Carbon isotopic ratio analysis by gas chromatography/combustion/isotope ratio mass spectrometry for the detection of gamma-hydroxybutyric acid (GHB) administration to humans.

Since GHB (gamma-hydroxybutyric acid) is naturally produced in the human body, clinical and forensic toxicologists must be able to discriminate between endogenous levels and a concentration resulting from exposure. To suggest an alternative to the use of interpretative concentration cut-offs, the detection of exogenous GHB in urine specimens was investigated by means of gas chromatography/combustion/isotope ratio mass spectrometry (GC/C/IRMS). GHB was isolated from urinary matrix by successive purification on Oasis MCX and Bond Elute SAX solid-phase extraction (SPE) cartridges prior to high-performance liquid chromatography (HPLC) fractioning using an Atlantis dC18 column eluted with a mixture of formic acid and methanol. Subsequent intramolecular esterification of GHB leading to the formation of gamma-butyrolactone (GBL) was carried out to avoid introduction of additional carbon atoms for carbon isotopic ratio analysis. A precision of 0.3 per thousand was determined using this IRMS method for samples at GHB concentrations of 10 mg/L. The (13)C/(12)C ratios of GHB in samples of subjects exposed to the drug ranged from -32.1 to -42.1 per thousand, whereas the results obtained for samples containing GHB of endogenous origin at concentration levels less than 10 mg/L were in the range -23.5 to -27.0 per thousand. Therefore, these preliminary results show that a possible discrimination between endogenous and exogenous GHB can be made using carbon isotopic ratio analyses.

Proteomic analysis of the shistosome tegument and its surface membranes

The tegument surface of the adult schistosome, bounded by a normal plasma membrane overlain by a secreted membranocalyx, holds the key to understanding how schistosomes evade host immune responses. Recent advances in mass spectrometry (MS), and the sequencing of the Schistosoma mansoni transcriptome/genome, have facilitated schistosome proteomics. We detached the tegument from the worm body and enriched its surface membranes by differential extraction, before subjecting the preparation to liquid chromatography-based proteomics to identify its constituents. The most exposed proteins on live worms were labelled with impearmeant biotinylation reagents, and we also developed methods to isolate the membranocalyx for analysis. We identified transporters for sugars, amino acids, inorganic ions and water, which confirm the importance of the tegument plasma membrane in nutrient acquisition and solute balance. Enzymes, including phosphohydrolases, esterases and carbonic anhydrase were located with their catalytic domains external to the plasma membrane, while five tetraspanins, annexin and dysferlin were implicated in membrane architecture. In contrast, few parasite proteins could be assigned to the membranocalyx but mouse immune response proteins, including three immunoglobulins and two complement factors, were detected, plus host membrane proteins such as CD44, integrin and a complement regulatory protein, testifying to the acquisitive properties of the secreted bilayer.

Malaise du nourrisson pensez à une intoxication à l'anis étoil [Apparent life-threatening event in infants: think about star anise intoxication!].

In previous years, several publications have reported cases of infants presenting neurological and gastrointestinal symptoms after ingestion of star anise tea. Such teas are sometimes given in various cultures for the treatment of infant colic pains. In most cases, the cause of intoxication was contamination of Chinese star anise (Illicium verum) by Japanese star anise (Illicium anisatum). Indeed, the toxicity of Illicium anisatum, also known as Shikimi, is caused by its content in potent neurotoxins (anisatin, neoanisatin, and pseudoanisatin), due to their activity as non-competitive antagonists of GABA receptors. The main reasons explaining the frequent contaminations are the strong macroscopic resemblance of the 2 substances, as well as the fact that the fruits are often sold partially broken or in ground form. Therefore, in most cases, chemical analysis is required to determine the possible adulterations. CASE REPORT: A 2-month-old infant, in good general health, was brought to the emergency unit after 3 consecutive episodes of central cyanosis and tetany of the limbs with spontaneous recovery the same afternoon. The child was also very irritable, regurgitated a lot, and positioned himself in opisthotonos. Between these episodes, the neurological exam showed some perturbations (horizontal nystagmus and Bell's phenomenon, hypertony of the extensor muscles, and mild hypotony of the axial flexor muscles) with slow improvement over the following hours. The remaining clinical exam, the laboratory work (complete blood count, renal, hepatic, and muscular tests, capillary blood gas, plasmatic amino acids, and urinary organic acids), and the electroencephalogram findings were all normal. In the course of a detailed interview, the parents reported having given 3 bottles to their child, each one containing 200 mL of an infusion with 4 to 5 fruits of star anise, in the hours preceding the symptoms to relieve colic pains. The last seizure-like event took place approximately 8h after the last ingestion. We could prove the ingestion of anisatin, the toxic substance found in Japanese star anise, and the contamination of Chinese star anise by the Japanese species. Indeed, the anisatin analysis by liquid chromatography and mass spectroscopy (LC-MS) in a urine sample taken 22 h after the last infusion ingestion showed trace amounts of the substance. In another urine sample taken 33 h after ingestion, no anisatin could be detected. Furthermore, the analysis of the fruit sample gave an anisatin concentration of 7800 μg/kg while the maximum tolerance value in Switzerland is 1000 μg/kg. CONCLUSION: The evaluation of ALTE in infants should always include the possibility of intoxication. Star anise is generally considered a harmless medicine. Nevertheless, it can sometimes cause a severe intoxication resulting in various neurological and gastrointestinal symptoms. To prevent such events, not only the parents, but also the care personnel and pharmacists must be informed about the possible adverse effects caused either by the overdose of Chinese star anise or by the eventual contamination of herbal teas with Japanese star anise. A better control of the substances by the health authorities is also necessary.

