Considerations in the sterile manufacture of polymeric microneedle arrays

We describe, for the first time, considerations in the sterile manufacture of polymeric microneedle arrays. Microneedles (MN) made from dissolving polymeric matrices and loaded with the model drugs ovalbumin (OVA) and ibuprofen sodium and hydrogel-forming MN composed of "super-swelling" polymers and their corresponding lyophilised wafer drug reservoirs loaded with OVA and ibuprofen sodium were prepared aseptically or sterilised using commonly employed sterilisation techniques. Moist and dry heat sterilisation, understandably, damaged all devices, leaving aseptic production and gamma sterilisation as the only viable options. No measureable bioburden was detected in any of the prepared devices, and endotoxin levels were always below the US Food & Drug Administration limits (20 endotoxin units/device). Hydrogel-forming MN were unaffected by gamma irradiation (25 kGy) in terms of their physical properties or capabilities in delivering OVA and ibuprofen sodium across excised neonatal porcine skin in vitro. However, OVA content in dissolving MN (down from approximately 101.1 % recovery to approximately 58.3 % recovery) and lyophilised wafer-type drug reservoirs (down from approximately 99.7 % recovery to approximately 60.1 % recovery) was significantly reduced by gamma irradiation, while the skin permeation profile of ibuprofen sodium from gamma-irradiated dissolving MN was markedly different from their non-irradiated counterparts. It is clear that MN poses a very low risk to human health when used appropriately, as evidenced here by low endotoxin levels and absence of microbial contamination. However, if guarantees of absolute sterility of MN products are ultimately required by regulatory authorities, it will be necessary to investigate the effect of lower gamma doses on dissolving MN loaded with active pharmaceutical ingredients and lyophilised wafers loaded with biomolecules in order to avoid the expense and inconvenience of aseptic processing.

Hydrogel-Forming Microneedle Arrays Allow Detection of Drugs and Glucose In Vivo: Potential for Use in Diagnosis and Therapeutic Drug Monitoring

We describe, for the first time the use of hydrogel-forming microneedle (MN) arrays for minimally-invasive extraction and quantification of drug substances and glucose from skin in vitro and in vivo. MN prepared from aqueous blends of hydrolysed poly(methyl-vinylether-co-maleic anhydride) (11.1% w/w) and poly(ethyleneglycol) 10,000 daltons (5.6% w/w) and crosslinked by esterification swelled upon skin insertion by uptake of fluid. Post-removal, theophylline and caffeine were extracted from MN and determined using HPLC, with glucose quantified using a proprietary kit. In vitro studies using excised neonatal porcine skin bathed on the underside by physiologically-relevant analyte concentrations showed rapid (5 min) analyte uptake. For example, mean concentrations of 0.16 μg/mL and 0.85 μg/mL, respectively, were detected for the lowest (5 μg/mL) and highest (35 μg/mL) Franz cell concentrations of theophylline after 5 min insertion. A mean concentration of 0.10 μg/mL was obtained by extraction of MN inserted for 5 min into skin bathed with 5 μg/mL caffeine, while the mean concentration obtained by extraction of MN inserted into skin bathed with 15 μg/mL caffeine was 0.33 μg/mL. The mean detected glucose concentration after 5 min insertion into skin bathed with 4 mmol/L was 19.46 nmol/L. The highest theophylline concentration detected following extraction from a hydrogel-forming MN inserted for 1 h into the skin of a rat dosed orally with 10 mg/kg was of 0.363 μg/mL, whilst a maximum concentration of 0.063 μg/mL was detected following extraction from a MN inserted for 1 h into the skin of a rat dosed with 5 mg/kg theophylline. In human volunteers, the highest mean concentration of caffeine detected using MN was 91.31 μg/mL over the period from 1 to 2 h post-consumption of 100 mg Proplus® tablets. The highest mean blood glucose level was 7.89 nmol/L detected 1 h following ingestion of 75 g of glucose, while the highest mean glucose concentration extracted from MN was 4.29 nmol/L, detected after 3 hours skin insertion in human volunteers. Whilst not directly correlated, concentrations extracted from MN were clearly indicative of trends in blood in both rats and human volunteers. This work strongly illustrates the potential of hydrogel-forming MN in minimally-invasive patient monitoring and diagnosis. Further studies are now ongoing to reduce clinical insertion times and develop mathematical algorithms enabling determination of blood levels directly from MN measurements.

