Optimisation du processus de développement du médicament grâce à la modélisation PK et les simulations d’études cliniques

Le développement d’un médicament est non seulement complexe mais les retours sur investissment ne sont pas toujours ceux voulus ou anticipés. Plusieurs médicaments échouent encore en Phase III même avec les progrès technologiques réalisés au niveau de plusieurs aspects du développement du médicament. Ceci se traduit en un nombre décroissant de médicaments qui sont commercialisés. Il faut donc améliorer le processus traditionnel de développement des médicaments afin de faciliter la disponibilité de nouveaux produits aux patients qui en ont besoin. Le but de cette recherche était d’explorer et de proposer des changements au processus de développement du médicament en utilisant les principes de la modélisation avancée et des simulations d’essais cliniques. Dans le premier volet de cette recherche, de nouveaux algorithmes disponibles dans le logiciel ADAPT 5® ont été comparés avec d’autres algorithmes déjà disponibles afin de déterminer leurs avantages et leurs faiblesses. Les deux nouveaux algorithmes vérifiés sont l’itératif à deux étapes (ITS) et le maximum de vraisemblance avec maximisation de l’espérance (MLEM). Les résultats de nos recherche ont démontré que MLEM était supérieur à ITS. La méthode MLEM était comparable à l’algorithme d’estimation conditionnelle de premier ordre (FOCE) disponible dans le logiciel NONMEM® avec moins de problèmes de rétrécissement pour les estimés de variances. Donc, ces nouveaux algorithmes ont été utilisés pour la recherche présentée dans cette thèse. Durant le processus de développement d’un médicament, afin que les paramètres pharmacocinétiques calculés de façon noncompartimentale soient adéquats, il faut que la demi-vie terminale soit bien établie. Des études pharmacocinétiques bien conçues et bien analysées sont essentielles durant le développement des médicaments surtout pour les soumissions de produits génériques et supergénériques (une formulation dont l'ingrédient actif est le même que celui du médicament de marque, mais dont le profil de libération du médicament est différent de celui-ci) car elles sont souvent les seules études essentielles nécessaires afin de décider si un produit peut être commercialisé ou non. Donc, le deuxième volet de la recherche visait à évaluer si les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte pour un individu pouvaient avoir une incidence sur les conclusions d’une étude de bioéquivalence et s’ils devaient être soustraits d’analyses statistiques. Les résultats ont démontré que les paramètres calculer d’une demi-vie obtenue à partir d'une durée d'échantillonnage réputée trop courte influençaient de façon négative les résultats si ceux-ci étaient maintenus dans l’analyse de variance. Donc, le paramètre de surface sous la courbe à l’infini pour ces sujets devrait être enlevé de l’analyse statistique et des directives à cet effet sont nécessaires a priori. Les études finales de pharmacocinétique nécessaires dans le cadre du développement d’un médicament devraient donc suivre cette recommandation afin que les bonnes décisions soient prises sur un produit. Ces informations ont été utilisées dans le cadre des simulations d’essais cliniques qui ont été réalisées durant la recherche présentée dans cette thèse afin de s’assurer d’obtenir les conclusions les plus probables. Dans le dernier volet de cette thèse, des simulations d’essais cliniques ont amélioré le processus du développement clinique d’un médicament. Les résultats d’une étude clinique pilote pour un supergénérique en voie de développement semblaient très encourageants. Cependant, certaines questions ont été soulevées par rapport aux résultats et il fallait déterminer si le produit test et référence seraient équivalents lors des études finales entreprises à jeun et en mangeant, et ce, après une dose unique et des doses répétées. Des simulations d’essais cliniques ont été entreprises pour résoudre certaines questions soulevées par l’étude pilote et ces simulations suggéraient que la nouvelle formulation ne rencontrerait pas les critères d’équivalence lors des études finales. Ces simulations ont aussi aidé à déterminer quelles modifications à la nouvelle formulation étaient nécessaires afin d’améliorer les chances de rencontrer les critères d’équivalence. Cette recherche a apporté des solutions afin d’améliorer différents aspects du processus du développement d’un médicament. Particulièrement, les simulations d’essais cliniques ont réduit le nombre d’études nécessaires pour le développement du supergénérique, le nombre de sujets exposés inutilement au médicament, et les coûts de développement. Enfin, elles nous ont permis d’établir de nouveaux critères d’exclusion pour des analyses statistiques de bioéquivalence. La recherche présentée dans cette thèse est de suggérer des améliorations au processus du développement d’un médicament en évaluant de nouveaux algorithmes pour des analyses compartimentales, en établissant des critères d’exclusion de paramètres pharmacocinétiques (PK) pour certaines analyses et en démontrant comment les simulations d’essais cliniques sont utiles.