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.

In vivo antileishmanial activity and chemical profile of polar extract from Selaginella sellowii

The polar hydroethanolic extract from Selaginella sellowii(SSPHE) has been previously proven active on intracellular amastigotes (in vitro test) and now was tested on hamsters infected with Leishmania (Leishmania) amazonensis (in vivo test). SSPHE suppressed a 100% of the parasite load in the infection site and draining lymph nodes at an intralesional dose of 50 mg/kg/day × 5, which was similar to the results observed in hamsters treated with N-methylglucamine antimonate (Sb) (28 mg/Kg/day × 5). When orally administered, SSPHE (50 mg/kg/day × 20) suppressed 99.2% of the parasite load in infected footpads, while Sb suppressed 98.5%. SSPHE also enhanced the release of nitric oxide through the intralesional route in comparison to Sb. The chemical fingerprint of SSPHE by high-performance liquid chromatography with diode-array detection and tandem mass spectrometry showed the presence of biflavonoids and high molecular weight phenylpropanoid glycosides. These compounds may have a synergistic action in vivo. Histopathological study revealed that the intralesional treatment with SSPHE induced an intense inflammatory infiltrate, composed mainly of mononuclear cells. The present findings reinforce the potential of this natural product as a source of future drug candidates for American cutaneous leishmaniasis.

Shotgun Ecotoxicoproteomics of Daphnia pulex: Biochemical Effects of the Anticancer Drug Tamoxifen.

Among pollutants released into the environment by human activities, residues of pharmaceuticals are an increasing matter of concern because of their potential impact on ecosystems. The aim of this study was to analyze differences of protein expression resulting from acute (2 days) and middle-term (7 days) exposure of aquatic microcrustacean Daphnia pulex to the anticancer drug tamoxifen. Using a liquid chromatography-mass spectrometry shotgun approach, about 4000 proteins could be identified, providing the largest proteomics data set of D. pulex published up to now. Considering both time points and tested concentrations, 189 proteins showed a significant fold change. The identity of regulated proteins suggested a decrease in translation, an increase in protein degradation and changes in carbohydrate and lipid metabolism as the major effects of the drug. Besides these impacted processes, which reflect a general stress response of the organism, some other regulated proteins play a role in Daphnia reproduction. These latter results are in accordance with our previous observations of the impact of tamoxifen on D. pulex reproduction and illustrate the potential of ecotoxicoproteomics to unravel links between xenobiotic effects at the biochemical and organismal levels. Data are available via ProteomeXchange with identifier PXD001257.

Cell disposition of raltegravir and newer antiretrovirals in HIV-infected patients: high inter-individual variability in raltegravir cellular penetration.

