Non-thermal Plasma Exposure Rapidly Attenuates Bacterial AHL-Dependent Quorum Sensing and Virulence.

The antimicrobial activity of atmospheric pressure non-thermal plasma has been exhaustively characterised, however elucidation of the interactions between biomolecules produced and utilised by bacteria and short plasma exposures are required for optimisation and clinical translation of cold plasma technology. This study characterizes the effects of non-thermal plasma exposure on acyl homoserine lactone (AHL)-dependent quorum sensing (QS). Plasma exposure of AHLs reduced the ability of such molecules to elicit a QS response in bacterial reporter strains in a dose-dependent manner. Short exposures (30-60 s) produce of a series of secondary compounds capable of eliciting a QS response, followed by the complete loss of AHL-dependent signalling following longer exposures. UPLC-MS analysis confirmed the time-dependent degradation of AHL molecules and their conversion into a series of by-products. FT-IR analysis of plasma-exposed AHLs highlighted the appearance of an OH group. In vivo assessment of the exposure of AHLs to plasma was examined using a standard in vivo model. Lettuce leaves injected with the rhlI/lasI mutant PAO-MW1 alongside plasma treated N-butyryl-homoserine lactone and n-(3-oxo-dodecanoyl)-homoserine lactone, exhibited marked attenuation of virulence. This study highlights the capacity of atmospheric pressure non-thermal plasma to modify and degrade AHL autoinducers thereby attenuating QS-dependent virulence in P. aeruginosa.

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.

Contribution of CYP2B6 alleles in explaining extreme (S)-methadone plasma levels: a CYP2B6 gene resequencing study.

BACKGROUND: (S)-Methadone, metabolized mainly by CYP2B6, shows a wide interindividual variability in its pharmacokinetics and pharmacodynamics. METHODS: Resequencing of the CYP2B6 gene was performed in 12 and 35 selected individuals with high (S)-methadone plasma exposure and low (S)-methadone plasma exposure, respectively, from a previously described cohort of 276 patients undergoing methadone maintenance treatment. Selected genetic polymorphisms were then analyzed in the complete cohort. RESULTS: The rs35303484 (*11; c136A>G; M46V) polymorphism was overrepresented in the high (S)-methadone level group, whereas the rs3745274 (*9; c516G>T; Q172H), rs2279344 (c822+183G>A), and rs8192719 (c1294+53C>T) polymorphisms were underrepresented in the low (S)-methadone level group, suggesting an association with decreased CYP2B6 activity. Conversely, the rs3211371 (*5; c1459C>T; R487C) polymorphism was overrepresented in the low-level group, indicating an increased CYP2B6 activity. A higher allele frequency was found in the high-level group compared with the low-level group for rs3745274 (*9; c516G>T; Q172H), rs2279343 (*4; c785A>G; K262R) (together representing CYP2B6*6), rs8192719 (c1294+53C>T), and rs2279344 (c822+183G>A), suggesting their involvement in decreased CYP2B6 activity. These results should be replicated in larger independent cohorts. CONCLUSION: Known genetic polymorphisms in CYP2B6 contribute toward explaining extreme (S)-methadone plasma levels observed in a cohort of patients following methadone maintenance treatment.

Characterization and antimicrobial efficacy against E. coli of a helium/air plasma at atmospheric pressure created in a plastic package

