Tools in pharmacovigilance in psychiatry: therapeutic drug monitoring, pharmacogenetic tests and drug-drug interactions databases

SUMMARYIn order to increase drug safety we must better understand how medication interacts with the body of our patients and this knowledge should be made easily available for the clinicians prescribing the medication. This thesis contributes to how the knowledge of some drug properties can increase and how to make information readily accessible for the medical professionals. Furthermore it investigates the use of Therapeutic drug monitoring, drug interaction databases and pharmacogenetic tests in pharmacovigilance.Two pharmacogenetic studies in the naturalistic setting of psychiatric in-patients clinics have been performed; one with the antidepressant mirtazapine, the other with the antipsychotic clozapine. Forty-five depressed patients have been treated with mirtazapine and were followed for 8 weeks. The therapeutic effect was as seen in other previous studies. Enantioselective analyses could confirm an influence of age, gender and smoking in the pharmacokinetics of mirtazapine; it showed a significant influence of the CYP2D6 genotype on the antidepressant effective S-enantiomer, and for the first time an influence of the CYP2B6 genotype on the plasma concentrations of the 8-OH metabolite was found. The CYP2B6*/*6 genotype was associated to better treatment response. A detailed hypothesis of the metabolic pathways of mirtazapine is proposed. In the second pharmacogenetic study, analyses of 75 schizophrenic patients treated with clozapine showed the influence of CYP450 and ABCB1 genotypes on its pharmacokinetics. For the first time we could demonstrate an in vivo effect of the CYP2C19 genotype and an influence of P-glycoprotein on the plasma concentrations of clozapine. Further we confirmed in vivo the prominent role of CYP1A2 in the metabolism of clozapine.Identifying risk factors for the occurrence of serious adverse drug reactions (SADR) would allow a more individualized and safer drug therapy. SADR are rare events and therefore difficult to study. We tested the feasibility of a nested matched case-control study to examine the influence of high drug plasma levels and CYP2D6 genotypes on the risk to experience an SADR. In our sample we compared 62 SADR cases with 82 controls; both groups were psychiatric patients from the in-patient clinic Königsfelden. Drug plasma levels of >120% of the upper recommended references could be identified as a risk factor with a statistically significant odds ratio of 3.5, a similar trend could be seen for CYP2D6 poor metaboliser. Although a matched case-control design seems a valid method, 100% matching is not easy to perform in a relative small cohort of one in-patient clinic. However, a nested case-control study is feasible.On the base of the experience gained in the AMSP+ study and the fact that we have today only sparse data indicating that routine drug plasma concentration monitoring and/or pharmacogenetic testing in psychiatry are justified to minimize the risk for ADR, we developed a test algorithm named "TDM plus" (TDM plus interaction checks plus pharmacogenetic testing).Pharmacovigilance programs such as the AMSP project (AMSP = Arzneimittelsicherheit in der Psychiatrie) survey psychiatric in-patients in order to collect SADR and to detect new safety signals. Case reports of such SADR are, although anecdotal, valuable to illustrate rare clinical events and sometimes confirm theoretical assumptions of e.g. drug interactions. Seven pharmacovigilance case reports are summarized in this thesis.To provide clinicians with meaningful information on the risk of drug combinations, during the course of this thesis the internet based drug interaction program mediQ.ch (in German) has been developed. Risk estimation is based on published clinical and pharmacological information of single drugs and alimentary products, including adverse drug reaction profiles. Information on risk factors such as renal and hepatic insufficiency and specific genotypes are given. More than 20'000 drug pairs have been described in detail. Over 2000 substances with their metabolic and transport pathways are included and all information is referenced with links to the published scientific literature or other information sources. Medical professionals of more than 100 hospitals and 300 individual practitioners do consult mediQ.ch regularly. Validations with comparisons to other drug interaction programs show good results.Finally, therapeutic drug monitoring, drug interaction programs and pharmacogenetic tests are helpful tools in pharmacovigilance and should, in absence of sufficient routine tests supporting data, be used as proposed in our TDM plus algorithm.RESUMEPour améliorer la sécurité d'emploi des médicaments il est important de mieux comprendre leurs interactions dans le corps des patients. Ensuite le clinicien qui prescrit une pharmacothérapie doit avoir un accès simple à ces informations. Entre autres, cette