Nanotechnological approaches using curcumin and Withania somnifera: neuroprotection and antimicrobial activities

Tese de Doutoramento em Biologia de Plantas

Pre-clinical trials for Machado-Joseph Disease: Hypothesis-based and hypothesis-free therapeutic approaches

Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde

Social inequalities in health among children and adolescents in Germany : an investigation of political approaches

The present diploma thesis analyses the German political understanding of social inequalities in health (SIH) among children and adolescents, and explores the political strategies that are perceived as most effective to tackle SIH. The study is based on the qualitative content analysis of official political documents developed at different political levels, which were the national level as well as two purposefully selected counties, Mecklenburg-Vorpommern and Niedersachsen. The study's findings indicate a beginning awareness of the existence of SIH in Germany. Nevertheless, this judgement refers to few publishing ministries only, both at national and county levels. The suggested approaches to tackle SIH vary significantly among the analysed documents, and no consensus can be identified with regard to the preference of upstream or downstream policies. The existence of the social gradient is not criticised in any of the analysed data. However, there seems to be a common agreement on the importance of setting related interventions and the contribution of both the national, regional, and local politic levels. As the absence of a central coordinator can explain these highly heterogeneous findings, key recommendations concern the establishment of a nation-wide coordinator and a nation-wide collection of best practice examples. Here, the Federal Centre for Health Education has an adequate position and the required competences to act as a coordinator and facilitator. Further requirements for a successful reduction of SIH in Germany are the extension of a continuous communication between all actors, the adoption of the planned German Prevention Law, and the nation-wide and early promotion of children as part of education policies in the federal states.

Profile of a serial killer: cellular and molecular approaches to study individual cytotoxic T-cells following therapeutic vaccination.

T-cell vaccination may prevent or treat cancer and infectious diseases, but further progress is required to increase clinical efficacy. Step-by-step improvements of T-cell vaccination in phase I/II clinical studies combined with very detailed analysis of T-cell responses at the single cell level are the strategy of choice for the identification of the most promising vaccine candidates for testing in subsequent large-scale phase III clinical trials. Major aims are to fully identify the most efficient T-cells in anticancer therapy, to characterize their TCRs, and to pinpoint the mechanisms of T-cell recruitment and function in well-defined clinical situations. Here we discuss novel strategies for the assessment of human T-cell responses, revealing in part unprecedented insight into T-cell biology and novel structural principles that govern TCR-pMHC recognition. Together, the described approaches advance our knowledge of T-cell mediated-protection from human diseases.

Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale à une maladie chronique. En dépit de ce succès, l'échec thérapeutique et la toxicité médicamenteuse restent fréquents. Une réponse inadéquate au traitement est clairement multifactorielle et une individualisation de la posologie des médicaments qui se baserait sur les facteurs démographiques et génétiques des patients et sur les taux sanguins totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable disease. However, treatment failure and drug toxicity are frequent. Inadequate response to treatment is clearly multifactorial and, therefore, dosage individualisation based on demographic factors, genetic markers and measurement of total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.

Modern immunological approaches to assess malaria transmission and immunity and to diagnose plasmodial infection

The present paper reviews our recent data concerning the use of immunological methods employing monoclonal antibodies and synthetic peptides to study malaria transmission and immunity and to diagnose plasmodial infection. As concerns malaria transmission, we studied the main vectors of human malaria and the plasmodial species transmitted in endemic areas of Rondônia state, Brazil. The natural infection on anopheline was evaluated by immunoradiometric assay (IRMA) using monoclonal antibodies to an immunodominant sporozoite surface antigen (CS protein) demonstrated to be species specific. Our results showed that among six species of Anopheles found infected, An. darlingi was the main vector transmitting Plasmodium falciparum and P. vivax malaria in the immediate vicinity of houses. In order to assess the level of anti-CS antibodies we studied, by IRMA using the synthetic peptide corresponding to the repetitive epitope of the sporozoite CS protein, sera of individuals living in the same areas where the entomological survey has been performed. In this assay the prevalence of anti-CS antibodies was very low and did not reflect the malaria transmission rate in the studied areas. In relation to malaria diagnosis, a monoclonal antibody specific to an epitope of a 50 kDa exoantigen, the major component of supernatant collected at the time of schizont rupture, was used as a probe for the detection of P. falciparum antigens. This assay seemed to be more sensitive than parasitological examination for malaria diagnosis since it was able to detect plasmodial antigens in both symptomatic and asymtomatic individuals with negative thick blood smear at different intervals after a last parasitologically confirmed confirmed attack of malaria.