Les Déterminants Génétiques de la Pharmacocinétique du Busulfan et les Résultats de la Transplantation

Le busulfan (Bu) est un composé clé de la phase de conditionnement chez les enfants subissant une transplantation des cellules souches hématopoïétiques (TCSH). Les différences inter-individuelles de la pharmacocinétique (PK) du Bu pourraient affecter son efficacité et sa toxicité. Le Bu est principalement métabolisé par la glutathion-S-transférase (GST). Nous avons étudié la relation des génotypes GSTA1, GSTM1 et GSTP1 avec la PK de la première dose de Bu et la relation avec les résultats de la TCSH chez 69 enfants recevant un régime de conditionnement myéloablatif. Le génotype GSTM1 nul a corrélé avec une exposition élevée du Bu et une faible clairance (CL) chez les patients âgés de 4 ans (p ≤ 0,04). Dans le respect du rôle fonctionnel suggéré d’haplotype GSTA1 *A2, il a été associé à des niveaux plus faibles de médicaments et des niveaux élevés de CL (p ≤ 0,03). L’effet Gène-dose a également été observé (p = ≤ 0,007). L’haplotype de GSTA1 était associé avec les résultats de la TCSH. Les porteurs de deux copies d’haplotype *A2 avaient une meilleure survie sans événement (p = 0,03). En revanche, les individus homozygotes pour haplotypes * B et *B1 ont un risque plus élevé d’atteindre la maladie veino-occlusive (MVO) (p = 0,009). Les individus porteurs de GSTM1 nul âgés de 4 ans possèdent un risque plus fréquent d’avoir la maladie du greffon contre l'hôte (GvHD) (p = 0,03). En conclusion, nous avons montré que les variantes génétiques de GST influencent la PK du BU et les résultats de la TCSH chez les enfants. Pour l'ajustement de la posologie, un modèle avec l'inclusion des facteurs génétiques et non génétiques devrait être évalué et validé dans une étude prospective.

Pharmacométrie de la ropivacaïne suivant l’anesthésie locorégionale chez les patients orthopédiques : caractérisation de l’intensité et de la durée du bloc sensitif