Objectives The site of pharmacological activity of raltegravir is intracellular. Our aim was to determine the extent of raltegravir cellular penetration and whether raltegravir total plasma concentration (C(tot)) predicts cellular concentration (C(cell)). Methods Open-label, prospective, pharmacokinetic study on HIV-infected patients on a stable raltegravir-containing regimen. Plasma and peripheral blood mononuclear cells were simultaneously collected during a 12 h dosing interval after drug intake. C(tot) and C(cell) of raltegravir, darunavir, etravirine, maraviroc and ritonavir were measured by liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry after protein precipitation. Longitudinal mixed effects analysis was applied to the C(cell)/C(tot) ratio. Results Ten HIV-infected patients were included. The geometric mean (GM) raltegravir total plasma maximum concentration (C(max)), minimum concentration (C(min)) and area under the time-concentration curve from 0-12 h (AUC(0-12)) were 1068 ng/mL, 51.1 ng/mL and 4171 ng·h/mL, respectively. GM raltegravir cellular C(max), C(min) and AUC(0-12) were 27.5 ng/mL, 2.9 ng/mL and 165 ng·h/mL, respectively. Raltegravir C(cell) corresponded to 5.3% of C(tot) measured simultaneously. Both concentrations fluctuate in parallel, with C(cell)/C(tot) ratios remaining fairly constant for each patient without a significant time-related trend over the dosing interval. The AUC(cell)/AUC(tot) GM ratios for raltegravir, darunavir and etravirine were 0.039, 0.14 and 1.55, respectively. Conclusions Raltegravir C(cell) correlated with C(tot) (r = 0.86). Raltegravir penetration into cells is low overall (∼5% of plasma levels), with distinct raltegravir cellular penetration varying by as much as 15-fold between patients. The importance of this finding in the context of development of resistance to integrase inhibitors needs to be further investigated.

Extended bottom-up proteomics with secreted aspartic protease Sap9.

We investigate the benefits and experimental feasibility of approaches enabling the shift from short (1.7kDa on average) peptides in bottom-up proteomics to about twice longer (~3.2kDa on average) peptides in the so-called extended bottom-up proteomics. Candida albicans secreted aspartic protease Sap9 has been selected for evaluation as an extended bottom-up proteomic-grade enzyme due to its suggested dibasic cleavage specificity and ease of production. We report the extensive characterization of Sap9 specificity and selectivity revealing that protein cleavage by Sap9 most often occurs in the vicinity of proximal basic amino acids, and in select cases also at basic and hydrophobic residues. Sap9 is found to cleave a large variety of proteins in a relatively short, ~1h, period of time and it is efficient in a broad pH range, including slightly acidic, e. g., pH5.5, conditions. Importantly, the resulting peptide mixtures contain representative peptides primarily in the target 3-7kDa range. The utility and advantages of this enzyme in routine analysis of protein mixtures are demonstrated and the limitations are discussed. Overall, Sap9 has a potential to become an enzyme of choice in an extended bottom-up proteomics, which is technically ready to complement the traditional bottom-up proteomics for improved targeted protein structural analysis and expanded proteome coverage. BIOLOGICAL SIGNIFICANCE: Advances in biological applications of mass spectrometry-based bottom-up proteomics are oftentimes limited by the extreme complexity of biological samples, e.g., proteomes or protein complexes. One of the reasons for it is in the complexity of the mixtures of enzymatically (most often using trypsin) produced short (<3kDa) peptides, which may exceed the analytical capabilities of liquid chromatography and mass spectrometry. Information on localization of protein modifications may also be affected by the small size of typically produced peptides. On the other hand, advances in high-resolution mass spectrometry and liquid chromatography have created an intriguing opportunity of improving proteome analysis by gradually increasing the size of enzymatically-derived peptides in MS-based bottom-up proteomics. Bioinformatics has already confirmed the envisioned advantages of such approach. The remaining bottle-neck is an enzyme that could produce longer peptides. Here, we report on the characterization of a possible candidate enzyme, Sap9, which may be considered for producing longer, e.g., 3-7kDa, peptides and lead to a development of extended bottom-up proteomics.

In vivo characterisation of a novel water-soluble Cyclosporine A prodrug for the treatment of dry eye disease.

Cyclosporine A (CsA) has been demonstrated to be effective for the treatment of a variety of ophthalmological conditions, including ocular surface disorders such as the dry eye disease (DED). Since CsA is characterised by its low water solubility, the development of a topical ophthalmic formulation represents an interesting pharmaceutical question. In the present study, two different strategies to address this challenge were studied and compared: (i) a water-soluble CsA prodrug formulated within an aqueous solution and (ii) a CsA oil-in-water emulsion (Restasis, Allergan Inc., Irvine, CA). First, the prodrug formulation was shown to have an excellent ocular tolerance as well as no influence on the basal tear production; maintaining the ocular surface properties remained unchanged. Then, in order to allow in vivo investigations, a specific analytical method based on ultra high pressure liquid chromatography coupled with triple quadrupole mass spectrometer (UHPLC-MS/MS) was developed and optimised to quantify CsA in ocular tissues and fluids. The CsA ocular kinetics in lachrymal fluid for both formulations were found to be similar between 15 min and 48 h. The CsA ocular distribution study evidenced the ability of the prodrug formulation to penetrate into the eye, achieving therapeutically active CsA levels in tissues of both the anterior and posterior segments. In addition, the detailed analysis of the in vivo data using a bicompartmental model pointed out a higher bioavailability and lower elimination rate for CsA when it is generated from the prodrug than after direct application as an emulsion. The interesting in vivo properties displayed by the prodrug solution make it a safe and suitable option for the treatment of DED.

Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing plasma and cellular antiretroviral drug disposition

Abstract: The improvement in antiretroviral drug therapy has transformed HIV infection into a chronic 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 cellular and plasma drug level may enhance both drug efficacy and tolerability. At present, antiretroviral drugs levels are monitored in plasma, whereas only drugs penetrating into cells are able to exert an antiviral activity, suggesting that cellular drug determination may more confidently reflect drug exposure at the site of pharmacological action. The overall objective of this thesis is to provide a better understanding of the Pharmacokinetic and pharmacogenetic factors influencing the plasma and cellular disposition of antiretroviral drugs. To that endeavour, analytical methods for the measurements of plasma and cellular drug levels have been developed and validated using liquid chromatography methods coupled with ultraviolet and tandem mass spectrometry detection, respectively. Correlations between plasma and cellular exposures were assessed during observational and experimental studies. Cytochrome (CYP) 2B6, efflux transporters (ABCB1, ABCC1, ABCC2 and ABCG2) and orosomucoid (ORM) polymorphisms were determined and were related to plasma and cellular exposures, as well as toxicity of antiretroviral drugs. A Pharmacokinetic population model was developed to characterise inter- and intra-patient variability of atazanavir pharmacokinetics, and to identify covariates influencing drug disposition. In that context, a Pharmacokinetic interaction study between atazanavir and lopinavir, both boosted with ritonavir, has beén conducted to assess the safety and pharmacokinetics of this boosted double-protease inhibitors regimen. Well to moderately-correlated cellular and plasma drug levels are .observed or protease inhibitors, whereas for efavirenz and nevirapine these correlations are weak. Cellular exposure, and CYP2B6 genotype (516G>T) are predictors of efavirenz neuropsychological toxicity. Nevirapine plasma exposure is also influenced by CYPZB6 polymorphism. Nelfinavir cellular exposure appears to be significantly associated only with ABCB1 genotype (3435C>T and intron 26 + 80T>C). Indinavir and lopinavir clearance and lopinavir cellular/plasma exposure ratio are influenced by the concentration of the variant S of ORM, suggesting-a specific binding of these drugs to this variant. Nelfinavir and efavirenz are not influenced by ORM concentration and phenotype. The Pharmacokinetic parameters of atazanavir are adequately described by our population model. The atazanavir-lopinavir interaction study indicates no influence on plasma and cellular atazanavir pharmacokinetics, while limited decrease in lopinavir concentrations was observed after atazanavir addition. The residual variability unexplained by the considered variables suggests that other covariates either uncontrolled at present or remaining to be identified, such as genetic and environmental factors influence antiretroviral drug pharmacokinetics, with substantial impact on treatment efficacy and tolerability. In that context, a comprehensive approach taking into account drug pharmacokinetics and patient genetic background is expected to contribute to increase treatment success, and to reduce the occurrence of adverse drug reactions by stratifying patients in an individualised antiretroviral therapy approach. Résumé Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une affection mortelle 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 des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie. Par ailleurs, seules les concentrations plasmatiques sont actuellement considérées pour le suivi thérapeutique des médicaments, alors que les taux cellulaires pourraient mieux refléter l'activité de ses médicaments qui agissent au niveau intracellulaire. L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques et pharmacocénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des médicaments antirétroviraux. A cet effet, des méthodes pour quantifier les concentrations plasmatiques et cellulaires des antirétroviraux ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide couplée à la détection ultraviolette et la spectrométrie de masse en tandem, respectivement. La corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique de ces médicaments a été étudiée lors d'études observationnelles et expérimentales. Les polymorphismes du cytochrome (CYP) 2B6, ainsi que des transporteurs d'efflux (ABCB1, ABCC1, ABCC2 et ABCG2) et de l'orosomucoïde (ORM) ont été déterminés et corrélés avec l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux, ainsi qu'à leur toxicité. Un modèle de pharmacocinétique de population a été établi afin de caractériser la variabilité inter- et intra-individuelle de l'atazanavir, et d'identifier les covariables pouvant influencer le devenir de ce médicament. Dans ce contexte, une étude d'interaction entre l'atazanavir et le lopinavir a été effectuée afin de déterminer la sécurité et le profil pharmacocinétique de ce régime thérapeutique. Des corrélations modérées à bonnes ont été observées entre les taux cellulaires et plasmatiques des inhibiteurs de protéase, alors que pour l'efavirenz et la névirapine ces corrélations sont faibles. L'exposition cellulaire, ainsi que le génotype du CYP2B6 (516G>T) sont des indices de la toxicité neuropsychologique de l'efavirenz. L'exposition plasmatique de la névirapine est également influencée par le polymorphisme du CYPZB6. L'exposition cellulaire du nelfinavir est significativement associée au génotype du ABCB1 (3435C>T et intron 26 + 80T>C). La clairance de l'indinavir et du lopinavir, ainsi que le rapport entre exposition cellulaire et plasmatique du lopinavir sont influencés par la concentration du variant S de l'ORM, suggérant une liaison spécifique de ces médicaments à ce variant. La clairance du nelfinavir et de l'efavirenz n'est pas influencée ni par la concentration ni par le phénotype de l'ORM. Les paramètres pharmacocinétiques de l'atazanavir ont été décrits de façon adéquate par le modèle de population proposé. De plus, le lopinavir n'influence pas les concentrations plasmatiques et cellulaires de l'atazanavir; alors que celui-ci conduit à une baisse limitée des taux de lopinavir. L'importante variabilité pharmacocinétique des antirétroviraux suggère que d'autres facteurs génétiques et environnementaux -qui restent encore à découvrir- influencent également leur disponibilité. Dans un proche futur, une prise en charge qui tienne. compte de la pharmacocinétique des médicaments et des caractéristiques génétiques du patient devrait permettre d'individualiser le traitement, contribuant certainement à une amélioration de la réponse thérapeutique et à une diminution de la toxicité. Résumé grand public Facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques influençant l'exposition plasmatique et cellulaire des antirétroviraux Les progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de l'immunodéficience humaine acquise (VIH), ont permis de transformer une maladie avec un pronostic sombre, en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, de nombreux patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement et/ou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant fréquemment une modification de leur thérapie. Actuellement, le suivi de la réponse au traitement s'effectue par la mesure chez les patients de la quantité de virus et du nombre des cellules immunitaires dans le sang, ainsi que par la concentration sanguine des médicaments administrés. Cependant, comme le virus se réplique à l'intérieur de la cellule, la mesure des concentrations médicamenteuses au niveau intracellulaire pourrait mieux refléter l'activité pharmacologique au site d'action. De plus, il a été possible de mettre en évidence la grande variabilité des concentrations plasmatiques de médicaments chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Comme cette variabilité est notamment due à des facteurs génétiques qui sont susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral, des analyses génétiques ont été également effectuées chez ces patients. Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'activité et la toxicité des médicaments antirétroviraux afin de réduire la variabilité de la réponse thérapeutique. A cet effet, une méthode de dosage permettant la quantification des médicaments anti-HIV au niveau intracellulaire a été développée. Par ailleurs, nos études ont également porté .sur les variations génétiques influençant la quantité et l'activité des protéines impliquées dans le métabolisme et dans le transport des médicaments antirétroviraux. Enfin, les conséquences de ces variations sur la réponse clinique et la toxicité du traitement ont été évaluées. Nos études ont mis en évidence des associations significatives entre les variations génétiques considérées et la concentration sanguine, cellulaire et la toxicité de quelques médicaments antirétroviraux. La complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales pourrait aboutir à une stratégie globale permettant d'individualiser le traitement et la dose administrée, en fonction des caractéristiques propres de chaque patient. Cette approche pourrait contribuer à une optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'une meilleure- efficacité thérapeutique à long terme et d'une diminution des effets indésirables rencontrés.