Different approaches to modelling the cost-effectiveness of schistosomiasis control

This paper reviews three different approaches to modelling the cost-effectiveness of schistosomiasis control. Although these approaches vary in their assessment of costs, the major focus of the paper is on the evaluation of effectiveness. The first model presented is a static economic model which assesses effectiveness in terms of the proportion of cases cured. This model is important in highlighting that the optimal choice of chemotherapy regime depends critically on the level of budget constraint, the unit costs of screening and treatment, the rates of compliance with screening and chemotherapy and the prevalence of infection. The limitations of this approach is that it models the cost-effectiveness of only one cycle of treatment, and effectiveness reflects only the immediate impact of treatment. The second model presented is a prevalence-based dynamic model which links prevalence rates from one year to the next, and assesses effectiveness as the proportion of cases prevented. This model was important as it introduced the concept of measuring the long-term impact of control by using a transmission model which can assess reduction in infection through time, but is limited to assessing the impact only on the prevalence of infection. The third approach presented is a theoretical framework which describes the dynamic relationships between infection and morbidity, and which assesses effectiveness in terms of case-years prevented of infection and morbidity. The use of this model in assessing the cost-effectiveness of age-targeted treatment in controlling Schistosoma mansoni is explored in detail, with respect to varying frequencies of treatment and the interaction between drug price and drug efficacy.

Application de la modélisation moléculaire à de nouvelles approches thérapeutiques du cancer [Application of molecular modeling to new therapeutic cancer approaches].

Recent progress in the experimental determination of protein structures allow to understand, at a very detailed level, the molecular recognition mechanisms that are at the basis of the living matter. This level of understanding makes it possible to design rational therapeutic approaches, in which effectors molecules are adapted or created de novo to perform a given function. An example of such an approach is drug design, were small inhibitory molecules are designed using in silico simulations and tested in vitro. In this article, we present a similar approach to rationally optimize the sequence of killer T lymphocytes receptors to make them more efficient against melanoma cells. The architecture of this translational research project is presented together with its implications both at the level of basic research as well as in the clinics.

Developing new approaches for detecting and preventing Aedes aegypti population outbreaks: basis for surveillance, alert and control system

A new approach to dengue vector surveillance based on permanent egg-collection using a modified ovitrap and Bacillus thuringiensis israelensis(Bti) was evaluated in different urban landscapes in Recife, Northeast Brazil. From April 2004 to April 2005, 13 egg-collection cycles of four weeks were carried out. Geo-referenced ovitraps containing grass infusion, Bti and three paddles were placed at fixed sampling stations distributed over five selected sites. Continuous egg-collections yielded more than four million eggs laid into 464 sentinel-ovitraps over one year. The overall positive ovitrap index was 98.5% (over 5,616 trap observations). The egg density index ranged from 100 to 2,500 eggs per trap-cycle, indicating a wide spread and high density of Aedes aegypti (Diptera: Culicidae) breeding populations in all sites. Fluctuations in population density over time were observed, particularly a marked increase from January on, or later, according to site. Massive egg-collection carried out at one of the sites prevented such a population outbreak. At intra-site level, egg counts made it possible to identify spots where the vector population is consistently concentrated over the time, pinpointing areas that should be considered high priority for control activities. The results indicate that these could be promising strategies for detecting and preventing Ae. aegypti population outbreaks.