Introduction & Objectifs : Pour assurer l’analgésie postopératoire, l’anesthésiste dispose, en plus des différentes classes de médicaments administrés par voie orale ou intraveineuse, de diverses techniques pour bloquer l’influx nerveux douloureux en administrant les anesthésiques locaux (AL) de manière centrale ou périphérique. La ropivacaïne (ROP), un AL à longue durée d’action, est un médicament de première intention partout dans le monde, en raison de sa grande efficacité et de son faible risque de toxicité. Contrairement à certains pays, la ROP n'est toujours pas indiquée au Canada pour la rachianesthésie (bloc central) en raison d'un manque de données probantes. Jusqu'à présent, les efforts de recherche ont essentiellement porté sur la sécurité ainsi que sur la durée d’action du médicament lorsqu’administré par voie spinale. De plus, les doses optimales de ROP pour l’anesthésie régionale périphérique ne sont pas encore précisément connues. La posologie devrait être adaptée au site d’administration ainsi qu’à l’intensité et la durée du stimulus produit par la chirurgie. Ultimement, cela permettrait aux cliniciens d’identifier le régime optimal en fonction des facteurs démographiques qui pourraient affecter la pharmacocinétique (PK) et la pharmacodynamie (PD) de l’AL (objectif global de ces travaux). Validation de la Méthode Analytique Manuscrit 1 : Une méthode analytique spécifique et sensible permettant de déterminer les concentrations plasmatiques de ROP a d’abord été optimisée et validée. Validation du Biomarqueur Manuscrit 2 : Nous avons ensuite mis au point et évalué la fiabilité d’une méthode quantitative basée sur la mesure du seuil de perception sensorielle (CPT) chez le volontaire sain. Ce test nécessite l’application d’un courant électrique transcutané qui augmente graduellement et qui, selon la fréquence choisie, est capable de stimuler spécifiquement les fibres nerveuses impliquées dans le cheminement de l’influx nerveux douloureux. Les résultats obtenus chez les volontaires sains indiquent que la mesure CPT est fiable, reproductible et permet de suivre l’évolution temporelle du bloc sensitif. Études cliniques Manuscrit 3 : Nous avons ensuite caractérisé, pendant plus de 72 h, l’absorption systémique de la ROP lorsqu’administrée pour un bloc du nerf fémoral chez 19 patients subissant une chirurgie du genou. Le modèle PK populationnel utilisé pour analyser nos résultats comporte une absorption biphasique durant laquelle une fraction de la dose administrée pénètre rapidement (temps d’absorption moyen : 27 min, IC % 19 – 38 min) dans le flux sanguin systémique pendant que l’autre partie, en provenance du site de dépôt, est redistribuée beaucoup plus lentement (demi-vie (T1/2) : 2.6 h, IC % 1.6 – 4.3 h) vers la circulation systémique. Une relation statistiquement significative entre l’âge de nos patients et la redistribution de l’AL suggère que la perméabilité tissulaire est augmentée avec l’âge. Manuscrit 4 : Une analyse PK-PD du comportement sensitif du bloc fémoral (CPT) a été effectuée. Le modèle développé a estimé à 20.2 ± 10.1 mg la quantité de ROP nécessaire au site d’action pour produire 90 % de l’effet maximal (AE90). À 2 X la AE90, le modèle prédit un début d’action de 23.4 ± 12.5 min et une durée de 22.9 ± 5.3 h. Il s’agit de la première étude ayant caractérisé le comportement sensitif d’un bloc nerveux périphérique. Manuscrit 5 : La troisième et dernière étude clinique a été conduite chez les patients qui devaient subir une chirurgie du genou sous rachianesthésie. Tout comme pour le bloc du nerf fémoral, le modèle PK le plus approprié pour nos données suggère que l’absorption systémique de la ROP à partir du liquide céphalo-rachidien est biphasique; c.à.d. une phase initiale (T1/2 : 49 min, IC %: 24 – 77 min) suivie (délai: 18 ± 2 min) d'une phase légèrement plus lente (T1/2 : 66 min, IC %: 36 – 97 min). L’effet maximal a été observé beaucoup plus rapidement, soit aux environs de 12.6 ± 4.9 min, avant de revenir aux valeurs de base 210 ± 55 min suivant l’administration de l’agent. Ces données ont permis d’estimer une AE50 de 7.3 ± 2.3 mg pour l'administration spinale. Conclusion : En somme, ces modèles peuvent être utilisés pour prédire l’évolution temporelle du bloc sensitif de l’anesthésie rachidienne et périphérique (fémorale), et par conséquent, optimiser l’utilisation clinique de la ROP en fonction des besoins des cliniciens, notamment en ce qui a trait à l’âge du patient.