Rapid affinity purification of erythropoietin from biological samples using disposable monoliths.

Identification of post-translational modifications of proteins in biological samples often requires access to preanalytical purification and concentration methods. In the purification step high or low molecular weight substances can be removed by size exclusion filters, and high abundant proteins can be removed, or low abundant proteins can be enriched, by specific capturing tools. In this paper is described the experience and results obtained with a recently emerged and easy-to-use affinity purification kit for enrichment of the low amounts of EPO found in urine and plasma specimens. The kit can be used as a pre-step in the EPO doping control procedure, as an alternative to the commonly used ultrafiltration, for detecting aberrantly glycosylated isoforms. The commercially available affinity purification kit contains small disposable anti-EPO monolith columns (6 ?L volume, Ø7 mm, length 0.15 mm) together with all required buffers. A 24-channel vacuum manifold was used for simultaneous processing of samples. The column concentrated EPO from 20 mL urine down to 55 ?L eluate with a concentration factor of 240 times, while roughly 99.7% of non-relevant urine proteins were removed. The recoveries of Neorecormon (epoetin beta), and the EPO analogues Aranesp and Mircera applied to buffer were high, 76%, 67% and 57%, respectively. The recovery of endogenous EPO from human urine was 65%. High recoveries were also obtained when purifying human, mouse and equine EPO from serum, and human EPO from cerebrospinal fluid. Evaluation with the accredited EPO doping control method based on isoelectric focusing (IEF) showed that the affinity purification procedure did not change the isoform distribution for rhEPO, Aranesp, Mircera or endogenous EPO. The kit should be particularly useful for applications in which it is essential to avoid carry-over effects, a problem commonly encountered with conventional particle-based affinity columns. The encouraging results with EPO propose that similar affinity monoliths, with the appropriate antibodies, should constitute useful tools for general applications in sample preparation, not only for doping control of EPO and other hormones such as growth hormone and insulin but also for the study of post-translational modifications of other low abundance proteins in biological and clinical research, and for sample preparation prior to in vitro diagnostics.