Hydrogel-forming microneedle arrays: Potential for use in minimally-invasive lithium monitoring

We describe, for the first time, hydrogel-forming microneedle (MN) arrays for minimally-invasive extraction and quantification of lithium in vitro and in vivo. MN arrays, prepared from aqueous blends of hydrolysed poly(methyl-vinylether-co-maleic anhydride) and crosslinked by poly(ethyleneglycol), imbibed interstitial fluid (ISF) upon skin insertion. Such MN were always removed intact. In vitro, mean detected lithium concentrations showed no significant difference following 30 min MN application to excised neonatal porcine skin for lithium citrate concentrations of 0.9 and 2 mmol/l. However, after 1 h application, the mean lithium concentrations extracted were significantly different, being appropriately concentration-dependent. In vivo, rats were orally dosed with lithium citrate equivalent to 15 mg/kg and 30 mg/kg lithium carbonate, respectively. MN arrays were applied 1 h after dosing and removed 1 h later. The two groups, having received different doses, showed no significant difference between lithium concentrations in serum or MN. However, the higher dosed rats demonstrated a lithium concentration extracted from MN arrays equivalent to a mean increase of 22.5 % compared to rats which received the lower dose. Hydrogel-forming MN clearly have potential as a minimally-invasive tool for lithium monitoring in out-patient settings. We will now focus on correlation of serum and MN lithium concentrations.

Microneedle-mediated delivery of donepezil: Potential for improved treatment options in Alzheimer's disease

Transdermal drug delivery is an attractive route of drug administration, however there are relatively few marketed transdermal products. To increase delivery across the skin, strategies to enhance skin permeability are widely investigated, with microneedles demonstrating particular promise. Hydrogel-forming microneedles are inserted into the skin, and following dissolution of a drug loaded reservoir and movement of the drug through the created channels, the microneedle array is removed intact, and can then be readily and safely discarded. This study presents the formulation and evaluation of an integrated microneedle patch containing the Alzheimer's drug, donepezil hydrochloride. The integrated patch consisted of hydrogel-forming microneedles in combination with a donepezil hydrochloride containing film. Formulation and characterisation of plasticised films, prepared from poly(vinylpyrrolidone) or poly (methyl vinyl ether co-maleic anhydride/acid) (Gantrez(®)) polymers, is presented. Furthermore, in vitro permeation of donepezil hydrochloride across neonatal porcine skin from the patches was investigated, with 854.71 μg ± 122.71 μg donepezil hydrochloride delivered after 24 h, using the optimum patch formulation. Following administration of the patch to an animal model, plasma concentrations of 51.8 ± 17.6 ng/mL were obtained, demonstrating the success of this delivery platform for donepezil hydrochloride.

SnaPshot based genotyping of the RYR1 mutation in Portuguese breeds of pigs

The porcine stress syndrome or malignant hyperthermia is an inherited autosomic recessive disease, which results in neuromuscular disorders leading to death in homozygous individuals and is associated with deterioration of meat quality. The defect in susceptible animals results from modifications in the calcium release channel or Ryanodine Receptor (RYR1), with a mutation leading to a C to T transition in nucleotide 1843 of the gene. The objective of this work was to develop a method based on analysis of SNPs to detect the mutation described in the RYR1 locus in pigs, and study polymorphisms of the gene in four exotic (Large White, Landrace, Duroc and Pietrain) and three native (Bísaro, Alentejano and Malhado de Alcobaça) breeds of pigs in Portugal. The method was successful in identifying the mutation by analysis of SNPs, and results indicate a high incidence of the mutant allele in Pietrain (0.75) and, to a lesser degree, in Malhado de Alcobaça (0.34) and Landrace (0.28); frequencies in Alentejano, Bísaro and Large White ranged between 0.04 and 0.09. These results suggest the need to establish breeding programs aimed at eliminating the susceptibility allele from those populations.

Topical bacteriophage therapy of the infected diabetic foot

Tese de doutoramento, Medicina (Medicina Interna), Universidade de Lisboa, Faculdade de Medicina, 2014