Utilisation et développement de techniques pharmacocinétiques avancées afin d’améliorer le développement de molécules pharmaceutiques

Malgré le progrès technologique et nos connaissances pharmaceutiques et médicales croissantes, le développement du médicament demeure un processus difficile, dispendieux, long et très risqué. Ce processus mérite d'être amélioré pour faciliter le développement de nouveaux traitements. À cette fin, cette thèse vise à démontrer l’utilité de principes avancés et d’outils élaborés en pharmacocinétique (PK), actuels et nouveaux. Ces outils serviront à répondre efficacement à des questions importantes lors du développement d’un médicament, sauvant ainsi du temps et des coûts. Le premier volet de la thèse porte sur l’utilisation de la modélisation et des simulations et la création d’un nouveau modèle afin d’établir la bioéquivalence entre deux formulations de complexe de gluconate ferrique de sodium en solution de sucrose pour injection. Comparé aux méthodes courantes, cette nouvelle approche proposée se libère de plusieurs présuppositions, et requiert moins de données. Cette technique bénéficie d’une robustesse scientifique tout en étant associée à des économies de temps et de coûts. Donc, même si développé pour produits génériques, elle pourra également s’avérer utile dans le développement de molécules innovatrices et « biosimilaires ». Le deuxième volet décrit l’emploi de la modélisation pour mieux comprendre et quantifier les facteurs influençant la PK et la pharmacodynamie (PD) d’une nouvelle protéine thérapeutique, la pegloticase. L’analyse a démontré qu’aucun ajustement posologique n’était nécessaire et ces résultats sont inclus dans la monographie officielle du produit. Grâce à la modélisation, on pouvait répondre à des questions importantes concernant le dosage d’un médicament sans passer par des nouvelles études ni d'évaluations supplémentaires sur les patients. Donc, l’utilisation de cet outil a permis de réduire les dépenses sans prolonger le processus de développement. Le modèle développé dans le cadre de cette analyse pourrait servir à mieux comprendre d’autres protéines thérapeutiques, incluant leurs propriétés immunogènes. Le dernier volet démontre l’utilité de la modélisation et des simulations dans le choix des régimes posologiques d’un antibiotique (TP-434) pour une étude de Phase 2. Des données provenant d’études de Phase 1 ont été modélisées au fur et à mesure qu’elles devenaient disponibles, afin de construire un modèle décrivant le profil pharmacocinétique du TP-434. Ce processus de modélisation exemplifiait les cycles exploratoires et confirmatoires décrits par Sheiner. Ainsi, en se basant sur des relations PK/PD d’un antibiotique de classe identique, des simulations ont été effectuées avec le modèle PK final, afin de proposer de nouveaux régimes posologiques susceptibles d’être efficace chez les patients avant même d'effectuer des études. Cette démarche rationnelle a mené à l’utilisation de régimes posologiques avec une possibilité accrue d’efficacité, sans le dosage inutile des patients. Ainsi, on s’est dispensé d’études ou de cohortes supplémentaires coûteuses qui auraient prolongé le processus de développement. Enfin, cette analyse est la première à démontrer l’application de ces techniques dans le choix des doses d’antibiotique pour une étude de Phase 2. En conclusion, cette recherche démontre que des outils de PK avancés comme la modélisation et les simulations ainsi que le développement de nouveaux modèles peuvent répondre efficacement et souvent de manière plus robuste à des questions essentielles lors du processus de développement du médicament, tout en réduisant les coûts et en épargnant du temps.