Therapeutic drug monitoring and metabolites profil analysis of antiviral drugs

The widespread use of combination antiretroviral therapy (ARVs) has considerably improved the prognosis of patients infected with HIV. Conversely, considerable advances have been recently realized for the therapy of hepatitis C infection with the recent advent of potent new anti-HCV drugs that allow an increasing rate HCV infection cure. Despite their overall efficacy, a significant number of patients do not achieve or maintain adequate clinical response, defined as an undetectable viral load for HIV, and a sustained virological response (or cure) in HCV infection. Treatment failure therefore still remains an important issue besides drugs toxicities and viral resistance which is not uncommon in a significant percentage of patients who do not reach adequate virological suppression. The reasons of variability in drug response are multifactorial and apart from viral genetics, other factors such as environmental factors, drug- drug interactions, and imperfect compliance may have profound impact on antiviral drugs' clinical response. The possibility of measuring plasma concentration of antiviral drugs enables to guide antiviral drug therapy and ensure optimal drug exposure. The overall objective of this research was to widen up the current knowledge on pharmacokinetic and pharmacogenetic factors that influence the clinical response and toxicity of current and newly approved antiretroviral and anti-HCV drugs. To that endeavour, analytical methods using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry have been developed and validated for the precise and accurate measurement of new antiretroviral and anti-HCV drugs . These assays have been applied for the TDM of ARVs and anti-HCV in patients infected with either HIV or HCV respectively, and co-infected with HIV- HCV. A pharmacokinetic population model was developed to characterize inter and intra-patient variability of rilpivirine, the latest marketed Non Nucleoside Reverse transcriptase (NNRTI) Inhibitor of HIVand to identify genetic and non genetic covariates influencing rilpivirine exposure. None of the factors investigated so far showed however any influence of RPV clearance. Importantly, we have found that the standard daily dosage regimen (25 mg QD) proposed for rilpivirine results in concentrations below the proposed therapeutic target in about 40% of patients. In these conditions, virologie escape is a potential risk that remains to be further investigated, notably via the TDM approach that can be a useful tool to identify patients who are at risk for being exposed to less than optimal levels of rilpivirine in plasma. Besides the last generation NNRTI rilpivirine, we have studied efavirenz, the major NNRTI clinically used so far. Namely for efavirenz, we aimed at identifying a potential new marker of toxicity that may be incriminated for the neuropsychological sides effects and hence discontinuation of efavirenz therapy. To that endeavour, a comprehensive analysis of phase I and phase II metabolites profiles has been performed in plasma, CSF and in urine from patients under efavirenz therapy. We have found that phase II metabolites of EFV constitute the major species circulating in blood, sometimes exceeding the levels of the parent drug efavirenz. Moreover we have identified a new metabolite of efavirenz in humans, namely the 8-OH-EFV- sulfate which is present at high concentrations in all body compartments from patients under efavirenz therapy. These investigations may open the way to possible alternate phenotypic markers of efavirenz toxicity. Finally, the specific influence of P-glycoprotein on the cellular disposition of a series ARVs (NNRTIs and Pis] has been studies in in vitro cell systems using the siRNA silencing approach. -- Depuis l'introduction de la thérapie antirétrovirale (ARVs) la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Une réponse imparfaite ou la toxicité du traitement est certainement multifactorielle. Le suivi thérapeutique des médicaments [Therapeutic Drug Monitoring TDM) à travers la mesure des concentrations plasmatiques constitue une approche importante pour guider le traitement médicamenteux et de s'assurer que les patients sont exposés à des concentrations optimales des médicaments dans le sang, et puissent tirer tout le bénéfice potentiel du traitement. L'objectif global de cette thèse était d'étudier les facteurs pharmacocinétiques et pharmacogénétiques qui influencent l'exposition des médicaments antiviraux (ARVs et anti- VHC) récemment approuvés. A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques des médicaments antirétroviraux, anti-VHC ainsi que pour certains métabolites ont été développées et validées en utilisant la Chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse tandem. Ces méthodes ont été utilisées pour le TDM des ARVs et pour les agents anti-VHC chez les patients infectés par le VIH, et le VHC, respectivement, mais aussi chez les patients co-infectés par le VIH-VHC. Un modèle de pharmacocinétique de population a été développé pour caractériser la variabilité inter-et intra-patient du médicament rilpivirine, un inhibiteur non nucléosidique de la transcriptase de VIH et d'identifier les variables génétiques et non génétiques influençant l'exposition au médicament. Aucun des facteurs étudiés n'a montré d'influence notable sur la clairance de la rilpivirine. Toutefois, la concentration