Improving the use of G-CSF during chemotherapy using physiological mathematical modelling : a quantitative systems pharmacology approach

La diminution des doses administrées ou même la cessation complète d'un traitement chimiothérapeutique est souvent la conséquence de la réduction du nombre de neutrophiles, qui sont les globules blancs les plus fréquents dans le sang. Cette réduction dans le nombre absolu des neutrophiles, aussi connue sous le nom de myélosuppression, est précipitée par les effets létaux non spécifiques des médicaments anti-cancéreux, qui, parallèlement à leur effet thérapeutique, produisent aussi des effets toxiques sur les cellules saines. Dans le but d'atténuer cet impact myélosuppresseur, on administre aux patients un facteur de stimulation des colonies de granulocytes recombinant humain (rhG-CSF), une forme exogène du G-CSF, l'hormone responsable de la stimulation de la production des neutrophiles et de leurs libération dans la circulation sanguine. Bien que les bienfaits d'un traitement prophylactique avec le G-CSF pendant la chimiothérapie soient bien établis, les protocoles d'administration demeurent mal définis et sont fréquemment déterminés ad libitum par les cliniciens. Avec l'optique d'améliorer le dosage thérapeutique et rationaliser l'utilisation du rhG-CSF pendant le traitement chimiothérapeutique, nous avons développé un modèle physiologique du processus de granulopoïèse, qui incorpore les connaissances actuelles de pointe relatives à la production des neutrophiles des cellules souches hématopoïétiques dans la moelle osseuse. À ce modèle physiologique, nous avons intégré des modèles pharmacocinétiques/pharmacodynamiques (PK/PD) de deux médicaments: le PM00104 (Zalypsis®), un médicament anti-cancéreux, et le rhG-CSF (filgrastim). En se servant des principes fondamentaux sous-jacents à la physiologie, nous avons estimé les paramètres de manière exhaustive sans devoir recourir à l'ajustement des données, ce qui nous a permis de prédire des données cliniques provenant de 172 patients soumis au protocol CHOP14 (6 cycles de chimiothérapie avec une période de 14 jours où l'administration du rhG-CSF se fait du jour 4 au jour 13 post-chimiothérapie). En utilisant ce modèle physio-PK/PD, nous avons démontré que le nombre d'administrations du rhG-CSF pourrait être réduit de dix (pratique actuelle) à quatre ou même trois administrations, à condition de retarder le début du traitement prophylactique par le rhG-CSF. Dans un souci d'applicabilité clinique de notre approche de modélisation, nous avons investigué l'impact de la variabilité PK présente dans une population de patients, sur les prédictions du modèle, en intégrant des modèles PK de population (Pop-PK) des deux médicaments. En considérant des cohortes de 500 patients in silico pour chacun des cinq scénarios de variabilité plausibles et en utilisant trois marqueurs cliniques, soient le temps au nadir des neutrophiles, la valeur du nadir, ainsi que l'aire sous la courbe concentration-effet, nous avons établi qu'il n'y avait aucune différence significative dans les prédictions du modèle entre le patient-type et la population. Ceci démontre la robustesse de l'approche que nous avons développée et qui s'apparente à une approche de pharmacologie quantitative des systèmes (QSP). Motivés par l'utilisation du rhG-CSF dans le traitement d'autres maladies, comme des pathologies périodiques telles que la neutropénie cyclique, nous avons ensuite soumis l'étude du modèle au contexte des maladies dynamiques. En mettant en évidence la non validité du paradigme de la rétroaction des cytokines pour l'administration exogène des mimétiques du G-CSF, nous avons développé un modèle physiologique PK/PD novateur comprenant les concentrations libres et liées du G-CSF. Ce nouveau modèle PK a aussi nécessité des changements dans le modèle PD puisqu’il nous a permis de retracer les concentrations du G-CSF lié aux neutrophiles. Nous avons démontré que l'hypothèse sous-jacente de l'équilibre entre la concentration libre et liée, selon la loi d'action de masse, n'est plus valide pour le G-CSF aux concentrations endogènes et mènerait en fait à la surestimation de la clairance rénale du médicament. En procédant ainsi, nous avons réussi à reproduire des données cliniques obtenues dans diverses conditions (l'administration exogène du G-CSF, l'administration du PM00104, CHOP14). Nous avons aussi fourni une explication logique des mécanismes responsables de la réponse physiologique aux deux médicaments. Finalement, afin de mettre en exergue l’approche intégrative en pharmacologie adoptée dans cette thèse, nous avons démontré sa valeur inestimable pour la mise en lumière et la reconstruction des systèmes vivants complexes, en faisant le parallèle avec d’autres disciplines scientifiques telles que la paléontologie et la forensique, où une approche semblable a largement fait ses preuves. Nous avons aussi discuté du potentiel de la pharmacologie quantitative des systèmes appliquées au développement du médicament et à la médecine translationnelle, en se servant du modèle physio-PK/PD que nous avons mis au point.