A plasma source, sustained by the application of a floating high voltage (±15 kV) to parallel-plate electrodes at 50 Hz, has been achieved in a helium/air mixture at atmospheric pressure (P = 105 Pa) contained in a zip-locked plastic package placed in the electrode gap. Some of the physical and antimicrobial properties of this apparatus were established with a view to ascertain its performance as a prototype for the disinfection of fresh produce. The current–voltage (I–V) and charge–voltage (Q–V) characteristics of the system were measured as a function of gap distance d, in the range (3 × 103 ≤ Pd ≤ 1.0 × 104 Pa m). The electrical measurements showed this plasma source to exhibit the characteristic behaviour of a dielectric barrier discharge in the filamentary mode and its properties could be accurately interpreted by the two-capacitance in series model. The power consumed by the discharge and the reduced field strength were found to decrease quadratically from 12.0 W to 4.5 W and linearly from 140 Td to 50 Td, respectively, in the range studied. Emission spectra of the discharge were recorded on a relative intensity scale and the dominant spectral features could be assigned to strong vibrational bands in the 2+ and 1− systems of N2 and ${\rm N}_2^+$ , respectively, with other weak signatures from the NO and OH radicals and the N+, He and O atomic species. Absolute spectral intensities were also recorded and interpreted by comparison with the non-equilibrium synthetic spectra generated by the computer code SPECAIR. At an inter-electrode gap of 0.04 m, this comparison yielded typical values for the electron, vibrational and translational (gas) temperatures of (4980 ± 100) K, (2700 ± 200) K and (300 ± 100) K, respectively and an electron density of 1.0 × 1017 m−3. A Boltzmann plot also provided a value of (3200 ± 200 K) for the vibrational temperature. The antimicrobial efficacy was assessed by studying the resistance of both Escherichia coli K12 its isogenic mutants in soxR, soxS, oxyR, rpoS and dnaK selected to identify possible cellular responses and targets related with 5 min exposure to the active gas in proximity of, but not directly in, the path of the discharge filaments. Both the parent strain and mutants populations were significantly reduced by more than 1.5 log cycles in these conditions, showing the potential of the system. Post-treatment storage studies showed that some transcription regulators and specific genes related to oxidative stress play an important role in the E. coli repair mechanism and that plasma exposure affects specific cell regulator systems.

A Novel Plasma Technique for Surface Treatment: The Plasma Expander

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Reduction of bacterial adhesion to biocompatible polymer surfaces via plasma processing

Plasma processing of the surfaces of biomaterials is interesting because it enables modification of the characteristics of a surface without affecting bulk properties. In addition, the results are strongly influenced by the conditions of the treatment. Therefore, by adjusting the plasma parameters it is possible to tailor the surface properties to best fulfill the requirements of a given application. In this work, polyurethane substrates have been subjected to sulfur hexafluoride glow discharge plasmas. The influences of different SF 6 plasma exposure times and pressures on the adhesion of Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to the polymer have been investigated. The wettability and surface free energy have been evaluated via contact angle measurements. At low pressure (6.7 Pa) the contact angle decreases with increasing exposure time in the 180 s to 540 s interval, but at higher pressure (13.3 Pa) it increases as a function of the same variable. Bacterial adhesion has been quantified from in vitro experiments by determining the growth of colonies on Petri dishes treated with agar nutrient. It has been observed that the surface properties play an important role in microbe adhesion. For instance, the density of adhered P. aeruginosa decreased as the surface contact angle increased. S. aureus preferred to adhere to hydrophobic surfaces. © 2011 by Begell House, Inc.

Surface modification of polymeric materials by cold atmospheric plasma jet

In this work we report the surface modification of different engineering polymers, such as, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE) and polypropylene (PP) by an atmospheric pressure plasma jet (APPJ). It was operated with Ar gas using 10 kV, 37 kHz, sine wave as an excitation source. The aim of this study is to determine the optimal treatment conditions and also to compare the polymer surface modification induced by plasma jet with the one obtained by another atmospheric pressure plasma source the dielectric barrier discharge (DBD). The samples were exposed to the plasma jet effluent using a scanning procedure, which allowed achieving a uniform surface modification. The wettability assessments of all polymers reveal that the treatment leads to reduction of more than 40 degrees in the water contact angle (WCA). Changes in surface composition and chemical bonding were analyzed by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier-Transformed Infrared spectroscopy (FTIR) that both detected incorporation of oxygen-related functional groups. Surface morphology of polymer samples was investigated by Atomic Force Microscopy (AFM) and an increase of polymer roughness after the APPJ treatment was found. The plasma-treated polymers exhibited hydrophobic recovery expressed in reduction of the O-content of the surface upon rinsing with water. This process was caused by the dissolution of low molecular weight oxidized materials (LMWOMs) formed on the surface as a result of the plasma exposure. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Surface analysis of alumina ceramic exposed to shock waves produced by plasma expander