résiduelle extrapolée selon le modèle de pharmacocinétique de population qui a été développé, a montré qu'une grande proportion des patients présente des concentrations minimales inférieures à la cible thérapeutique proposée. Dans ce contexte, la relation entre les concentrations minimales et l'échappement virologique nécessite une surveillance étroite des taux sanguins des patients recevant de la rilpivirine. A cet effet, le suivi thérapeutique est un outil important pour l'identification des patients à risque soient sous-exposés à lai rilpivirine. Pour identifier de nouveaux marqueurs de la toxicité qui pourraient induire l'arrêt du traitement, le profil des métabolites de phase I et de phase II a été étudié dans différentes matrices [plasma, LCR et urine) provenant de patients recevant de l'efavirenz. Les métabolites de phase II, qui n'avaient à ce jour jamais été investigués, constituent les principales espèces présentes dans les matrices étudiées. Au cours de ces investigations, un nouveau métabolite 8- OH-EFV-sulfate a été identifié chez l'homme, et ce dernier est. présent à des concentrations importantes. L'influence de certains facteurs pharmacogénétique des patients sur le profil des métabolites a été étudiée et ouvre la voie à de possibles nouveaux marqueurs phénotypiques alternatifs qui pourraient possiblement mieux prédire la toxicité associée au traitement par l'efavirenz. Finalement, nous nous sommes intéressés à étudier dans un modèle in vitro certains facteurs, comme la P-glycoprotéine, qui influencent la disposition cellulaire de certains médicaments antirétroviraux, en utilisant l'approche par la technologie du siRNA permettant de bloquer sélectivement l'expression du gène de cette protéine d'efflux des médicaments. -- Depuis l'introduction de la thérapie antiretrovirale (ARVs] la morbidité et la mortalité liées au VIH ont considérablement diminué. En parallèle le traitement contre le virus de l'hépatite C (VHC) a connu récemment d'énormes progrès avec l'arrivée de nouveaux médicaments puissants, ce qui a permis une augmentation considérable de la guérison de l'infection par le VHC. En dépit de l'efficacité de ces traitements antiviraux, les échecs thérapeutiques ainsi que les effets secondaires des traitements restent un problème important. Il a pu être démontré que la concentration de médicament présente dans l'organisme est corrélée avec l'efficacité clinique pour la plupart des médicaments agissant contre le VIH et contre le VHC. Les médicaments antiviraux sont généralement donnés à une posologie fixe et standardisée, à tous les patients, il existe cependant une importante variabilité entre les concentrations sanguines mesurées chez les individus. Cette variabilité peut être expliquée par plusieurs facteurs démographiques, environnementaux ou génétiques. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines (ou Therapeutic Drug Monitoring, TDM) permet de contrôler que les patients soient exposés à des concentrations suffisantes (pour bloquer la réplication du virus dans l'organisme) et éviter des concentrations excessives, ce qui peut entraîner l'apparition d'intolérence au traitement. Le but de ce travail de thèse est d'améliorer la compréhension des facteurs pharmacologiques et génétiques qui peuvent influencer l'efficacité et/ou la toxicité des médicaments antiviraux, dans le but d'améliorer le suivi des patients. A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles et ont été mises au point pour permettre de quantifier les médicaments antiviraux dans le sang et dans d'autres liquides biologiques. Ces méthodes de dosage sont maintenant utilisées d'une part dans le cadre de la prise en charge des patients en routine et d'autre part pour diverses études cliniques chez les patients infectés soit par le HIV, le HCV ou bien coinfectés par les deux virus. Une partie de ce travail a été consacrée à l'investigation des différents facteurs démographiques, génétiques et environnementaux qui pourraient l'influencer la réponse clinique à la rilpivirine, un nouveau médicament contre le VIH. Toutefois, parmi tous les facteurs étudiés à ce jour, aucun n'a permis d'expliquer la variabilité de l'exposition à la rilpivirine chez les patients. On a pu cependant observer qu'à la posologie standard recommandée, un pourcentage relativement élevé de patients pourrait présenter des concentrations inférieures à la concentration sanguine minimale actuellement proposée. Il est donc utile de surveiller étroitement les concentrations de rilpivirine chez les patients pour identifier sans délai ceux qui risquent d'être sous-exposés. Dans l'organisme, le médicament subit diverses transformations (métabolisme) par des enzymes, notamment dans le foie, il est transporté dans les cellules et tissus par des protéines qui modulent sa concentration au site de son action pharmacologique. A cet effet, différents composés (métabolites) produits dans l'organisme après l'administration d'efavirenz, un autre médicament anti-VIH, ont été étudiés. En conclusion, nous nous sommes intéressés à la fois aux facteurs pharmacologiques et génétiques des traitements antiviraux, une approche qui s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient. Dans ce contexte, le suivi des concentrations sanguines de médicaments constitue une des facettes du domaine émergent de la Médecine Personnalisée qui vise à maximiser le bénéfice thérapeutique et le profil de tolérance des médicaments antiviraux