Electrospun Contrast Agent-Loaded Fibers for Colon-Targeted MRI

Magnetic resonance imaging is a diagnostic tool used for detecting abnormal organs and tissues, often using Gd(III) complexes as contrast-enhancing agents. In this work, core–shell polymer fibers have been prepared using coaxial electrospinning, with the intent of delivering gadolinium (III) diethylenetriaminepentaacetate hydrate (Gd(DTPA)) selectively to the colon. The fibers comprise a poly(ethylene oxide) (PEO) core loaded with Gd(DTPA), and a Eudragit S100 shell. They are homogeneous, with distinct core–shell phases. The components in the fibers are dispersed in an amorphous fashion. The proton relaxivities of Gd(DTPA) are preserved after electrospinning. To permit easy visualization of the release of the active ingredient from the fibers, analogous materials are prepared loaded with the dye rhodamine B. Very little release is seen in a pH 1.0 buffer, while sustained release is seen at pH 7.4. The fibers thus have the potential to selectively deliver Gd(DTPA) to the colon. Mucoadhesion studies reveal there are strong adhesive forces between porcine colon mucosa and PEO from the core, and the dye-loaded fibers can be successfully used to image the porcine colon wall. The electrospun core–shell fibers prepared in this work can thus be developed as advanced functional materials for effective imaging of colonic abnormalities.

Molecular tools in the diagnostic and epidemiology of infections caused by members of Mycobacterium avium Complex

Mycobacterium avium Complex (MAC) comprises microorganisms that affect a wide range of animals including humans. The most relevant are Mycobacterium avium subspecies hominissuis (Mah) with a high impact on public health affecting mainly immunocompromised individuals and Mycobacterium avium subspecies paratuberculosis (Map) causing paratuberculosis in animals with a high economic impact worldwide. In this work, we characterized 28 human and 67 porcine Mah isolates and evaluated the relationship among them by Multiple-Locus Variable number tandem repeat Analysis (MLVA). We concluded that Mah population presented a high genetic diversity and no correlations were inferred based on geographical origin, host or biological sample. For the first time in Portugal Map strains, from asymptomatic bovine faecal samples were isolated highlighting the need of more reliable and rapid diagnostic methods for Map direct detection. Therefore, we developed an IS900 nested real time PCR with high sensitivity and specificity associated with optimized DNA extraction methodologies for faecal and milk samples. We detected 83% of 155 faecal samples from goats, cattle and sheep, and 26% of 98 milk samples from cattle, positive for Map IS900 nested real time PCR. A novel SNPs (single nucleotide polymorphisms) assay to Map characterization based on a Whole Genome Sequencing analysis was developed to elucidate the genetic relationship between strains. Based on sequential detection of 14 SNPs and on a decision tree we were able to differentiate 14 phylogenetic groups with a higher discriminatory power compared to other typing methods. A pigmented Map strain was isolated and characterized evidencing for the first time to our knowledge the existence of pigmented Type C strains. With this work, we intended to improve the ante mortem direct molecular detection of Map, to conscientiously aware for the existence of Map animal infections widespread in Portugal and to contribute to the improvement of Map and Mah epidemiological studies.

The role of the hypothalamic kisspeptin/GPR54 system in the control of GnRH neurons