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Jato de plasma frio em pressão atmosférica para tratamento de materiais e esterilização

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Atmospheric plasma processes for microbial inactivation: food applications and stress response in Listeria monocytogenes

This PhD thesis is focused on cold atmospheric plasma treatments (GP) for microbial inactivation in food applications. In fact GP represents a promising emerging technology alternative to the traditional methods for the decontamination of foods. The objectives of this work were to evaluate: - the effects of GP treatments on microbial inactivation in model systems and in real foods; - the stress response in L. monocytogenes following exposure to different GP treatments. As far as the first aspect, inactivation curves were obtained for some target pathogens, i.e. Listeria monocytogenes and Escherichia coli, by exposing microbial cells to GP generated with two different DBD equipments and processing conditions (exposure time, material of the electrodes). Concerning food applications, the effects of different GP treatments on the inactivation of natural microflora and Listeria monocytogenes, Salmonella Enteritidis and Escherichia coli on the surface of Fuji apples, soya sprouts and black pepper were evaluated. In particular the efficacy of the exposure to gas plasma was assessed immediately after treatments and during storage. Moreover, also possible changes in quality parameters such as colour, pH, Aw, moisture content, oxidation, polyphenol-oxidase activity, antioxidant activity were investigated. Since the lack of knowledge of cell targets of GP may limit its application, the possible mechanism of action of GP was studied against 2 strains of Listeria monocytogenes by evaluating modifications in the fatty acids of the cytoplasmic membrane (through GC/MS analysis) and metabolites detected by SPME-GC/MS and 1H-NMR analyses. Moreover, changes induced by different treatments on the expression of selected genes related to general stress response, virulence or to the metabolism were detected with Reverse Transcription-qPCR. In collaboration with the Scripps Research Institute (La Jolla, CA, USA) also proteomic profiles following gas plasma exposure were analysed through Multidimensional Protein Identification Technology (MudPIT) to evaluate possible changes in metabolic processes.

Influence of CYP2B6 polymorphism on plasma and intracellular concentrations and toxicity of efavirenz and nevirapine in HIV-infected patients

BACKGROUND: Efavirenz (EFV) and nevirapine (NVP) are metabolized by cytochrome P450 2B6 (CYP2B6). Allele 516 G>T (Gln172His) is associated with diminished activity of this isoenzyme, and may lead to differences in drug exposure. METHODS: We evaluated this allele as a pharmacogenetic marker of EFV and NVP pharmacokinetics and EFV toxicity in 167 participants receiving EFV and 59 receiving NVP recruited within the genetics project of the Swiss HIV Cohort Study. Drug concentrations were measured in plasma and in peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) from the same sample. Neuropsychological toxicity of EFV (sleep disorders, mood disorders, fatigue) was assessed using a standardized questionnaire. RESULTS AND CONCLUSIONS: CYP2B6 516TT was associated with greater plasma and intracellular exposure to EFV, and greater plasma exposure to NVP. Intracellular drug concentration, and CYP2B6 genotype were predictors of EFV neuropsychological toxicity. CYP2B6 genotyping may be useful to complement an individualization strategy based on plasma drug determinations to increase the safety and tolerability of EFV.

Fluorinated-plasma modification of polyetherimide films

Ultem 1000 polyetherimide films prepared by cast-evaporating technique were covered with a 1H,1H,2H-tridecafluoro-oct-1-ene (PFO) plasma-polymerized layer. The effects of the plasma exposure time on the surface composition were studied by X-ray photoelectron spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, and surface energy analysis. The surface topography of the plasma layer was deduced from scanning electron microscopy. The F/C ratio for plasma-polymerized PFO under the input RF power of 50 W can be as high as 1.30 for 480 s and similar to 0.4-2 at % of oxygen was detected, resulting from the reaction of long-lived radicals in the plasma polymer with atmospheric oxygen. The plasma deposition of fluorocarbon coating from plasma PFO reduces the surface energy from 46 to 18.3 mJ m(-2). (c) 2006 Wiley Periodicals, Inc.