A steroidomic approach for biomarkers discovery in doping control.

Anti-doping authorities have high expectations of the athlete steroidal passport (ASP) for anabolic-androgenic steroids misuse detection. However, it is still limited to the monitoring of known well-established compounds and might greatly benefit from the discovery of new relevant biomarkers candidates. In this context, steroidomics opens the way to the untargeted simultaneous evaluation of a high number of compounds. Analytical platforms associating the performance of ultra-high pressure liquid chromatography (UHPLC) and the high mass-resolving power of quadrupole time-of-flight (QTOF) mass spectrometers are particularly adapted for such purpose. An untargeted steroidomic approach was proposed to analyse urine samples from a clinical trial for the discovery of relevant biomarkers of testosterone undecanoate oral intake. Automatic peak detection was performed and a filter of reference steroid metabolites mass-to-charge ratio (m/z) values was applied to the raw data to ensure the selection of a subset of steroid-related features. Chemometric tools were applied for the filtering and the analysis of UHPLC-QTOF-MS(E) data. Time kinetics could be assessed with N-way projections to latent structures discriminant analysis (N-PLS-DA) and a detection window was confirmed. Orthogonal projections to latent structures discriminant analysis (O-PLS-DA) classification models were evaluated in a second step to assess the predictive power of both known metabolites and unknown compounds. A shared and unique structure plot (SUS-plot) analysis was performed to select the most promising unknown candidates and receiver operating characteristic (ROC) curves were computed to assess specificity criteria applied in routine doping control. This approach underlined the pertinence to monitor both glucuronide and sulphate steroid conjugates and include them in the athletes passport, while promising biomarkers were also highlighted.

Characterization and classification of matrix effects in biological samples analyses.

An exhaustive classification of matrix effects occurring when a sample preparation is performed prior to liquid-chromatography coupled to mass spectrometry (LC-MS) analyses was proposed. A total of eight different situations were identified allowing the recognition of the matrix effect typology via the calculation of four recovery values. A set of 198 compounds was used to evaluate matrix effects after solid phase extraction (SPE) from plasma or urine samples prior to LC-ESI-MS analysis. Matrix effect identification was achieved for all compounds and classified through an organization chart. Only 17% of the tested compounds did not present significant matrix effects.

Effects of genetics and environment on isoflavone content of soybean from different regions of Brazil

The effects of genetics and environmental factors on isoflavone content of soybean (Glycine max L.) cultivars grown in different locations in Brazil in 1993/94 were evaluated. Seeds of different cultivars were analised by high performance liquid chromatography (HPLC). In Rio Grande do Sul (RS), Paraná (PR), and Mato Grosso do Sul (MS) States, a significant difference in the isoflavone total content average of the cultivars IAS 5 and FT-Abyara (163.9, 116.4 and 79.5 mg/100 g, respectively) was observed. In general, IAS 5 contained higher isoflavone than FT-Abyara. Cultivars IAS 5 and FT-Abyara grown at Vacaria, RS (28°30' S latitude) with temperature average of 19°C, had the highest isoflavone concentrations (218.7 and 163.8 mg/100 g, respectively). In Palotina, PR (24°27' S latitude), where temperature average was 24°C, the isoflavone concentrations were 105.9 and 86.8 mg/100 g, respectively. The lowest isoflavone contents were observed for FT-Estrela and FT-Cristalina, (27.6 and 46.5 mg/100 g, repectively) at Rondonópolis, MT (16°20' S latitude), where the temperature was 27°C.