A Public Service Gap: Capturing Contexts in a Comparative Approach of Street-Level Bureaucracy

Studies of street-level bureaucracy have introduced a variety of conceptualizations, research approaches, and causal inferences. While this research has produced several insights, the impact of variety in the institutional context has not been adequately explored. We present the construct of a public service gap as a way to incorporate contextual factors and facilitate comparison. This construct addresses the differences between what is asked of and what is offered to public servants working at the street level. The heuristic enables the systematic capture of macro- and meso-contextual influences, thus enhancing comparative research on street-level bureaucracy.

A compositional data analysis package for R providing multiple approaches

”compositions” is a new R-package for the analysis of compositional and positive data.It contains four classes corresponding to the four different types of compositional andpositive geometry (including the Aitchison geometry). It provides means for computation,plotting and high-level multivariate statistical analysis in all four geometries.These geometries are treated in an fully analogous way, based on the principle of workingin coordinates, and the object-oriented programming paradigm of R. In this way,called functions automatically select the most appropriate type of analysis as a functionof the geometry. The graphical capabilities include ternary diagrams and tetrahedrons,various compositional plots (boxplots, barplots, piecharts) and extensive graphical toolsfor principal components. Afterwards, ortion and proportion lines, straight lines andellipses in all geometries can be added to plots. The package is accompanied by ahands-on-introduction, documentation for every function, demos of the graphical capabilitiesand plenty of usage examples. It allows direct and parallel computation inall four vector spaces and provides the beginner with a copy-and-paste style of dataanalysis, while letting advanced users keep the functionality and customizability theydemand of R, as well as all necessary tools to add own analysis routines. A completeexample is included in the appendix

Tests for sex-biased dispersal using bi-parentally inherited genetic markers.

Understanding why dispersal is sex-biased in many taxa is still a major concern in evolutionary ecology. Dispersal tends to be male-biased in mammals and female-biased in birds, but counter-examples exist and little is known about sex bias in other taxa. Obtaining accurate measures of dispersal in the field remains a problem. Here we describe and compare several methods for detecting sex-biased dispersal using bi-parentally inherited, codominant genetic markers. If gene flow is restricted among populations, then the genotype of an individual tells something about its origin. Provided that dispersal occurs at the juvenile stage and that sampling is carried out on adults, genotypes sampled from the dispersing sex should on average be less likely (compared to genotypes from the philopatric sex) in the population in which they were sampled. The dispersing sex should be less genetically structured and should present a larger heterozygote deficit. In this study we use computer simulations and a permutation test on four statistics to investigate the conditions under which sex-biased dispersal can be detected. Two tests emerge as fairly powerful. We present results concerning the optimal sampling strategy (varying number of samples, individuals, loci per individual and level of polymorphism) under different amounts of dispersal for each sex. These tests for biases in dispersal are also appropriate for any attribute (e.g. size, colour, status) suspected to influence the probability of dispersal. A windows program carrying out these tests can be freely downloaded from http://www.unil.ch/izea/softwares/fstat.html

Genomic and proteomic approaches towards an understanding of sleep.

The basic functions of sleep are still unclear, however, recent advances in genomics and proteomics have begun to contribute to our understanding of both normal and pathological sleep. In this review, we focus primarily on normal sleep and wake that have been studied in model organisms such as mice. Mice have been especially valuable since many different inbred strains exist that differ in sleep-related traits, and genes can be altered by either mutagenesis or targeted approaches. Advances in QTL (Quantitative Trait Loci) analysis have also helped to identify important sleep related genes, and several other QTLs have been mapped as a first step toward finding the genes that underlie basic sleep traits. In addition to more traditional genetic approaches, the abundance of different mRNAs across sleep and wake can now be studied and compared in different brain regions much more thoroughly using microarray methods. Progress at the protein level has been more difficult, but a few studies have begun to investigate changes in proteins during sleep and wake, and we present some of our own preliminary data in this area. A knowledge of which genes and proteins control or respond to changes in sleep will not only help answer fundamental questions, but may also suggest novel drug targets for improving multiple aspects of sleep and wake.

