Benchmarking therapeutic drug monitoring software: A review of available computer tools

Therapeutic drug monitoring (TDM) aims to optimize treatments by individualizing dosage regimens based on the measurement of blood concentrations. Dosage individualization to maintain concentrations within a target range requires pharmacokinetic and clinical capabilities. Bayesian calculations currently represent the gold standard TDM approach but require computation assistance. In recent decades computer programs have been developed to assist clinicians in this assignment. The aim of this survey was to assess and compare computer tools designed to support TDM clinical activities. The literature and the Internet were searched to identify software. All programs were tested on personal computers. Each program was scored against a standardized grid covering pharmacokinetic relevance, user friendliness, computing aspects, interfacing and storage. A weighting factor was applied to each criterion of the grid to account for its relative importance. To assess the robustness of the software, six representative clinical vignettes were processed through each of them. Altogether, 12 software tools were identified, tested and ranked, representing a comprehensive review of the available software. Numbers of drugs handled by the software vary widely (from two to 180), and eight programs offer users the possibility of adding new drug models based on population pharmacokinetic analyses. Bayesian computation to predict dosage adaptation from blood concentration (a posteriori adjustment) is performed by ten tools, while nine are also able to propose a priori dosage regimens, based only on individual patient covariates such as age, sex and bodyweight. Among those applying Bayesian calculation, MM-USC*PACK© uses the non-parametric approach. The top two programs emerging from this benchmark were MwPharm© and TCIWorks. Most other programs evaluated had good potential while being less sophisticated or less user friendly. Programs vary in complexity and might not fit all healthcare settings. Each software tool must therefore be regarded with respect to the individual needs of hospitals or clinicians. Programs should be easy and fast for routine activities, including for non-experienced users. Computer-assisted TDM is gaining growing interest and should further improve, especially in terms of information system interfacing, user friendliness, data storage capability and report generation.

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

Therapeutic drug monitoring and pharmacogenetic tests as tools in pharmacovigilance.

Therapeutic drug monitoring (TDM) and pharmacogenetic tests play a major role in minimising adverse drug reactions and enhancing optimal therapeutic response. The response to medication varies greatly between individuals, according to genetic constitution, age, sex, co-morbidities, environmental factors including diet and lifestyle (e.g. smoking and alcohol intake), and drug-related factors such as pharmacokinetic or pharmacodynamic drug-drug interactions. Most adverse drug reactions are type A reactions, i.e. plasma-level dependent, and represent one of the major causes of hospitalisation, in some cases leading to death. However, they may be avoidable to some extent if pharmacokinetic and pharmacogenetic factors are taken into consideration. This article provides a review of the literature and describes how to apply and interpret TDM and certain pharmacogenetic tests and is illustrated by case reports. An algorithm on the use of TDM and pharmacogenetic tests to help characterise adverse drug reactions is also presented. Although, in the scientific community, differences in drug response are increasingly recognised, there is an urgent need to translate this knowledge into clinical recommendations. Databases on drug-drug interactions and the impact of pharmacogenetic polymorphisms and adverse drug reaction information systems will be helpful to guide clinicians in individualised treatment choices.

Impact of the introduction of real-time therapeutic drug monitoring on empirical doses of carbapenems in critically ill burn patients.

PURPOSE: Adequate empirical antibiotic dose selection for critically ill burn patients is difficult due to extreme variability in drug pharmacokinetics. Therapeutic drug monitoring (TDM) may aid antibiotic prescription and implementation of initial empirical antimicrobial dosage recommendations. This study evaluated how gradual TDM introduction altered empirical dosages of meropenem and imipenem/cilastatin in our burn ICU. METHODS: Imipenem/cilastatin and meropenem use and daily empirical dosage at a five-bed burn ICU were analyzed retrospectively. Data for all burn admissions between 2001 and 2011 were extracted from the hospital's computerized information system. For each patient receiving a carbapenem, episodes of infection were reviewed and scored according to predefined criteria. Carbapenem trough serum levels were characterized. Prior to May 2007, TDM was available only by special request. Real-time carbapenem TDM was introduced in June 2007; it was initially available weekly and has been available 4 days a week since 2010. RESULTS: Of 365 patients, 229 (63%) received antibiotics (109 received carbapenems). Of 23 TDM determinations for imipenem/cilastatin, none exceeded the predefined upper limit and 11 (47.8%) were insufficient; the number of TDM requests was correlated with daily dose (r=0.7). Similar numbers of inappropriate meropenem trough levels (30.4%) were below and above the upper limit. Real-time TDM introduction increased the empirical dose of imipenem/cilastatin, but not meropenem. CONCLUSIONS: Real-time carbapenem TDM availability significantly altered the empirical daily dosage of imipenem/cilastatin at our burn ICU. Further studies are needed to evaluate the individual impact of TDM-based antibiotic adjustment on infection outcomes in these patients.