Influence de l'inflammation sur le métabolisme catalysé par les cytochromes P450 chez le rat : approches in vitro et implications sur la pharmacocinétique d'agonistes delta

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Hydrophobically-modified hydroxypropyl celluloses : synthesis and self-assembly in water

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Effet du sérum urémique humain sur le cytochrome P450 hépatique

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation de l'activité phénotypique des Isoenzymes du cytochrome P450 chez des patients avec maladie du foie

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle de l'hormone parathyroïdienne dans l'inhibition du cytochrome P450 hépatique chez le rat souffrant d'insuffisance rénale chronique

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Caractérisation d'un organogel à base d'un dérivé amphiphile de la L-alanine

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Development and characterization of long-circulating emulsions to target solid tumors

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mise au point de micelles polymères pour la formulation d'agents anticancéreux hydrophobes

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

De l'utilisation des copolymères d'acide méthacrylique dans le transport intracellulaire des oligonucléotides antisens

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Rôle du médicament dans les revisites à l'urgence chez des patients se présentant à l'urgence de l'Institut de Cardiologie de Montréal

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Implications de l’hétérogénéité comportementale et biologique pour la vaccination contre les virus du papillome humain au niveau de la population : modélisation mathématique, revue systématique et méta-analyse

Objectifs : Dans plusieurs pays la couverture vaccinale contre les virus du papillome humain (VPH) est associée aux déterminants sociaux des comportements sexuels et la participation au dépistage du cancer du col utérin. Ces vaccins protègent uniquement contre certains types de VPH, donc leur impact futur sur les VPH nonvaccinaux demeure incertain. L’hétérogénéité comportementale entre individus et biologique entre types de VPH affectera l’efficacité populationnelle de la vaccination contre les VPH. Les objectifs spécifiques de cette thèse étaient 1) de modéliser comment une couverture vaccinale inégale entre filles préadolescentes qui différeront selon leur activité sexuelle et leur participation au dépistage du cancer du col affectera l’efficacité populationnelle de la vaccination, 2) faire une synthèse et comparer les estimés d’efficacité croisée des vaccins contre les VPH dans des populations ADN-négatives aux VPH et 3) d’identifier, avec la modélisation, les devis d’étude épidémiologique qui réduisent les biais dans l’estimation des interactions biologiques entre types de VPH. Méthode : Nous avons utilisé des modèles de transmission dynamique et une revue systématique de la littérature pour répondre aux objectifs. 1) Nous avons modélisé une couverture vaccinale inégale entre filles qui différeront selon leur activité sexuelle et leur participation au dépistage, et examiné les changements postvaccination dans l’inégalité dans la prévalence des VPH et l’incidence des carcinomes malpighien (SCC) du col de l’utérus entre femmes ayant différents comportements. 