Targeting anticancer therapy : clinical and preclinical approaches

AbstractCancer treatment has shifted from cytotoxic and nonspecific chemotherapy to chronic treatment with targeted molecular therapies. These new classes of drugs directed against cancer-specific molecules and signaling pathways, act at a particular level of the tumor cell development. However, in both types of therapeutic approaches (standard cytotoxic chemotherapy and targeted signal transduction inhibitions), toxicity and side effects can occur. The aim of this thesis was to investigate various approaches to improve the activity and tolerability of cancer treatment, in a clinical setting, a) by molecular targeting through the use of tyrosine kinase inhibitors (TKIs), whose dosage can be adapted to each patient according to plasma levels, and, b) in a preclinical model, by tissue targeting with locoregional administration of cytotoxic chemotherapy to increase drug exposure in the target tissue while reducing systemic toxicity of the treatment.A comprehensive program for the Therapeutic Drug Monitoring (TDM) of the new class of targeted anticancer drugs of TKIs in patient's blood has been therefore initiated comprising the setting up, validation and clinical application of a multiplex assay by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry of TKIs in plasma from cancer patients. Information on drugs exposure may be clinically useful for an optimal follow-up of patients' anticancer treatment, especially in case of less than optimal clinical response, occurrence of adverse drug reaction effects and the numerous risks of drug-drug interactions. In this context, better knowledge of the potential drug interactions between TKIs and widely prescribed co- medications is of critical importance for clinicians, to improve their daily care of cancer patients. For one of the first TKI imatinib, TDM interpretation is nowadays based on total plasma concentrations but, only the unbound (free) form is likely to enter cell to exert its pharmacological action. Pharmacokinetic analysis of the total and free plasma level of imatinib measured simultaneously in patients have allowed to refine and validate a population pharmacokinetic model integrating factors influencing in patients the exposure of pharmacological active species. The equation developed from this model may be used for extrapolating free imatinib plasma concentration based on the total plasma levels that are currently measured in TDM from patients. Finally, the specific influence of Pglycoprotein on the intracellular disposition of TKIs has been studies in cell systems using the siRNA silencing approach.Another approach to enhance the selectivity of anticancer treatment may be achieved by the loco-regional administration of a cytostatic agent to the target organ while sparing non- affected tissues. Isolated lung perfusion (ILP) was designed for the treatment of loco-regional malignancies of the lung but clinical results have been so far disappointing. It has been shown in a preclinical model in rats that ILP with the cytotoxic agent doxorubicin alone allows a high drug uptake in lung tissue, and a low systemic toxicity, but was characterized by a high spatial tissular heterogeneity in drug exposure and doxorubicin uptake in tumor was comparatively smaller than in normal lung tissue. Photodynamic therapy (PDT) is a new approach for the treatment of superficial tumors, and implies the application of a sensitizer activated by a laser light at a specific wavelength, that disrupts endothelial barrier of tumor vessels to increase locally the distribution of cytostatics into the tumor tissue. PDT pre-treatment before intravenous administration of liposomal doxorubicin was indeed shown to selectively increase drug uptake in tumors in a rat model of sarcoma tumors to the lung.RésuméLe traitement de certains cancers s'est progressivement transformé et est passé de la chimiothérapie, cytotoxique et non spécifique, au traitement chronique des patients avec des thérapies moléculaires ciblées. Ces médicaments ont une action ciblée en interférant à un niveau spécifique du développement de la cellule tumorale. Dans les deux types d'approches thérapeutiques (chimiothérapie cytotoxique et traitements ciblés), on est confronté à la présence de toxicité et aux effets secondaires