Therapeutisches drug monitoring bei antidepressiver Pharmakotherapie

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) umfasst die Messung von Medikamentenspiegeln im Blut und stellt die Ergebnisse in Zusammenhang mit dem klinischen Erscheinungsbild der Patienten. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut besser mit der Wirkung korrelieren als die Dosis. Dies gilt auch für Antidepressiva. Voraussetzung für eine Therapiesteuerung durch TDM ist die Verfügbarkeit valider Messmethoden im Labor und die korrekte Anwendung des Verfahrens in der Klinik. Ziel dieser Arbeit war es, den Einsatz von TDM für die Depressionsbehandlung zu analysieren und zu verbessern. Im ersten Schritt wurde für das neu zugelassene Antidepressivum Duloxetin eine hochleistungsflüssig-chromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert und an Patienten für TDM angewandt. Durch Analyse von 280 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Duloxetin-Konzentrationen von 60 bis 120 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Bezüglich seines Interaktionspotentials erwies sich Duloxetin im Vergleich zu anderen Antidepressiva als schwacher Inhibitor des Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyms 2D6. Es gab keinen Hinweis auf eine klinische Relevanz. Im zweiten Schritt sollte eine Methode entwickelt werden, mit der möglichst viele unterschiedliche Antidepressiva einschließlich deren Metaboliten messbar sind. Dazu wurde eine flüssigchromatographische Methode (HPLC) mit Ultraviolettspektroskopie (UV) entwickelt, mit der die quantitative Analyse von zehn antidepressiven und zusätzlich zwei antipsychotischen Substanzen innerhalb von 25 Minuten mit ausreichender Präzision und Richtigkeit (beide über 85%) und Sensitivität erlaubte. Durch Säulenschaltung war eine automatisierte Analyse von Blutplasma oder –serum möglich. Störende Matrixbestandteile konnten auf einer Vorsäule ohne vorherige Probenaufbereitung abgetrennt werden. Das kosten- und zeiteffektive Verfahren war eine deutliche Verbesserung für die Bewältigung von Proben im Laboralltag und damit für das TDM von Antidepressiva. Durch Analyse des klinischen Einsatzes von TDM wurden eine Reihe von Anwendungsfehlern identifiziert. Es wurde deshalb versucht, die klinische Anwendung des TDM von Antidepressiva durch die Umstellung von einer weitgehend händischen Dokumentation auf eine elektronische Bearbeitungsweise zu verbessern. Im Rahmen der Arbeit wurde untersucht, welchen Effekt man mit dieser Intervention erzielen konnte. Dazu wurde eine Labor-EDV eingeführt, mit der der Prozess vom Probeneingang bis zur Mitteilung der Messergebnisse auf die Stationen elektronisch erfolgte und die Anwendung von TDM vor und nach der Umstellung untersucht. Die Umstellung fand bei den behandelnden Ärzten gute Akzeptanz. Die Labor-EDV erlaubte eine kumulative Befundabfrage und eine Darstellung des Behandlungsverlaufs jedes einzelnen Patienten inklusive vorhergehender Klinikaufenthalte. Auf die Qualität der Anwendung von TDM hatte die Implementierung des Systems jedoch nur einen geringen Einfluss. Viele Anforderungen waren vor und nach der Einführung der EDV unverändert fehlerhaft, z.B. wurden häufig Messungen vor Erreichen des Steady State angefordert. Die Geschwindigkeit der Bearbeitung der Proben war im Vergleich zur vorher händischen Ausführung unverändert, ebenso die Qualität der Analysen bezüglich Richtigkeit und Präzision. Ausgesprochene Empfehlungen hinsichtlich der Dosierungsstrategie der angeforderten Substanzen wurden häufig nicht beachtet. Verkürzt wurde allerdings die mittlere Latenz, mit der eine Dosisanpassung nach Mitteilung des Laborbefundes erfolgte. Insgesamt ist es mit dieser Arbeit gelungen, einen Beitrag zur Verbesserung des Therapeutischen Drug Monitoring von Antidepressiva zu liefern. In der klinischen Anwendung sind allerdings Interventionen notwendig, um Anwendungsfehler beim TDM von Antidepressiva zu minimieren.

