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

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

Analyse Multiniveau des Facteurs Associés au Retard dans la Vaccination des Enfants au Burkina Faso et au Mali

Plusieurs études effectuées dans les pays développés et les pays anglophones d’Afrique montrent que le contexte influence le statut vaccinal des enfants ainsi que l’administration de certains vaccins spécifiques. Cependant, peu d’études ont porté spécifiquement sur les pays d’Afrique francophone, particulièrement ceux du Sahel comme le Burkina Faso et le Mali. En analysant les données provenant des enquêtes démographiques et de santé du Burkina Faso (2010) et du Mali (2006) à travers une approche de régression logistique multiniveau, cet article évalue dans quelle mesure le contexte influence le respect du calendrier vaccinal des enfants de 12 à 59 mois. Les résultats montrent que les variances contextuelles demeurent significatives dans le modèle final même si le respect du calendrier vaccinal reste surtout tributaire des caractéristiques individuelles de l’enfant. Notamment, au Mali, plus le niveau de vie moyen du district de recensement augmente, plus le risque pour un enfant de recevoir un vaccin en retard diminue. Ces résultats invitent les acteurs de la santé publique à mettre en œuvre des approches communautaires ciblant les barrières locales qui empêchent une vaccination correcte des enfants dans ces deux pays.

Anomalies immunitaires chez les enfants exposés au VIH mais non infectés.

La thérapie antirétrovirale prévient la transmission mère-enfant du VIH dans plus de 98% des cas lorsqu’administrée pendant la grossesse, le travail et au nouveau-né. L’accessibilité à la thérapie antirétrovirale dans près de 70% des 1,5 millions cas de grossesses VIH+ dans le monde mène à la naissance de plus d’un million d’enfants exposés non infectés chaque année. Le nombre d’enfants exposés non infectés est à la hausse ainsi que les préoccupations concernant leur santé. En effet, plusieurs groupes ont signalé une augmentation de la morbidité et de la mortalité chez les enfants exposés non infectés. L’analyse des données rétrospectives de 705 enfants exposés non infectés de la cohorte mère-enfant du CMIS a révélé qu’à 2 mois d’âge, les enfants nés de mères ayant une charge virale supérieure à 1,000 copies d’ARN / ml avaient une fréquence de lymphocytes B significativement plus élevés par rapport aux enfants exposés non infectés nés de mères ayant une charge virale indétectable. L’objectif de cette étude est de caractériser ces anomalies. Les lymphocytes, provenant du sang de cordon ombilical et de sang veineux obtenu à 6 et 12 mois d’âge, ont été phénotypés par cytométrie en flux à l’aide des marqueurs CD3 / CD10 / CD14 / CD16 / CD19 / CD20 / CD21 / CD27 / IgM pour les lymphocytes B et CD4 / CD8 / CD3 / CCR7 / CD45RA pour les lymphocytes T. De plus, afin d’étudier les capacités fonctionnelles des lymphocytes B CD19+, la réponse antigène-spécifique au vaccin antitétanique a été mesurée par marquage avec des tétramères fluorescents de fragment C du toxoïde tétanique. Nos travaux ont mis en évidence des différences statistiquement significatives entre les enfants exposés non-infectés (ENI) nés de mères avec une charge virale détectable comparativement à ceux nés de mères avec une charge virale indétectable. À la naissance, les enfants ENI nés de mères avec une charge virale détectable avaient significativement moins de lymphocytes B totaux, plus de lymphocytes B mémoires classiques, activés, plasmablastes et lymphocytes T CD8+ mémoires centrales. À 6 mois, ils avaient significativement plus de lymphocytes B naïfs et significativement moins de lymphocytes T CD8+ effecteurs mémoires. À 12 mois d’âge, ils avaient significativement plus de lymphocytes B et T CD8+ totaux; significativement moins de lymphocytes T CD4+ totaux et leurs lymphocytes T affichaient un profil significativement plus activé (plus de cellules mémoires). L’analyse de la réponse antigène-spécifique a révélé une fréquence plus élevé de lymphocytes B mémoires IgM+ suggérant que les enfants nés de mères avec une virémie détectable ont plus de mal à établir une mémoire immunitaire efficace face au vaccin antitétanique. Nos données suggèrent qu’il y a exposition durant le premier trimestre de grossesse à la virémie maternelle et que cette exposition impacte le système immunitaire en développement du fœtus. Les mécanismes sous-jacents causant ces anomalies doivent encore être élucidés et l’épuisement du compartiment T à la naissance et à 6 mois reste à être investigué. Dans un pays industrialisé où l’accès aux soins est facilité, ces anomalies ont des conséquences modérées mais dans des pays à faible et moyen revenu, les conséquences peuvent être beaucoup plus tragiques voir fatales.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Anomalies immunitaires chez les enfants exposés au VIH mais non infectés