2) Nous avons effectué une revue systématique et méta-analyse des efficacités croisées des vaccins contre les VPH estimées dans des populations ADNnégatives aux VPH. 3) Nous avons développé des modèles de transmission dynamique et d’interaction de deux types de VPH pour simuler les études épidémiologiques d’interactions entre les VPH. Résultats : Pour l’objectif 1), notre modèle de transmission prédit que l’efficacité populationnelle du vaccin dépendra de la distribution du vaccin dans la population. Après la vaccination, les inégalités absolues dans l’incidence de l’infection et des SCC entre groupes de femmes qui diffèrent selon leur activité sexuelle et leur participation au dépistage devraient diminuer. Inversement, les inégalités relatives pourraient augmenter si les femmes plus sexuellement actives et celles qui ne se font jamais dépister ont une couverture vaccinale moins élevée que les autres. Le taux d’incidence des SCC demeurera élevé chez les femmes qui ne sont jamais dépistées après la vaccination. L’efficacité croisée vaccinale et les interactions biologiques entre VPH ne sont pas encore assez bien caractérisées pour pouvoir prédire l’impact du vaccin sur les types de VPH nonvaccinaux. Pour l’objectif 2), notre méta-analyse des essais cliniques des vaccins suggère que le vaccin bivalent a une efficacité croisée significativement plus élevée que le quadrivalent contre les infections persistantes et lésions précancéreuses avec les VPH-31, 33 et 45. Les essais cliniques plus longs estiment une efficacité croisée plus faible. La modélisation des études épidémiologiques d’interactions pour l’objectif 3) montre que l’estimation des interactions biologiques entre types de VPH dans les études épidémiologiques est systématiquement biaisée par la corrélation entre le temps à risque d’infection avec un type de VPH et le temps à risque d’infection avec d’autres types de VPH. L’ajustement pour des marqueurs d’activité sexuelle ne réussit pas à contrôler ce biais. Une mesure valide des interactions biologiques entre types de VPH peut être obtenue uniquement avec des études épidémiologiques prospectives qui restreignent les analyses à des individus susceptibles ayant des partenaires sexuels infectés. Conclusion : L’hétérogénéité comportementale entre individus et l’hétérogénéité biologique entre VPH affecteront l’efficacité populationnelle du vaccin contre les VPH. Dans les contextes où les déterminants sociaux des comportements sexuels et la participation au dépistage sont aussi associés à la couverture vaccinale chez les préadolescentes, l’inégalité relative dans l’incidence des SCC risque d’augmenter. Ces comportements demeureront des facteurs de risque importants du cancer du col à l’avenir. L’effet à long terme du vaccin sur les types de VPH non-vaccinaux demeure incertain. Quoique nos résultats suggèrent que les vaccins offrent une efficacité croisée contre certains types de VPH, celle-ci pourrait diminuer après quelques années. Des interactions compétitives entre VPH pourraient exister malgré les associations observées entre les incidences des infections VPH, donc une augmentation post-vaccination de la prévalence des VPH non-vaccinaux demeure possible. Des devis d’analyse plus complexes sont nécessaires pour mesurer de façon valide les interactions biologiques entre les VPH dans les études épidémiologiques.

Adhésion au traitement antidiabétique oral chez les adultes atteints de diabète de type 2 : déterminants et interventions visant à l'améliorer