Micromethod for Quantification of Carbamazepine, Phenobartital and Phenytoin in Human Plasma by HPLC-UV Detection for Therapeutic Drug Monitoring Application

A simple, rapid, selective and sensitive analytical method by HPLC with UV detection was developed for the quantification of carbamazepine, phenobarbital and phenytoin in only 0.2 mL of plasma. A C18 column (150 x 3.9 mm, 4 micra) using a binary mobile phase consisting of water and acetonitrile (70:30, v/v) at a flow rate of 0.5 mL/min were proposed. Validation of the analytical method showed a good linearity (0.3 to 20.0 mg/L for CBZ, 0.9 to 60.0 mg/L for PB and 0.6 to 40.0 mg/L for PHT), high sensitivity (LOQ: 0.3, 0.9 and 0.6 mg/L respectively). The method was applied for drug monitoring of antiepileptic drugs (AED) in 27 patients with epilepsy under polytherapy.

Rheological, mechanical and mucoadhesive properties of thermoresponsive, bioadhesive binary mixtures composed of poloxamer 407 and carbopol 974P designed as platforms for implantable drug delivery systems for use in the oral cavity

This study described the formulation and characterisation of the viscoelastic, mechanical and mucoadhesive properties of thermoresponsive, binary polymeric systems composed of poloxamer (P407) and poly(acrylic acid, C974P) that were designed for use as a drug delivery platform within the oral cavity. Monopolymeric and binary polymeric formulations were prepared containing 10, 15 and 20% (w/w) poloxamer (407) and 0.10-0.25% (w/w) poly(acrylic acid, 934P). The flow theological and viscoelastic properties of the formulations were determined using controlled stress and oscillatory rheometry, respectively, the latter as a function of temperature. The mechanical and mucoadhesive properties (namely the force required to break the bond between the formulation and a pre-hydrated mucin disc) were determined using compression and tensile analysis, respectively. Binary systems composed of 10% (w/w) P407 and C934P were elastoviscous, were easily deformed under stress and did not exhibit mucoadhesion. Formulations containing 15 or 20% (w/w) Pluronic P407 and C934P exhibited a sol-gel temperature T(sol/gel), were viscoelastic and offered high elasticity and resistance to deformation at 37 degrees C. Conversely these formulations were elastoviscous and easily deformed at temperatures below the sol-gel transition temperature. The sol-gel transition temperatures of systems containing 15% (w/w) P407 were unaffected by the presence of C934P; however, increasing the concentration of C934P decreased the T(sol/gel) in formulations containing 20%(w/w) P407. Rheological synergy between P407 and C934P at 37 degrees C was observed and was accredited to secondary interactions between these polymers, in addition to hydrophobic interactions between P407 micelles. Importantly, formulations composed of 20% (w/w) P407 and C934P exhibited pronounced mucoadhesive properties. The ease of administration (below the T(sol/gel)) in conjunction with the viscoelastic (notably high elasticity) and mucoadhesive properties (at body temperature) render the formulations composed of 20% (w/w) P407 and C934P as potentially useful platforms for mucoadhesive, controlled topical drug delivery within the oral cavity. (c) 2009 Published by Elsevier B.V.

PHBHV/PCL microspheres as biodegradable drug delivery systems (DDS) for photodynamic therapy (PDT)

Unloaded microspheres were prepared from polyhydroxybutyrate-co-valerate (PHBHV) and poly(epsilon-caprolactone) (PCL) polymers using the emulsification-solvent evaporation method (EE). The study was conducted to determine the ideal polymeric composition and ideal molecular weight for the microspheres preparation to be used as a Drug Delivery System (DDS) for cancer therapy. In this work, NzPC, a new photosensitizer, has been investigated when incorporated into microspheres of PHBHV/PCL evaluating its application for Photodynamic Therapy (PDT) of neoplastic tissue. The biodegradation studies were conducted to analyze the effects of the incorporation of the NzPC and also to determine the release profiles in vitro condition. We also evaluated the dark toxicity and the photobiological effect of the PHBHV-PCL microspheres in cutaneous melanoma cell line (B-16-A1) used as a biological neoplastic medium.

The importance of control monitoring systems in wind parks maintenance

The objective of every wind energy producer is to reduce operational costs associated to the production as a way to increase profits. One other issue that must be looked carefully is the equipment maintenance. Increase the availability of wind turbines by reducing the downtime associated to failures is a good strategy to achieve the main goal of increase profits. As a way to help in the definition of the best maintenance strategies, condition monitoring systems (CMS) have an important role to play. Informatics tools to make the condition monitoring of the wind turbines were developed and are now being installed as a way to help producers reducing the operational costs. There are a lot of developed systems to do the monitoring of a wind turbine or the whole wind park, in this paper will be made an overview of the most important systems.

Planning smart cities using wireless low energy monitoring systems

Thesis to obtain the Master Degree in Electronics and Telecommunications Engineering