La thérapie antirétrovirale prévient la transmission mère-enfant du VIH dans plus de 98% des cas lorsqu’administrée pendant la grossesse, le travail et au nouveau-né. L’accessibilité à la thérapie antirétrovirale dans près de 70% des 1,5 millions cas de grossesses VIH+ dans le monde mène à la naissance de plus d’un million d’enfants exposés non infectés chaque année. Le nombre d’enfants exposés non infectés est à la hausse ainsi que les préoccupations concernant leur santé. En effet, plusieurs groupes ont signalé une augmentation de la morbidité et de la mortalité chez les enfants exposés non infectés. L’analyse des données rétrospectives de 705 enfants exposés non infectés de la cohorte mère-enfant du CMIS a révélé qu’à 2 mois d’âge, les enfants nés de mères ayant une charge virale supérieure à 1,000 copies d’ARN / ml avaient une fréquence de lymphocytes B significativement plus élevés par rapport aux enfants exposés non infectés nés de mères ayant une charge virale indétectable. L’objectif de cette étude est de caractériser ces anomalies. Les lymphocytes, provenant du sang de cordon ombilical et de sang veineux obtenu à 6 et 12 mois d’âge, ont été phénotypés par cytométrie en flux à l’aide des marqueurs CD3 / CD10 / CD14 / CD16 / CD19 / CD20 / CD21 / CD27 / IgM pour les lymphocytes B et CD4 / CD8 / CD3 / CCR7 / CD45RA pour les lymphocytes T. De plus, afin d’étudier les capacités fonctionnelles des lymphocytes B CD19+, la réponse antigène-spécifique au vaccin antitétanique a été mesurée par marquage avec des tétramères fluorescents de fragment C du toxoïde tétanique. Nos travaux ont mis en évidence des différences statistiquement significatives entre les enfants exposés non-infectés (ENI) nés de mères avec une charge virale détectable comparativement à ceux nés de mères avec une charge virale indétectable. À la naissance, les enfants ENI nés de mères avec une charge virale détectable avaient significativement moins de lymphocytes B totaux, plus de lymphocytes B mémoires classiques, activés, plasmablastes et lymphocytes T CD8+ mémoires centrales. À 6 mois, ils avaient significativement plus de lymphocytes B naïfs et significativement moins de lymphocytes T CD8+ effecteurs mémoires. À 12 mois d’âge, ils avaient significativement plus de lymphocytes B et T CD8+ totaux; significativement moins de lymphocytes T CD4+ totaux et leurs lymphocytes T affichaient un profil significativement plus activé (plus de cellules mémoires). L’analyse de la réponse antigène-spécifique a révélé une fréquence plus élevé de lymphocytes B mémoires IgM+ suggérant que les enfants nés de mères avec une virémie détectable ont plus de mal à établir une mémoire immunitaire efficace face au vaccin antitétanique. Nos données suggèrent qu’il y a exposition durant le premier trimestre de grossesse à la virémie maternelle et que cette exposition impacte le système immunitaire en développement du fœtus. Les mécanismes sous-jacents causant ces anomalies doivent encore être élucidés et l’épuisement du compartiment T à la naissance et à 6 mois reste à être investigué. Dans un pays industrialisé où l’accès aux soins est facilité, ces anomalies ont des conséquences modérées mais dans des pays à faible et moyen revenu, les conséquences peuvent être beaucoup plus tragiques voir fatales.

Effet de Streptococcus Suis sur la capacité de présentation antigénique de cellules dendritiques

Streptococcus suis est un important pathogène porcin et humain, causant méningites et septicémies. Des études suggèrent que S. suis dispose de facteurs de virulence, notamment sa capsule polysaccharidique (CPS), qui lui permettent de moduler les fonctions des cellules dendritiques (DCs), situées à l’interface entre l’immunité innée et adaptative. Les difficultés à développer un vaccin efficace suggèrent aussi une altération de la voie T dépendante. L’objectif général du projet était d’évaluer l’effet de S. suis sur l’activation des cellules T CD4+ ainsi que sur la capacité de présentation antigénique des DCs. Nous avons étudié dans un modèle murin in vivo la réponse T CD4+ mémoire lors d’infections primaire et secondaire. Une faible réponse mémoire centrale a été obtenue, suggérant que la réponse adaptative générée contre S. suis est limitée. Étant donné l’importance du complexe majeur d’histocompatibilité (MHC) de classe II dans la présentation antigénique, nous avons évalué in vitro et in vivo l’expression de ces molécules chez les DCs. Une modulation de l’expression du MHC-II par S. suis a été observée. L’analyse de la transcription de gènes impliqués dans la régulation transcriptionnelle et post-transcriptionnelle du MHC-II nous permet de suggérer que S. suis régule à la baisse la synthèse de nouvelles molécules et favorise leur dégradation lysosomale. Cette stratégie, dans laquelle la CPS ne jouerait qu’un rôle partiel, permettrait à S. suis d’échapper à la réponse adaptative T dépendante. Les résultats de cette étude fourniront de nouvelles perspectives dans la compréhension de la réponse adaptative lors de l’infection par S. suis.