thèse contribue à mieux connaître les caractéristiques pharmacocinétiques de deux médicaments. Elle examine aussi l'utilisation de trois outils en pharmacovigilance : le monitorage thérapeutique des taux plasmatiques des médicaments (« therapeutic drug monitoring »), un programme informatisé d'estimation du risque de combinaisons médicamenteuses, et enfin des tests pharmacogénétiques.Deux études cliniques pharmacogénétiques ont été conduites dans le cadre habituel de clinique psychiatrique : l'une avec la mirtazapine (antidépresseur), l'autre avec la clozapine (antipsychotique). On a traité 45 patients dépressifs avec de la mirtazapine pendant 8 semaines. L'effet thérapeutique était semblable à celui des études précédentes. Nous avons confirmé l'influence de l'âge et du sexe sur la pharmacocinétique de la mirtazapine et la différence dans les concentrations plasmatiques entre fumeurs et non-fumeurs. Au moyen d'analyses énantiomères sélectives, nous avons pu montrer une influence significative du génotype CYP2D6 sur l'énantiomère S+, principalement responsable de l'effet antidépresseur. Pour la première fois, nous avons trouvé une influence du génotype CYP2B6 sur les taux plasmatiques de la 8-OH-mirtazapine. Par ailleurs, le génotype CYP2B6*6/*6 était associé à une meilleure réponse thérapeutique. Une hypothèse sur les voies métaboliques détaillées de la mirtazapine est proposée. Dans la deuxième étude, 75 patients schizophrènes traités avec de la clozapine ont été examinés pour étudier l'influence des génotypes des iso-enzymes CYP450 et de la protéine de transport ABCB1 sur la pharmacocinétique de cet antipsychotique. Pour la première fois, on a montré in vivo un effet des génotypes CYP2C19 et ABCB1 sur les taux plasmatiques de la clozapine. L'importance du CYP1A2 dans le métabolisme de la clozapine a été confirmée.L'identification de facteurs de risques dans la survenue d'effets secondaire graves permettrait une thérapie plus individualisée et plus sûre. Les effets secondaires graves sont rares. Dans une étude de faisabilité (« nested matched case-control design » = étude avec appariement) nous avons comparé des patients avec effets secondaires graves à des patients-contrôles prenant le même type de médicaments mais sans effets secondaires graves. Des taux plasmatiques supérieurs à 120% de la valeur de référence haute sont associés à un risque avec « odds ratio » significatif de 3.5. Une tendance similaire est apparue pour le génotype du CYP2D6. Le « nested matched case-control design » semble une méthode valide qui présente cependant une difficulté : trouver des patients-contrôles dans le cadre d'une seule clinique psychiatrique. Par contre la conduite d'une « nested case-control study » sans appariement est recommandable.Sur la base de notre expérience de l'étude AMSP+ et le fait que nous disposons que de peux de données justifiant des monitorings de taux plasmatiques et/ou de tests pharmacogénétiques de routine, nous avons développé un test algorithme nommé « TDMplus » (TDM + vérification d'interactions médicamenteuses + tests pharmacogénétique).Des programmes de pharmacovigilances comme celui de l'AMSP (Arzneimittelsicherheit in der Psychiatrie = pharmacovigilance en psychiatrie) collectent les effets secondaires graves chez les patients psychiatriques hospitalisés pour identifier des signaux d'alertes. La publication de certains de ces cas même anecdotiques est précieuse. Elle décrit des événements rares et quelques fois une hypothèse sur le potentiel d'une interaction médicamenteuse peut ainsi être confirmée. Sept publications de cas sont résumées ici.Dans le cadre de cette thèse, on a développé un programme informatisé sur internet (en allemand) - mediQ.ch - pour estimer le potentiel de risques d'une interaction médicamenteuse afin d'offrir en ligne ces informations utiles aux cliniciens. Les estimations de risques sont fondées sur des informations cliniques (y compris les profils d'effets secondaires) et pharmacologiques pour chaque médicament ou substance combinés. Le programme donne aussi des informations sur les facteurs de risques comme l'insuffisance rénale et hépatique et certains génotypes. Actuellement il décrit en détail les interactions potentielles de plus de 20'000 paires de médicaments, et celles de 2000 substances actives avec leurs voies de métabolisation et de transport. Chaque information mentionne sa source d'origine; un lien hypertexte permet d'y accéder. Le programme mediQ.ch est régulièrement consulté par les cliniciens de 100 hôpitaux et par 300 praticiens indépendants. Les premières validations et comparaisons avec d'autres programmes sur les interactions médicamenteuses montrent de bons résultats.En conclusion : le monitorage thérapeutique des médicaments, les programmes informatisés contenant l'information sur le potentiel d'interaction médicamenteuse et les tests pharmacogénétiques sont de précieux outils en pharmacovigilance. Nous proposons de les utiliser en respectant l'algorithme « TDM plus » que nous avons développé.