du traitement anticancéreux. Le but de cette thèse a donc été d'étudier diverses approches visant à améliorer l'efficacité et la tolérabilité du traitement anticancéreux, a) dans le cadre d'une recherche clinique, par le ciblage moléculaire grâce aux inhibiteurs de tyrosines kinases (TKIs) dont la posologie est adaptée à chaque patient, et b) dans un modèle préclinique, par le ciblage tissulaire grâce à l'administration locorégionale de chimiothérapie cytotoxique, afin d'augmenter l'exposition dans le tissu cible et de réduire la toxicité systémique du traitement.Un programme de recherche sur le suivi thérapeutique (Therapeutic Drug Monitoring, TDM) des inhibiteurs de tyrosine kinases a été ainsi mis en place et a impliqué le développement, la validation et l'application clinique d'une méthode multiplex par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem des TKIs chez les patients souffrant de cancer. L'information fournie par le TDM sur l'exposition des patients aux traitements ciblés est cliniquement utile et est susceptible d'optimiser la dose administrée, notamment dans les cas où la réponse clinique au traitement des patients est sous-optimale, en présence d'effets secondaires du traitement ciblé, ou lorsque des risques d'interactions médicamenteuses sont suspectés. Dans ce contexte, l'étude des interactions entre les TKIs et les co-médications couramment associées est utile pour les cliniciens en charge d'améliorer au jour le jour la prise en charge du traitement anticancéreux. Pour le premier TKI imatinib, l'interprétation TDM est actuellement basée sur la mesure des concentrations plasmatiques totales alors que seule la fraction libre (médicament non lié aux protéines plasmatiques circulantes) est susceptible de pénétrer dans la cellule pour exercer son action pharmacologique. L'analyse pharmacocinétique des taux plasmatiques totaux et libres d'imatinib mesurés simultanément chez les patients a permis d'affiner et de valider un modèle de pharmacocinétique de population qui intègre les facteurs influençant l'exposition à la fraction de médicament pharmacologiquement active. L'équation développée à partir de ce modèle permet d'extrapoler les concentrations libres d'imatinib à partir des concentrations plasmatiques totales qui sont actuellement mesurées lors du TDM des patients. Finalement, l'influence de la P-glycoprotéine sur la disposition cellulaire des TKIs a été étudiée dans un modèle cellulaire utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments.Une autre approche pour augmenter la sélectivité du traitement anticancéreux consiste en une administration loco-régionale d'un agent cytostatique directement au sein de l'organe cible tout en préservant les tissus sains. La perfusion isolée du poumon (ILP) a été conçue pour le traitement loco-régional des cancers affectant les tissus pulmonaires mais les résultats cliniques ont été jusqu'à ce jour décevants. Dans des modèles précliniques chez le rat, il a pu être démontré que l'ILP avec la doxorubicine, un agent cytotoxique, administré seul, permet une exposition élevée au niveau du tissu pulmonaire, et une faible toxicité systémique. Toutefois, cette technique est caractérisée par une importante variabilité de la distribution dans les tissus pulmonaires et une pénétration du médicament au sein de la tumeur comparativement plus faible que dans les tissus sains.La thérapie photodynamique (PDT) est une nouvelle approche pour le traitement des tumeurs superficielles, qui consiste en l'application d'un agent sensibilisateur activé par une lumière laser de longueur d'onde spécifique, qui perturbe l'intégrité physiologique de la barrière endothéliale des vaisseaux alimentant la tumeur et permet d'augmenter localement la pénétration des agents cytostatiques.Nos études ont montré qu'un pré-traitement par PDT permet d'augmenter sélectivement l'absorption de doxorubicine dans les tumeurs lors d'administration i.v. de doxorubicine liposomale dans un modèle de sarcome de poumons de rongeurs.Résumé large publicDepuis une dizaine d'année, le traitement de certains cancers s'est progressivement transformé et les patients qui devaient jusqu'alors subir des chimiothérapies, toxiques et non spécifiques, peuvent maintenant bénéficier de traitements chroniques avec des thérapies ciblées. Avec les deux types d'approches