Audiological and electrophysiological assessment of professional pop/rock musicians

In the present study, we evaluated peripheral and central auditory pathways in professional musicians (with and without hearing loss) compared to non-musicians. The goal was to verify if music exposure could affect auditory pathways as a whole. This is a prospective study that compared the results obtained between three groups (musicians with and without hearing loss and non-musicians). Thirty-two male individuals participated and they were assessed by: Immittance measurements, pure-tone air conduction thresholds at all frequencies from 0.25 to 20 kHz, Transient Evoked Otoacoustic Emissions, Auditory Brainstem Response (ABR), and Cognitive Potential. The musicians showed worse hearing thresholds in both conventional and high frequency audiometry when compared to the non-musicians; the mean amplitude of Transient Evoked Otoacoustic Emissions was smaller in the musicians group, but the mean latencies of Auditory Brainstem Response and Cognitive Potential were diminished in the musicians when compared to the non-musicians. Our findings suggest that the population of musicians is at risk for developing music-induced hearing loss. However, the electrophysiological evaluation showed that latency waves of ABR and P300 were diminished in musicians, which may suggest that the auditory training to which these musicians are exposed acts as a facilitator of the acoustic signal transmission to the cortex.

The unconventional secretion of stress-inducible protein 1 by a heterogeneous population of extracellular vesicles

The co-chaperone stress-inducible protein 1 (STI1) is released by astrocytes, and has important neurotrophic properties upon binding to prion protein (PrPC). However, STI1 lacks a signal peptide and pharmacological approaches pointed that it does not follow a classical secretion mechanism. Ultracentrifugation, size exclusion chromatography, electron microscopy, vesicle labeling, and particle tracking analysis were used to identify three major types of extracellular vesicles (EVs) released from astrocytes with sizes ranging from 20–50, 100–200, and 300–400 nm. These EVs carry STI1 and present many exosomal markers, even though only a subpopulation had the typical exosomal morphology. The only protein, from those evaluated here, present exclusively in vesicles that have exosomal morphology was PrPC. STI1 partially co-localized with Rab5 and Rab7 in endosomal compartments, and a dominant-negative for vacuolar protein sorting 4A (VPS4A), required for formation of multivesicular bodies (MVBs), impaired EV and STI1 release. Flow cytometry and PK digestion demonstrated that STI1 localized to the outer leaflet of EVs, and its association with EVs greatly increased STI1 activity upon PrPC-dependent neuronal signaling. These results indicate that astrocytes secrete a diverse population of EVs derived from MVBs that contain STI1 and suggest that the interaction between EVs and neuronal surface components enhances STI1–PrPC signaling

Gender-specific elimination of continuous-infusional 5-fluorouracil in patients with gastrointestinal malignancies: results from a prospective population pharmacokinetic study

This study was initiated to assess the quantitative impact of patient anthropometrics and dihydropyrimidine dehydrogenase (DPYD) mutations on the pharmacokinetics (PK) of 5-fluorouracil (5FU) and to explore limited sampling strategies of 5FU.

Parameters of population dynamics and energetics of ctenophore Mnemiopsis leidyi in Sevastopol Bay from January 1995 to March 1996

Population dynamics of abundance and biomass were studied and specific production of population of ctenophore Mnemiopsis leidyi was estimated in the Sevastopol Bay from January 1995 to March 1996. The ctenophores achieved maximum abundance and biomass in July during period of intensive reproduction. Young specimens (<5 mm) contributed during that period as much as 50-87% to total abundance of population. Annually averaged daily specific growth rate was 0.039. Growth, food consumption, and rate of filtration were measured in a laboratory under two concentrations of food (Acartia clausi and Moina micrura: 60 and 100 specimens per liter, 0.35 and 0.60 mg wet weight/l). Both concentrations sustained growth of animals with dry weight less than 20 mg. However these concentrations were insufficient to sustain growth of larger ctenophores. Specific growth rate of the ctenophores with dry weight <20 mg under favorable food conditions was 0.20-0.30 l/day. Specific growth rate of the ctenophores in the Sevastopol Bay never exceeded 0.093 l/day, mean biomass of fodder zooplankton in the bay being 90 mg/m**3 in terms of wet weight. Hence a conclusion was made that population of M. leidyi in the bay was limited by lack of food.