Introduction : Le diabète de type 2 est une maladie évolutive débilitante et souvent mortelle qui atteint de plus en plus de personnes dans le monde. Le traitement antidiabétique non-insulinique (TADNI) notamment le traitement antidiabétique oral (TADO) est le plus fréquemment utilisé chez les adultes atteints de cette maladie. Toutefois, plusieurs de ces personnes ne prennent pas leur TADO tel que prescrit posant ainsi la problématique d’une adhésion sous-optimale. Ceci entraîne des conséquences néfastes aussi bien pour les patients que pour la société dans laquelle ils vivent. Il serait donc pertinent d’identifier des pistes de solution à cette problématique. Objectifs : Trois objectifs de recherche ont été étudiés : 1) Explorer la capacité de la théorie du comportement planifié (TCP) à prédire l’adhésion future au TADNI chez les adultes atteints de diabète de type 2, 2) Évaluer l’efficacité globale des interventions visant à améliorer l’adhésion au TADO chez les adultes atteints de diabète de type 2 et étudier l’influence des techniques de changement de comportement sur cette efficacité globale, et 3) Évaluer l’efficacité globale de l’entretien motivationnel sur l’adhésion au traitement médicamenteux chez les adultes atteints de maladie chronique et étudier l’influence des caractéristiques de cette intervention sur son efficacité globale. Méthodes : Pour l’objectif 1 : Il s’agissait d’une enquête web, suivie d’une évaluation de l’adhésion au TADNI sur une période de 30 jours, chez des adultes atteints de diabète de type 2, membres de Diabète Québec. L’enquête consistait à la complétion d’un questionnaire auto-administré incluant les variables de la TCP (intention, contrôle comportemental perçu et attitude) ainsi que d’autres variables dites «externes». Les informations relatives au calcul de l’adhésion provenaient des dossiers de pharmacie des participants transmis via la plateforme ReMed. Une régression linéaire multivariée a été utilisée pour estimer la mesure d’association entre l’intention et l’adhésion future au TADNI ainsi que l’interaction entre l’adhésion passée et l’intention. Pour répondre aux objectifs 2 et 3, deux revues systématiques et méta-analyses ont été effectuées et rapportées selon les lignes directrices de PRISMA. Un modèle à effets aléatoires a été utilisé pour estimer l’efficacité globale (g d’Hedges) des interventions et son intervalle de confiance à 95 % (IC95%) dans chacune des revues. Nous avons également quantifié l’hétérogénéité (I2 d’Higgins) entre les études, et avons fait des analyses de sous-groupe et des analyses de sensibilité. Résultats : Objectif 1 : Il y avait une interaction statistiquement significative entre l’adhésion passée et l’intention (valeur-p= 0,03). L’intention n’était pas statistiquement associée à l’adhésion future au TADNI, mais son effet était plus fort chez les non-adhérents que chez les adhérents avant l’enquête web. En revanche, l’intention était principalement prédite par le contrôle comportemental perçu à la fois chez les adhérents [β= 0,90, IC95%= (0,80; 1,00)] et chez les non-adhérents passés [β= 0,76, IC95%= (0,56; 0,97)]. Objectif 2 : L’efficacité globale des interventions sur l’adhésion au TADO était de 0,21 [IC95%= (-0,05; 0,47); I2= 82 %]. L’efficacité globale des interventions dans lesquelles les intervenants aidaient les patients et/ou les cliniciens à être proactifs dans la gestion des effets indésirables était de 0,64 [IC95%= (0,31; 0,96); I2= 56 %]. Objectif 3 : L’efficacité globale des interventions (basées sur l’entretien motivationnel) sur l’adhésion au traitement médicamenteux était de 0,12 [IC95%= (0,05; 0,20); I2= 1 %. Les interventions basées uniquement sur l’entretien motivationnel [β= 0,18, IC95%= (0,00; 0,36)] et celles dans lesquelles les intervenants ont été coachés [β= 0,47, IC95%= (0,03; 0,90)] étaient les plus efficaces. Aussi, les interventions administrées en face-à-face étaient plus efficaces que celles administrées par téléphone [β= 0,27, IC95%=(0,04; 0,50)]. Conclusion : Il existe un écart entre l’intention et l’adhésion future au TADNI, qui est partiellement expliqué par le niveau d’adhésion passée. Toutefois, il n’y avait pas assez de puissance statistique pour démontrer une association statistiquement significative entre l’intention et l’adhésion future chez les non-adhérents passés. D’un autre côté, quelques solutions au problème de l’adhésion sous-optimale au TADO ont été identifiées. En effet, le fait d’aider les patients et/ou les cliniciens à être proactifs dans la gestion des effets indésirables contribue efficacement à l’amélioration de l’adhésion au TADO chez les adultes atteints de diabète de type 2. Aussi, les interventions basées sur l’entretien motivationnel améliorent efficacement l’adhésion au traitement médicamenteux chez les adultes atteints de maladie chronique. L’entretien motivationnel pourrait donc être utilisé comme un outil clinique pour soutenir les patients dans l’autogestion de leur TADO.