thérapeutiques, on reste cependant confronté à la toxicité et aux effets secondaires du traitement.Le but de cette thèse a été d'étudier chez les patients et dans des modèles précliniques les diverses approches visant à améliorer l'activité et la tolérance des traitements à travers un meilleur ciblage de la thérapie anticancéreuse. Cet effort de recherche nous a conduits à nous intéresser à l'optimisation du traitement par les inhibiteurs de tyrosines kinases (TKIs), une nouvelle génération d'agents anticancéreux ciblés agissant sélectivement sur les cellules tumorales, en particulier chez les patients souffrant de leucémie myéloïde chronique et de tumeurs stromales gastro-intestinales. L'activité clinique ainsi que la toxicité de ces TKIs paraissent dépendre non pas de la dose de médicament administrée, mais de la quantité de médicaments circulant dans le sang auxquelles les tumeurs cancéreuses sont exposées et qui varient beaucoup d'un patient à l'autre. A cet effet, nous avons développé une méthode par chromatographie couplée à la spectrométrie de masse pour mesurer chez les patients les taux de médicaments de la classe des TKIs dans la perspective de piloter le traitement par une approche de suivi thérapeutique (Therapeutic Drug Monitoring, TDM). Le TDM repose sur la mesure de la quantité de médicament dans le sang d'un patient dans le but d'adapter individuellement la posologie la plus appropriée: des quantités insuffisantes de médicament dans le sang peuvent conduire à un échec thérapeutique alors qu'un taux sanguin excessif peut entraîner des manifestations toxiques.Dans une seconde partie préclinique, nous nous sommes concentrés sur l'optimisation de la chimiothérapie loco-régionale dans un modèle de sarcome du poumon chez le rat, afin d'augmenter l'exposition dans la tumeur tout en réduisant la toxicité dans les tissus non affectés.La perfusion isolée du poumon (ILP) permet d'administrer un médicament anticancéreux cytotoxique comme la doxorubicine, sélectivement au niveau le tissu pulmonaire où sont généralement localisées les métastases de sarcome. L'administration par ILP de doxorubicine, toxique pour le coeur, a permis une forte accumulation des médicaments dans le poumon, tout en épargnant le coeur. Il a été malheureusement constaté que la doxorubicine ne pénètre que faiblement dans la tumeur sarcomateuse, témoignant des réponses cliniques décevantes observées avec cette approche en clinique. Nous avons ainsi étudié l'impact sur la pénétration tumorale de l'association d'une chimiothérapie cytotoxique avec la thérapie photodynamique (PDT) qui consiste en l'irradiation spécifique du tissu-cible cancéreux, après l'administration d'un agent photosensibilisateur. Dans ce modèle animal, nous avons observé qu'un traitement par PDT permet effectivement d'augmenter de façon sélective l'accumulation de doxorubicine dans les tumeurs lors d'administration intraveineuse de médicament.

Comprehensive analysis of Arabidopsis expression level polymorphisms with simple inheritance.

In Arabidopsis thaliana, gene expression level polymorphisms (ELPs) between natural accessions that exhibit simple, single locus inheritance are promising quantitative trait locus (QTL) candidates to explain phenotypic variability. It is assumed that such ELPs overwhelmingly represent regulatory element polymorphisms. However, comprehensive genome-wide analyses linking expression level, regulatory sequence and gene structure variation are missing, preventing definite verification of this assumption. Here, we analyzed ELPs observed between the Eil-0 and Lc-0 accessions. Compared with non-variable controls, 5' regulatory sequence variation in the corresponding genes is indeed increased. However, approximately 42% of all the ELP genes also carry major transcription unit deletions in one parent as revealed by genome tiling arrays, representing a >4-fold enrichment over controls. Within the subset of ELPs with simple inheritance, this proportion is even higher and deletions are generally more severe. Similar results were obtained from analyses of the Bay-0 and Sha accessions, using alternative technical approaches. Collectively, our results suggest that drastic structural changes are a major cause for ELPs with simple inheritance, corroborating experimentally observed indel preponderance in cloned Arabidopsis QTL.