Summary : The hypothalamus represents less than 1 % of the total volume of the brain tissue, yet it plays a crucial role in endocrine regulations. Puberty is defined as a process leading to physical, sexual and psychosocial maturation. The hypothalamus is central to this process, via the activation of GnRH neurons. Pulsatile GnRH secretion, minimal during childhood, increases with the onset of puberty. The primary function of GnRH is to regulate the growth, development and function of testes in boys and ovaries in girls, by stimulating the pituitary gland secretion of luteinizing hormone (LH) and follicle-stimulating hormone (FSH). Several factors contribute to the timing of puberty, including sex and ethnicity, genetics, dietary intake and energy expenditure. Kisspeptins constitute a family of small peptides arising from the proteolytic cleavage of metastin, a peptide with 54 amino acids initially purified from human placenta. These kisspeptins were the subject of much attention following their discovery because of their antimetastatic properties, but it was more recently that their determining role in the reproductive function was demonstrated. It was shown that kisspeptins are ligands of a receptor, GPR54, whose natural inactivating mutation in humans, or knockout in the mouse, lead to infertility. GnRH neurons play a pivotal role in the central regulation of fertility. Kisspeptin greatly increases GnRH release and GnRH neuron firing activity, but the neurobiological mechanisms for these actions are unknown. Gprotein-coupled receptor 54, the receptor for kisspeptin, is expressed by GnRH neurons as well as other hypothalamic neurons, suggesting that both direct and indirect effects are possible. In the first part of my thesis, we investigated a possible connection between the acceleration of sexual development induced by leptin and hypothalamic metastin neurons. However, the data generated by our preliminary experiments confirmed that the commercially available antibodies are non-specific. This finding constituted a major drawback for our studies, which relied heavily upon the neuroanatomical study of the hypothalamic metastinergic pathways to elucidate their sensitivity to exogenous leptin. Therefore, we decided to postpone any further in vivo experiment until a better antibody becomes available, and focused on in vitro studies to better understand the mechanisms of action of kisspeptins in the modulation of the activity of GnRH neurons. We used two GnRH-expressing neuronal cell lines to investigate the cellular and molecular mechanisms of action of metastin in GnRH neurons. We demonstrated that kisspeptin induces an early activation of the MAP kinase intracellular signaling pathway in both cell lines, whereas the SAP/JNK or the Akt pathways were unaffected. Moreover, we found an increase in GnRH mRNA levels after 6h of metastin stimulation. Thus, we can conclude that kisspeptin regulates GnRH neurons both at the secretion and the gene expression levels. The MAPK pathway is the major pathway activated by metastin in GnRH expressing neurons. Taken together, these data provide the first mechanism of action of kisspeptin on GnRH neurons. Résumé : L'hypothalamus est une zone située au centre du cerveau, dont il représente moins de 1 du volume total. La puberté est la période de transition entre l'enfance et l'age adulte, qui s'accompagne de transformations somatiques, psychologiques, métaboliques et hormonales conduisant à la possibilité de procréer. La fonction principale de la GnRH est la régulation de la croissance, du développement et de la fonction des testicules chez les hommes, et des ovaires chez les femmes en stimulant la sécrétion de l'hormone lutéinisante (LH) et de l'hormone folliculostimulante (FSH) par la glande hypophysaire. Plusieurs facteurs contribuent au déclanchement de la puberté, y compris le sexe et l'appartenance ethnique, la génétique, l'apport alimentaire et la dépense énergétique. Les Kisspeptines constituent une famille de peptides résultant de la dissociation proteolytique de la métastine, un peptide de 54 acides aminés initialement purifié à partir de placenta humain. Ces kisspeptines ont fait l'objet de beaucoup d'attention à la suite de leur découverte en raison de leurs propriétés anti-metastatiques, et c'est plus récemment que leur rôle déterminant dans la fonction reproductive a été démontré. Les kisspeptines sont des ligands du récepteur GPR54, dont la mutation inactivatrice chez l'homme, ou le knockout chez la souris, conduisent à l'infertilité par hypogonadisme hypogonadotrope. Les neurones à GnRH jouent un rôle central dans le règlement des fonctions reproductrices et la kisspeptine stimule l'activité des neurones à GnRH et la libération de GnRH par ces neurones. Toutefois, les mécanismes neurobiologiques de ces actions ne sont pas connus. Dans la première partie de ma thèse, nous avons étudié le lien potentiel entre l'accélération du développement sexuel induite par la leptine et les neurones hypothalamiques à metastine. Les données générées dans cette première série d'expériences ont malheureusement confirmé que les anticorps anti-metastine disponibles dans le commerce sont aspécifiques. Ceci a constitué un inconvénient majeur pour nos études, qui devaient fortement s'appuyer sur l' étude neuroanatomique des neurones hypothalamiques à metastine pour évaluer leur sensibilité à la leptine exogène. Nous avons donc décidé de focaliser nos travaux sur une étude in vitro des mécanismes d'action de la kisspeptine pour moduler l'activité des neurones à GnRH. Nous avons utilisé deux lignées de cellules neuronales exprimant la GnRH pour étudier les mécanismes d'action cellulaires et moléculaires de la metastine dans des neurones. Nous avons ainsi pu démontrer que la kisspeptine induit une activation précoce de la voie f de signalisation de la MAP kinase dans les deux lignées cellulaires, alors que nous n'avons observé aucune activation de la voie de signalisation de la P13 Kinase et de la SAP/JNK. Nous avons en outre démontré une augmentation de l'expression de la GnRH par la stimulation avec la Kisspeptine. L'ensemble de ces données contribue à élucider le mécanisme d'action avec lequel la kisspeptine agit dans les neurones à GnRH, en démontrant un effet sur l'expression génique de la GnRH. Nous pouvons également conclure que la voie de la MAPK est la voie principale activée par la metastine dans les neurones exprimant la GnRH.

Molecular characterization and phenotypic expression of mutations in genes for gonadotropins and their receptors in humans.