Contribution of genome-wide significant single-nucleotide polymorphisms and antiretroviral therapy to dyslipidemia in HIV-infected individuals : a longitudinal study

Rapport de synthèse :Les individus HIV-positifs constituent une population à risque pour les maladies cardiovasculaires telles que |'infarctus cardiaque ou cérébrale. Celles-ci découlent d'une formation accélérée d'athéroscIérose. Ces pathologies s'expliquent en grande partie par une dyslipidémie observée au sein de cette population et qui sont dues à des facteurs externes tels que : l'immunosuppression avancée, la virémie non-contrôlée, et les effets de la thérapie antirétrovirale. Récemment, des polymorphismes nucléotidiques simples (SNP) associés à la dyslipidémie ont été mis en évidence d'une manière globale par des Genome-Wide Association Studies (GWAS). Le but principal de cette étude est d'éva|uer et de valider |'effet cumulatif des SNP identifiés dans ces GWAS pour la dyslipidémie chez des patients HIV-positifs. De plus, |'identification des facteurs non-génétiques qui contribuent à la dyslipidémie démontrent |'importance des facteurs externes, tels que mentionnés ci- dessus, et en particulier à ceux de la thérapie antirétrovirale.Les participants de l'étude proviennent de trois groupes: 426 personnes sélectionnées pour une étude précédente, 222 personnes sélectionnées de façon arbitraire dans la "Cohorte HIV Suisse" et 103 personnes sélectionnées avec un "New-Onset Diabetes mellitus" identifiées lors d'études précédentes. Ces individus ont contribué à plus de 34'000 mesures de lipides sur une durée moyenne supérieure à 7 ans. Pour l'étude, 33 SNP identifiés dans des GWAS et 9 SNP identifiés dans d'autres études publiées dans la littérature non-couverte par des GWAS ont été repris. Le génotypage a été complété pour 745 (99.2%) des 751 participants. Pour les analyses statistiques, les thérapies antirétrovirales ont été divisées en trois groupes (favorisant peu, moyennement et fortement la dyslipidémie), et trois scores génétiques ont été créés (profil favorable, moyennement favorable, non favorable/favorisant la dyslipidémie). Dans un premier temps, l'effet sur la valeur des lipides d'un ou deux allèles variants a été analysé au moyen d'un modèle de régression pour chaque SNP en ajustant le modèle pour les variables non- génétiques. Dans un deuxième temps, les SNP ayant une valeur p >= à 0.2 ont été repris dans un model Multi-SNP, ce modèle est également ajusté pour les variables non-génétiques. Puisque cette étude se base sur des SNP précédemment identifiés, celle-ci évalue uniquement l'association établie entre chaque SNP et les critères qui ont été établis au préalable, tels que : Cholestérol totale, HDL Cholestérol, non-HDL Cholestérol ou Triglycérides. Les résultats trouvés lors de |'étude confirment les résultats de la littérature. Cette étude montre que les SNP associés à la dyslipidémie doivent être analysés dans le contexte d'une thérapie antirétrovirale en tenant compte de la démographie et en considérant les valeurs du HIV (CD4+, virémie). Ces SNP montrent une tendance à prédire une dyslipidémie prolongée chez l'individu. En effet, un patient avec une thérapie antirétrovirale favorisant la dyslipidémie et un patrimoine génétique non-favorable a un risque qui est 3-f0is plus important d'avoir un Non-HDL- Cholestérol élevé, 5-fois plus important d'avoir un HDL-Cholestérol abaissé, et 4 à 5-fois plus important d'avoir une hypertriglycéridémie qu'un patient qui suit une thérapie antirétrovirale favorisant peu la dyslipidémie qui a un patrimoine génétique favorable. Vu la corrélation entre les SNP et la thérapie antirétrovirale, les cliniciens devraient intégrer les informations génétiques afin de choisir une thérapie antirétrovirale en fonction du patrimoine génétique.