Population pharmacokinetics of hydroxychloroquine in patients with rheumatoid arthritis

Hydroxychloroquine (HCQ) is an antimalarial drug that is also used as a second-line treatment of rheumatoid arthritis (RA). Clinically, the use of HCQ is characterized by a long delay in the onset of action, and withdrawal of treatment is often a result of inefficacy rather than from toxicity. The slow onset of action can be attributed to the pharmacokinetics (PK) of HCQ, and wide interpatient variability is evident. Tentative relationships between concentration and effect have been made, but to date, no population PK model has been developed for HCQ. This study aimed to develop a population PK model including an estimation of the oral bioavailability of HCQ. In addition, the effects of the coadministration of methotrexate on the PK of HCQ were examined. Hydroxychloroquine blood concentration data were combined from previous pharmacokinetic studies in patients with rheumatoid arthritis. A total of 123 patients were studied, giving the data cohort from four previously published studies. Two groups of patients were included: 74 received hydroxychloroquine (HCQ) alone, and 49 received HCQ and methotrexate (MTX). All data analyses were carried out using the NONMEM program. A one-compartment PK model was supported, rather than a three-compartment model as previously published, probably because of the clustering of concentrations taken at the end of a dosing interval. The population estimate of bioavailability of 0.75 (0.07), n = 9, was consistent with literature values. The parameter values from the final model were: (Cl) over bar = 9.9 +/- 0.4 L/h, (V) over bar 605 +/- 91 L, (k(d)) over bar = 0.77 +/- 0.22 hours(-1), (t(tag)) over bar = 0.44 +/- 0.02 hours. Clearance was not affected by the presence of MTX, and, hence, steady-state drug concentrations and maintenance dosage requirements were similar. A population PK model was successfully developed for HCQ.

Optimal design for model discrimination and parameter estimation for itraconazole population pharmacokinetics in cystic fibrosis patients

Optimal sampling times are found for a study in which one of the primary purposes is to develop a model of the pharmacokinetics of itraconazole in patients with cystic fibrosis for both capsule and solution doses. The optimal design is expected to produce reliable estimates of population parameters for two different structural PK models. Data collected at these sampling times are also expected to provide the researchers with sufficient information to reasonably discriminate between the two competing structural models.

Bayesian population pharmacokinetic analysis of sirolimus

Objective: It is usual that data collected from routine clinical care is sparse and unable to support the more complex pharmacokinetic (PK) models that may have been reported in previous rich data studies. Informative priors may be a pre-requisite for model development. The aim of this study was to estimate the population PK parameters of sirolimus using a fully Bayesian approach with informative priors. Methods: Informative priors including prior mean and precision of the prior mean were elicited from previous published studies using a meta-analytic technique. Precision of between-subject variability was determined by simulations from a Wishart distribution using MATLAB (version 6.5). Concentration-time data of sirolimus retrospectively collected from kidney transplant patients were analysed using WinBUGS (version 1.3). The candidate models were either one- or two-compartment with first order absorption and first order elimination. Model discrimination was based on computation of the posterior odds supporting the model. Results: A total of 315 concentration-time points were obtained from 25 patients. Most data were clustered at trough concentrations with range of 1.6 to 77 hours post-dose. Using informative priors, either a one- or two-compartment model could be used to describe the data. When a one-compartment model was applied, information was gained from the data for the value of apparent clearance (CL/F = 18.5 L/h), and apparent volume of distribution (V/F = 1406 L) but no information was gained about the absorption rate constant (ka). When a two-compartment model was fitted to the data, the data were informative about CL/F, apparent inter-compartmental clearance, and apparent volume of distribution of the peripheral compartment (13.2 L/h, 20.8 L/h, and 579 L, respectively). The posterior distribution of the volume distribution of central compartment and ka were the same as priors. The posterior odds for the two-compartment model was 8.1, indicating the data supported the two-compartment model. Conclusion: The use of informative priors supported the choice of a more complex and informative model that would otherwise have not been supported by the sparse data.