Caractérisation d’un effecteur de phosphoinositides chez le parasite de la malaria "Plasmodium falciparum"

La malaria est une maladie infectieuse causant plus de 500 000 morts chaque année. La maladie est causée par un protozoaire de la famille Plasmodium. L’apparition de souches résistantes aux traitements actuels et l’absence de vaccin efficace rendent la découverte de nouvelles cibles thérapeutiques urgente. Le parasite possède un complexe apical, un groupement de vacuoles sécrétoires spécialisées contenant les protéines responsables de l’invasion du globule rouge. Nous nous intéressons aux mécanismes gouvernant le transport intracellulaire de ces protéines et à la biogenèse du complexe apical lors de la formation des nouveaux parasites. Plus particulièrement, nous nous intéressons au rôle des phosphoinositides dans le recrutement des protéines à la membrane de l’appareil de Golgi. Par analyse bio-informatique du génome de P. falciparum, nous avons identifié plusieurs protéines effectrices liant potentiellement les phosphoinositides. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent Mal13P1.188, une protéine possédant un domaine Pleckstrin homology. Nous proposons que Mal13P1.188 ait un rôle dans la génération du complexe apical en recrutant les protéines le constituant à la membrane du Golgi par la liaison avec les phosphoinositides. Afin de vérifier nos hypothèses, nous avons généré une lignée de parasite dont le gène de Mal13P1.188 est fusionné avec une GFP et une hémagglutinine. À l’aide de cette lignée de parasite, nous avons pu identifier Mal13P1.188 à proximité de l’appareil de Golgi lorsque les parasites étaient sous la forme schizont du cycle érythrocytaire. D’autres expériences ont permis de confirmer que le domaine Pleckstrin homology de Mal13P1.188 était capable de reconnaître les différentes formes de phosphoinositides. Finalement, d’autres travaux devront être faits sur Mal13P1.188 afin de déterminer si elle est essentielle à la survie du parasite.

Vaccins à base de plante comme alternatives aux antibiotiques : évaluation du potentiel d'un extrait de tabac contenant rFaeGntd/dsc d’Escherichia coli entérotoxigénique (ETEC) à induire une réponse immunitaire chez le procelet sevré.

La diarrhée post-sevrage causée par Escherichia coli entérotoxigénique présentant le fimbriae F4 (ETEC F4+) cause actuellement des pertes économiques importantes dans l’industrie porcine canadienne. Afin de mieux contrôler cette maladie, et afin d’offrir une alternative à l’utilisation excessive d’antibiotiques, le projet décrit dans ce mémoire évalue la capacité de la sous-unité majeure du fimbriae F4, FaeG, à protéger les porcelets contre ETEC F4+. Trois phases animales ont été réalisées afin de tester séparément et de façon combinée l’effet de FaeG sous forme d’émulsion orale et sous forme d’injection intramusculaire (IM). Les analyses de dosages d’anticorps spécifiques et de proliférations lymphocytaires effectuées sur les échantillons recueillis à chaque phase animale permirent d’évaluer la réponse immunitaire mucosale et systémique. Les résultats finaux obtenus ont démontré un effet des injections IM sur l’activation de la production d’anticorps sanguins ainsi que sur la prolifération de cellules mononucléées sanguines (CMS). L’évaluation de l’expression de différents gènes dans les ganglions mésentériques et dans la muqueuse iléale a permis d’observer une modulation de l’expression de certains gènes (TLR4, NFκBIA, IFNg, CCL20, CXCL2, IL4 et IL17), mais également l’absence de modulation sur plusieurs gènes attendus. Au final, certains effets secondaires observés lors des immunisations de la dernière phase animale, tels que la diarrhée, la difficulté à respirer et la faiblesse, ont nécessité des analyses supplémentaires. Il a ainsi été déterminé que plusieurs porcelets ont subi une réaction de type anaphylactique aux immunisations reçues à la dernière phase animale, bien que la composante exacte causant cette réaction soit inconnue. En conclusion, bien qu’une réponse immunitaire puisse être déclenchée par FaeG, d’autres études seront nécessaires afin de développer un vaccin oral contre ETEC F4+