Determination of the direct band-gap energy of InAlAs matched to InP by photoluminescence excitation spectroscopy

A series of InxAl1-xAs samples (0.51≪x≪0.55)coherently grown on InP was studied in order to measure the band-gap energy of the lattice matched composition. As the substrate is opaque to the relevant photon energies, a method is developed to calculate the optical absorption coefficient from the photoluminescence excitation spectra. The effect of strain on the band-gap energy has been taken into account. For x=0.532, at 14 K we have obtained Eg0=1549±6 meV

Seismic attenuation and velocity dispersion in heterogeneous partially saturated porous rocks

Using a numerical approach, we explore wave-induced fluid flow effects in partially saturated porous rocks in which the gas-water saturation patterns are governed by mesoscopic heterogeneities associated with the dry frame properties. The link between the dry frame properties and the gas saturation is defined by the assumption of capillary pressure equilibrium, which in the presence of heterogeneity implies that neighbouring regions can exhibit different levels of saturation. To determine the equivalent attenuation and phase velocity of the synthetic rock samples considered in this study, we apply a numerical upscaling procedure, which permits to take into account mesoscopic heterogeneities associated with the dry frame properties as well as spatially continuous variations of the pore fluid properties. The multiscale nature of the fluid saturation is taken into account by locally computing the physical properties of an effective fluid, which are then used for the larger-scale simulations. We consider two sets of numerical experiments to analyse such effects in heterogeneous partially saturated porous media, where the saturation field is determined by variations in porosity and clay content, respectively. In both cases we also evaluate the seismic responses of corresponding binary, patchy-type saturation patterns. Our results indicate that significant attenuation and modest velocity dispersion effects take place in this kind of media for both binary patchy-type and spatially continuous gas saturation patterns and in particular in the presence of relatively small amounts of gas. The numerical experiments also show that the nature of the gas distribution patterns is a critical parameter controlling the seismic responses of these environments, since attenuation and velocity dispersion effects are much more significant and occur over a broader saturation range for binary patchy-type gas-water distributions. This analysis therefore suggests that the physical mechanisms governing partial saturation should be accounted for when analysing seismic data in a poroelastic framework. In this context, heterogeneities associated with the dry frame properties, which do not play important roles in wave-induced fluid flow processes per se, should be taken into account since they may determine the kind of gas distribution pattern taking place in the porous rock.

Micropapillary pattern in lung adenocarcinoma: aspect on 18F-fluorodeoxyglucose positron emission tomography/computed tomography imaging.

We diagnosed a non-small cell lung carcinoma in a 49-year-old female patient with the histopathological diagnosis of stage IIIB mixed bronchioloalveolar and papillary adenocarcinoma with extensive micropapillary feature, which was not visualized on the preoperative multimodality imaging with positron emission tomography (PET) and computed tomography (CT). The micropapillary component characterized by a unique growth pattern with particular morphological features can be observed in all subtypes of lung adenocarcinoma. Micropapillary component is increasingly recognized as a distinct entity associated with higher aggressiveness. Even the most modern multimodality PET/CT imaging technology may fail to adequately visualize this important component with highly relevant prognostic implications. Thus, the pathologist needs to consciously look for a micropapillary component in the surgical specimen or in preoperative biopsies or cytology. This may have potential future treatment implications, as adjuvant or neoadjuvant chemotherapy may be of relevance, even in the early stages of the disease.

Selective neurodegeneration induced in rotation-mediated aggregate cell cultures by a transient switch to stationary culture conditions: a potential model to study ischemia-related pathogenic mechanisms.