Développement et applications d’un outil bio-informatique pour la détection de similarités de champs d’interaction moléculaire

Résumé : Les méthodes de détection de similarités de sites de liaison servent entre autres à la prédiction de fonction et à la prédiction de cibles croisées. Ces méthodes peuvent aider à prévenir les effets secondaires, suggérer le repositionnement de médicament existants, identifier des cibles polypharmacologiques et des remplacements bio-isostériques. La plupart des méthodes utilisent des représentations basées sur les atomes, même si les champs d’interaction moléculaire (MIFs) représentent plus directement ce qui cherche à être identifié. Nous avons développé une méthode bio-informatique, IsoMif, qui détecte les similarités de MIF entre différents sites de liaisons et qui ne nécessite aucun alignement de séquence ou de structure. Sa performance a été comparée à d’autres méthodes avec des bancs d’essais, ce qui n’a jamais été fait pour une méthode basée sur les MIFs. IsoMif performe mieux en moyenne et est plus robuste. Nous avons noté des limites intrinsèques à la méthodologie et d’autres qui proviennent de la nature. L’impact de choix de conception sur la performance est discuté. Nous avons développé une interface en ligne qui permet la détection de similarités entre une protéine et différents ensembles de MIFs précalculés ou à des MIFs choisis par l’utilisateur. Des sessions PyMOL peuvent être téléchargées afin de visualiser les similarités identifiées pour différentes interactions intermoléculaires. Nous avons appliqué IsoMif pour identifier des cibles croisées potentielles de drogues lors d’une analyse à large échelle (5,6 millions de comparaisons). Des simulations d’arrimage moléculaire ont également été effectuées pour les prédictions significatives. L’objectif est de générer des hypothèses de repositionnement et de mécanismes d’effets secondaires observés. Plusieurs exemples sont présentés à cet égard.

Découverte de nouveaux marqueurs pharmacogénomiques de la maladie du greffon contre l'hôte en transplantation de cellules souches hématopoïétiques

La transplantation de cellules souches hématopoïétiques (CSH) constitue une avenue thérapeutique potentiellement curative pour plusieurs cancers hématologiques comme la leucémie. L’utilisation d’une thérapie immunosuppressive pour prévenir la maladie du greffon contre l’hôte (GvHD) est un déterminant majeur du succès de la greffe. Malgré tout, cette complication survient chez 25 à 50% des transplantés et est une cause majeure de mortalité. L’optimisation du régime d’immunosuppression est un facteur facilement modifiable qui pourrait améliorer le pronostic des patients. Particulièrement, les polymorphismes du génome du donneur ou du receveur dans les voies pharmacogénomiques des immunosuppresseurs pourraient influencer l’exposition et l’action de ces médicaments, de même que le pronostic du patient. Le profilage de 20 pharmacogènes prioritaires chez des paires de donneurs-receveurs en greffe de CSH a permis d’identifier des variations génétiques liées au risque de la GvHD aiguë. Principalement, le statut génétique du receveur pour les protéines ABCC1 et ABCC2, impliquées dans le transport du méthotrexate (MTX), ainsi que des cibles moléculaires de ce médicament (ATIC et MTHFR) ont été associées au risque de GvHD aiguë. Similairement, le NFATc1, codant pour une cible moléculaire de la cyclosporine, augmentait lui aussi le risque de la maladie. Les porteurs de deux génotypes à risque et plus étaient particulièrement prédisposés à développer cette complication. Par surcroît, le statut génétique du donneur influençait également le pronostic du receveur après la greffe. Entre autres, des allèles protecteurs ont été identifiés dans les voies liées au transport (SLC19A1) et à l’action du MTX (DHFR). Inversement, NFATc2 a été associé à une augmentation du risque de GvHD aiguë. Afin de mieux comprendre les associations observées entre ces marqueurs génétiques et le risque de GvHD aiguë, une étude prospective innovante est en cours chez des greffés de CSH. Cette étude permettra d’étudier comment la génétique du patient ou du donneur peut influencer la pharmacocinétique et la pharmacodynamie des immunosuppresseurs, de même que leurs liens avec la GvHD aiguë. Ces paramètres sont quantifiés grâce à des approches analytiques que nous avons mises au point afin de répondre aux besoins spécifiques et uniques de cette étude. Les approches proposées dans cette thèse sont complémentaires aux méthodes classiques de suivi des immunosuppresseurs et pourraient aider à optimiser la pharmacothérapie du patient. Une meilleure identification des patients à haut risque de GvHD aiguë avant la greffe, basée sur des marqueurs pharmacogénomiques identitaires, pourrait guider le choix de la prophylaxie immunosuppressive, et ainsi améliorer l’issue clinique de la greffe.