Paediatric population pharmacokinetics of itraconazole and its active metabolite hydroxy-itraconazole in cystic fibrosis and bone marrow transplant patients

Objectives: The aim of the study was to characterise the population pharmacokinetics (popPK) properties of itraconazole (ITRA) and its active metabolite hydroxy-ITRA in a representative paediatric population of cystic fibrosis (CF) and bone marrow transplant (BMT) patients. The goals were to determine the relative bioavailability between the two oral formulations, and to explore improved dosage regimens in these patients. Methods: All paediatric patients with CF taking oral ITRA for the treatment of allergic bronchopulmonary aspergillosis and patients undergoing BMT who were taking ITRA for prophylaxis of any fungal infection were eligible for the study. A minimum of two blood samples were drawn after the capsules and also after switching to oral solution, or vice versa. ITRA and hydroxy-ITRA plasma concentrations were measured by HPLC[1]. A nonlinear mixed-effect modelling approach (NONMEM 5.1.1) was used to describe the PK of ITRA and hydroxy-ITRA simultaneously. Simulations were used to assess dosing strategies in these patients. Results: Forty-nine patients (29CF, 20 BMT) were recruited to the study who provided 227 blood samples for the population analysis. A 1-compartment model with 1st order absorption and elimination best described ITRA kinetics, with 1st order conversion to hydroxy-ITRA. For ITRA, the apparent clearance (ClItra/F) and volume of distribution (Vitra/F) was 35.5L/h and 672L, respectively; the absorption rate constant for the capsule formulation was 0.0901 h-1 and for the oral solution formulation it was 0.959 h-1. The capsule comparative bioavailability (vs. solution) was 0.55. For hydroxy-ITRA, the apparent volume of distribution and clearance were 10.6 L and 5.28 L/h, respectively. Of several screened covariates only allometrically scaled total body weight significantly improved the fit to the data. No difference between the two populations was found. Conclusion: The developed popPK model adequately described the pharmacokinetics of ITRA and hydroxy-ITRA in paediatric patients with CF and patients undergoing BMT. High inter-patient variability confirmed previous data in CF[2], leukaemia and BMT[3] patients. From the population model, simulations showed the standard dose (5 mg/kg/day) needs to be doubled for the solution formulation and even 4 times more given of the capsules to achieve an adequate target therapeutic trough plasma concentration of 0.5 mg/L[4] in these patients.

Population pharmacokinetics of single-dose intravenous paracetamol in children

Background To determine the pharmacokinetics (PK) of a new i.v. formulation of paracetamol (Perfalgan) in children ≤15 yr of age. Methods After obtaining written informed consent, children under 16 yr of age were recruited to this study. Blood samples were obtained at 0, 15, 30 min, 1, 2, 4, 6, and 8 h after administration of a weight-dependent dose of i.v. paracetamol. Paracetamol concentration was measured using a validated high-performance liquid chromatographic assay with ultraviolet detection method, with a lower limit of quantification (LLOQ) of 900 pg on column and an intra-day coefficient of variation of 14.3% at the LLOQ. Population PK analysis was performed by non-linear mixed-effect modelling using NONMEM. Results One hundred and fifty-nine blood samples from 33 children aged 1.8–15 yr, weight 13.7–56 kg, were analysed. Data were best described by a two-compartment model. Only body weight as a covariate significantly improved the goodness of fit of the model. The final population models for paracetamol clearance (CL), V1 (central volume of distribution), Q (inter-compartmental clearance), and V2 (peripheral volume of distribution) were: 16.51×(WT/70)0.75, 28.4×(WT/70), 11.32×(WT/70)0.75, and 13.26×(WT/70), respectively (CL, Q in litres per hour, WT in kilograms, and V1 and V2 in litres). Conclusions In children aged 1.8–15 yr, the PK parameters for i.v. paracetamol were not influenced directly by age but were by total body weight and, using allometric size scaling, significantly affected the clearances (CL, Q) and volumes of distribution (V1, V2).