Gonadotropin hormones undergo important dynamic changes during life. Their rise during puberty stimulates gonadal steroid secretion, triggering the development of secondary sexual characteristics and the acquisition of fertility. The full spectrum of possible mutations and polymorphisms in the human gonadotropins and in their receptor genes has been described in recent years. Patients harboring these mutations display a very wide range of phenotypes affecting all aspects of the reproductive axis. An important insight provided by the careful study of these patients lies in the striking gender differences in the phenotypes associated with a given mutation. As a result, the careful study of these rare patients has allowed us to better define the respective roles of luteinizing hormone and follicle-stimulating hormone in normal human pubertal development and in the achievement of full fertility potential in either males or females. In this work, we describe briefly the known mutations in the genes for both gonadotropins and their receptors, and discuss their genotype/phenotype correlations in light of these important gender differences.

High occurrence of hepatitis E virus in samples from wastewater treatment plants in Switzerland and comparison with other enteric viruses.

Hepatitis E virus (HEV) is responsible for many enterically transmitted viral hepatitides around the world. It is currently one of the waterborne diseases of global concern. In industrialized countries, HEV appears to be more common than previously thought, even if it is rarely virulent. In Switzerland, seroprevalence studies revealed that HEV is endemic, but no information was available on its environmental spread. The aim of this study was to investigate -using qPCR- the occurrence and concentration of HEV and three other viruses (norovirus genogroup II, human adenovirus-40 and porcine adenovirus) in influents and effluents of 31 wastewater treatment plants (WWTPs) in Switzerland. Low concentrations of HEV were detected in 40 out of 124 WWTP influent samples, showing that HEV is commonly present in this region. The frequency of HEV occurrence was higher in summer than in winter. No HEV was detected in WWTP effluent samples, which indicates a low risk of environmental contamination. HEV occurrence and concentrations were lower than those of norovirus and adenovirus. The autochthonous HEV genotype 3 was found in all positive samples, but a strain of the non-endemic and highly pathogenic HEV genotype I was isolated in one sample, highlighting the possibility of environmental circulation of this genotype. A porcine fecal marker (porcine adenovirus) was not detected in HEV positive samples, indicating that swine are not the direct source of HEV present in wastewater. Further investigations will be necessary to determine the reservoirs and the routes of dissemination of HEV.

Adiponectin isoform distribution in serum and in follicular fluid of women undergoing treatment by ICSI.

Adiponectin is an adipokine, present in the circulation in comparatively high concentrations and different molecular weight isoforms. For the first time, the distribution of these isoforms in serum and follicular fluid (FF) and their usefulness as biological markers for infertility investigations was studied. In vitro study. University based hospital. Fifty-four women undergoing intracytoplasmic sperm injection (ICSI). Oocytes were retrieved, fertilized in vitro using ICSI, and the resulting embryos transferred. Serum was collected immediately prior to oocyte retrieval. Adiponectin isoforms (high molecular weight (HMW), medium and low molecular weight) were determined in serum and FF. Total adiponectin and the different isoform levels were compared with leptin and ovarian steroid concentrations. Adiponectin isoforms in serum and FF. Adiponectin isoform distribution differed between serum and FF; the HMW fraction made up half of all adiponectin in the serum but only 23.3% in the FF. Total and HMW adiponectin in both serum and FF correlated negatively with the body mass index and the concentration of leptin. No correlations were observed for total adiponectin or its isoforms with estradiol, progesterone, anti-Mullerian hormone, inhibin B, or the total follicle stimulating hormone (FSH) dose administered during the ovarian stimulation phase. This study shows for the first time that adiponectin isoform distribution varies between the serum and FF compartments in gonadotropin stimulated patients. A trend towards higher HMW adiponectin serum levels in successful ICSI cycles compared to implantation failures was observed; studies with larger patient groups are required to confirm this observation.

