajustement pour les variables provenant des bases de données administratives. Afin de mieux estimer le risque de mortalité périnatale chez les femmes asthmatiques une étude de cohorte comprenant deux phases d’échantillonnage a ensuite été réalisée à l’aide d’informations additionnelles sur le tabagisme, l’utilisation de drogue illicite et l’histoire de mortinaissances, colligées à partir du dossier médical de la mère. Finalement, le risque de mortalité périnatale chez les femmes asthmatiques qui ont utilisé des CSI pendant la grossesse et le risque de mortalité périnatale en fonction de la dose moyenne quotidienne de CSI consommée par la mère pendant la grossesse ont été investigués à l’aide d’une étude de cohorte à deux phases d’échantillonnage chez les femmes asthmatiques uniquement. Nous avons premièrement observé que l’asthme pendant la grossesse pourrait augmenter le risque de mortalité périnatale due à l’augmentation du risque de bébés de petits poids et de bébés prématurés chez les femmes asthmatiques (OR=1,30; IC 95%: 1,05-1,57). Toutefois, après avoir ajusté pour le tabagisme pendant la grossesse, le risque relatif de mortalité périnatale a diminué à 12% et l’association n’est pas demeurée statistiquement significative (OR= 1,12; IC 95%: 0,87-1,45). Finalement, l’utilisation de CSI pendant la grossesse, lorsque la dose n’a pas été considérée, n’a pas été associé à une augmentation significative du risque de mortalité périnatale (OR= 1,07; IC 95% : 0,70-1,61) et un effet protecteur non-significatif de l’utilisation de doses de CSI de 250 ug ou moins par jour a été observé (OR=0,89; IC 95%: 0,55 -1,44). Toutefois, les femmes qui ont pris des doses >250 ug/jour avaient un risque accru de mortalité périnatale de 52%, mais cette association n’était pas statistiquement significative (OR=1,52; IC 95%: 0,62-3,76). Cette augmentation du risque pourrait toutefois résulter d’un ajustement imparfait pour la sévérité et le contrôle de l’asthme (les femmes asthmatiques qui ont utlisé >250 ug/jour sont susceptibles d’avoir un asthme plus sévère ou inadéquatement maîtrisé). Les conclusions de nos travaux qui sont plutôt rassurantes pourront contribuer à une meilleure prise en charge des femmes enceintes asthmatiques, à aider les médecins dans la prescription de CSI pendant la grossesse et à rassurer les femmes enceintes souffrant d’asthme et les femmes enceintes qui doivent utiliser des CSI. Toutefois, des études supplémentaires sont nécessaires afin de pouvoir conclure que l’utilisation de doses plus élevées de CSI (>250 ug/jour) pendant la grossesse sont sécuritaires.