Aggregating brain cell cultures at an advanced maturational stage (20-21 days in vitro) were subjected for 1-3 h to anaerobic (hypoxic) and/or stationary (ischemic) conditions. After restoration of the normal culture conditions, cell loss was estimated by measuring the release of lactate dehydrogenase as well as the irreversible decrease of cell type-specific enzyme activities, total protein and DNA content. Ischemia for 2 h induced significant neuronal cell death. Hypoxia combined with ischemia affected both neuronal and glial cells to different degrees (GABAergic neurons>cholinergic neurons>astrocytes). Hypoxic and ischemic conditions greatly stimulated the uptake of 2-deoxy-D-glucose, indicating increased glucose consumption. Furthermore, glucose restriction (5.5 mM instead of 25 mM) dramatically increased the susceptibility of neuronal and glial cells to hypoxic and ischemic conditions. Glucose media concentrations below 2 mM caused selective neuronal cell death in otherwise normal culture conditions. GABAergic neurons showed a particularly high sensitivity to glucose restriction, hypoxia, and ischemia. The pattern of ischemia-induced changes in vitro showed many similarities to in vivo findings, suggesting that aggregating brain cell cultures provide a useful in vitro model to study pathogenic mechanisms related to brain ischemia.

Analyses of a novel SCN5A mutation (C1850S): conduction vs. repolarization disorder hypotheses in the Brugada syndrome.

AIMS: Brugada syndrome (BrS) is characterized by arrhythmias leading to sudden cardiac death. BrS is caused, in part, by mutations in the SCN5A gene, which encodes the sodium channel alpha-subunit Na(v)1.5. Here, we aimed to characterize the biophysical properties and consequences of a novel BrS SCN5A mutation. METHODS AND RESULTS: SCN5A was screened for mutations in a male patient with type-1 BrS pattern ECG. Wild-type (WT) and mutant Na(v)1.5 channels were expressed in HEK293 cells. Sodium currents (I(Na)) were analysed using the whole-cell patch-clamp technique at 37 degrees C. The electrophysiological effects of the mutation were simulated using the Luo-Rudy model, into which the transient outward current (I(to)) was incorporated. A new mutation (C1850S) was identified in the Na(v)1.5 C-terminal domain. In HEK293 cells, mutant I(Na) density was decreased by 62% at -20 mV. Inactivation of mutant I(Na) was accelerated in a voltage-dependent manner and the steady-state inactivation curve was shifted by 11.6 mV towards negative potentials. No change was observed regarding activation characteristics. Altogether, these biophysical alterations decreased the availability of I(Na). In the simulations, the I(to) density necessary to precipitate repolarization differed minimally between the two genotypes. In contrast, the mutation greatly affected conduction across a structural heterogeneity and precipitated conduction block. CONCLUSION: Our data confirm that mutations of the C-terminal domain of Na(v)1.5 alter the inactivation of the channel and support the notion that conduction alterations may play a significant role in the pathogenesis of BrS.

Bristle pattern formation in the thorax formation of Drosophila: a systems level approach

A fundamental question in developmental biology is how tissues are patterned to give rise to differentiated body structures with distinct morphologies. The Drosophila wing disc offers an accessible model to understand epithelial spatial patterning. It has been studied extensively using genetic and molecular approaches. Bristle patterns on the thorax, which arise from the medial part of the wing disc, are a classical model of pattern formation, dependent on a pre-pattern of trans-activators and –repressors. Despite of decades of molecular studies, we still only know a subset of the factors that determine the pre-pattern. We are applying a novel and interdisciplinary approach to predict regulatory interactions in this system. It is based on the description of expression patterns by simple logical relations (addition, subtraction, intersection and union) between simple shapes (graphical primitives). Similarities and relations between primitives have been shown to be predictive of regulatory relationships between the corresponding regulatory factors in other Systems, such as the Drosophila egg. Furthermore, they provide the basis for dynamical models of the bristle-patterning network, which enable us to make even more detailed predictions on gene regulation and expression dynamics. We have obtained a data-set of wing disc expression patterns which we are now processing to obtain average expression patterns for each gene. Through triangulation of the images we can transform the expression patterns into vectors which can easily be analysed by Standard clustering methods. These analyses will allow us to identify primitives and regulatory interactions. We expect to identify new regulatory interactions and to understand the basic Dynamics of the regulatory network responsible for thorax patterning. These results will provide us with a better understanding of the rules governing gene regulatory networks in general, and provide the basis for future studies of the evolution of the thorax-patterning network in particular.