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin

Effet de l’atorvastatine sur la dysfonction endothéliale des artères coronaires épicardiques associée à l’hypertrophie ventriculaire gauche dans un modèle porcin Forcillo J, Aubin MC, Horn A, Shi YF, Carrier M, Tardif JC, Perrault LP Introduction: L’atorvastatine par ses effets pléiotropiques pourrait limiter la dysfonction endothéliale associée au développement de l’HVG. Méthodologie : Un cerclage de l’aorte ascendante pendant 2 mois entraîne le développement d’HVG et les groupes ont été traités avec atorvastatine 40 ou 80 mg de 60 à 90 jours. L’HVG est confirmée par échographie. La réactivité vasculaire est évaluée en chambres d’organe, la fonction endothéliale par la quantification de la GMPc et des nitrites/nitrates plasmatiques. Le stress oxydant est mesuré par les niveaux d’ANG II et de la carbonylation des protéines. Résultats : Après 60 et 90 j de cerclage, l’HVG est observée chez tous ces groupes. Les courbes concentrations-réponse des anneaux des artères coronaires épicardiques des groupes traités avec l’atorvastatine 40 et 80 mg pour 30 et 60 jours n’ont démontré aucune amélioration des relaxations dépendantes de l’endothélium. Une exacerbation significative de la dysfonction endothéliale a été observée. Les niveaux vasculaires de GMPc sont significativement diminués dans le groupe sans cerclage traité 60 d et ceux d’ANG II sont fortement augmentés chez ce dernier groupe ainsi que le groupe traité avec 80 mg pour 30 jours par rapport aux contrôles. L’expression de la carbonylation des protéines est augmentée dans le groupe témoin traité avec atorvastatine 80 mg, reflétant une augmentation du stress oxydant. Conclusion : L’administration d’atorvastatine ne prévient pas le développement de l’HVG ni la dysfonction endothéliale dans notre modèle. Au contraire l’atorvastatine à haute dose a un effet toxique sur les artères coronaires épicardiques en augmentant la dysfonction endothéliale.

Influence de l’agrégation érythrocytaire sur la migration axiale de microparticules simulant des plaquettes sanguines

Lors du phénomène d’hémostase primaire ou de thrombose vasculaire, les plaquettes sanguines doivent adhérer aux parois afin de remplir leur fonction réparatrice ou pathologique. Pour ce faire, certains facteurs rhéologiques et hémodynamiques tels que l’hématocrite, le taux de cisaillement local et les contraintes de cisaillement pariétal, entrent en jeu afin d’exclure les plaquettes sanguines de l’écoulement principal et de les transporter vers le site endommagé ou enflammé. Cette exclusion pourrait aussi être influencée par l’agrégation de globules rouges qui est un phénomène naturel présent dans tout le système cardiovasculaire selon les conditions d’écoulement. La dérive de ces agrégats de globules rouges vers le centre des vaisseaux provoque la formation de réseaux d’agrégats dont la taille et la complexité varient en fonction de l’hématocrite et des conditions de cisaillement présentes. Il en résulte un écoulement bi-phasique avec un écoulement central composé d’agrégats de globules rouges avoisinés par une région moins dense en particules où l’on peut trouver des globules rouges singuliers, des petits rouleaux de globules rouges et une importante concentration en plaquettes et globules blancs. De ce fait, il est raisonnable de penser que plus la taille des agrégats qui occupent le centre du vaisseau augmente, plus il y aura de plaquettes expulsées vers les parois vasculaires. L'objectif du projet est de quantifier, in vitro, la migration des plaquettes sanguines en fonction du niveau d’agrégation érythrocytaire présent, en faisant varier l’hématocrite, le taux de cisaillement et en promouvant l’agrégation par l’ajout d’agents tels que le dextran à poids moléculaire élevé. Cependant, le comportement non Newtonien du sang dans un écoulement tubulaire peut être vu comme un facteur confondant à cause de son impact sur l’organisation spatiale des agrégats de globules rouges. De ce fait, les études ont été réalisées dans un appareil permettant de moduler, de façon homogène, la taille et la structure de ces agrégats et de quantifier ainsi leur effet sur la migration axiale des plaquettes. Du sang de porc anti coagulé a été ajusté à différents taux d’hématocrite et insérer dans un appareil à écoulement de Couette, à température ambiante. Les plaquettes sanguines, difficilement isolables in vitro sans en activer certains ligands membranaires, ont été remplacées par des fantômes en polystyrène ayant un revêtement de biotine. La quantification de la migration de ces fantômes de plaquettes a été réalisée grâce à l’utilisation de membranes biologiques fixées sur les parois internes de l’entrefer du rhéomètre de Couette. Ces membranes ont un revêtement de streptavidine assurant une très forte affinité d’adhésion avec les microparticules biotynilées. À 40% d’hématocrite, à un cisaillement de 2 s-1, 566 ± 53 microparticules ont été comptées pour un protocole préétabli avec du sang non agrégeant, comparativement à 1077 ± 229 pour du sang normal et 1568 ± 131 pour du sang hyper agrégeant. Les résultats obtenus suggèrent une nette participation de l’agrégation érythrocytaire sur le transport des fantômes de plaquettes puisque l’adhésion de ces derniers à la paroi du rhéomètre de Couette augmente de façon quasi exponentielle selon le niveau d’agrégation présent.

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.