Enzymatic-spectrophotometric determination of paraquat in urine samples: A method based on its toxic mechanism

Paraquat is a broad-spectrum contact herbicide that has been encountered worldwide in several cases of accidental, homicidal, and suicidal poisonings. The pulmonary toxicity of this compound is related to the depletion of NADPH in the pneumocytes, which is continuously consumed by the reduction/oxidation of paraquat and reductase enzyme systems in the presence of O(2) (redox cycling). Based on this mechanism, an enzymatic-spectrophotometric method was developed for the determination of paraquat in urine samples. The velocity of NADPH consumption was monitored at 340 nm, every 10 s during 15 min. The velocity of NADPH oxidation correlated with the paraquat levels found in samples. The enzymatic-spectrophotometric method showed to be sensitive, making possible the detection of paraquat in urine samples at concentrations as low as 0.05 mg/L.

Blistering of W-Ta composites at different irradiation energies

Pure tungsten and tantalum plates and tungsten-tantalum composites produced via mechanical alloying and spark plasma sintering were bombarded with He+ and D+ energetic ion beams and deuterium plasmas. The aim of this experiment is to study the effects caused by individual helium and deuterium exposures and to evidence that the modifications induced in the composites at different irradiation energies could be followed by irradiating the pristine constituent elements under the same experimental conditions, which is relevant considering the development of tailored composites for fusion applications. Higher D retentions, especially in tungsten, and superficial blistering are observed in both components after helium exposure. The blistering is magnified in the tantalum phase of composites due to its higher ductility and to water vapour production under deuterium irradiation. At lower irradiation energies the induced effects are minor. After plasma exposure, the presence of tantalum does not increase the D content in the composites. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Optimisation of antiretroviral therapy : pharmacokinetic and pharmacogenetic approaches

Les progrès de la thérapie antirétrovirale ont transformé l'infection par le VIH d'une condition inévitablement fatale 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 totaux, libres et/ou cellulaires des médicaments pourrait améliorer à la fois l'efficacité et la tolérance de la thérapie, cette dernière étant certainement un enjeu majeur pour un traitement qui se prend à vie.L'objectif global de cette thèse était de mieux comprendre les facteurs pharmacocinétiques (PK) et pharmacogénétiques (PG) influençant l'exposition aux médicaments antirétroviraux (ARVs) nous offrant ainsi une base rationnelle pour l'optimisation du traitement antiviral et pour l'ajustement posologique des médicaments chez les patients VIH-positifs. Une thérapie antirétrovirale adaptée au patient est susceptible d'augmenter la probabilité d'efficacité et de tolérance à ce traitement, permettant ainsi une meilleure compliance à long terme, et réduisant le risque d'émergence de résistance et d'échec thérapeutique.A cet effet, des méthodes de quantification des concentrations plasmatiques totales, libres et cellulaires des ARVs ainsi que de certains de leurs métabolites ont été développées et validées en utilisant la chromatographie liquide coupée à la spectrométrie de masse en tandem. Ces méthodes ont été appliquées pour la surveillance des taux d'ARVs dans diverses populations de patients HIV-positifs. Une étude clinique a été initiée dans le cadre de l'étude VIH Suisse de cohorte mère-enfant afin de déterminer si la grossesse influence la cinétique des ARVs. Les concentrations totales et libres du lopînavir, de l'atazanavir et de la névirapine ont été déterminées chez les femmes enceintes suivies pendant leur grossesse, et celles-ci ont été trouvées non influencées de manière cliniquement significative par la grossesse. Un ajustement posologique de ces ARVs n'est donc pas nécessaire chez les femmes enceintes. Lors d'une petite étude chez des patients HIV- positifs expérimentés, la corrélation entre l'exposition cellulaire et plasmatique des nouveaux ARVs, notamment le raltégravir, a été déterminée. Une bonne corrélation a été obtenue entre taux plasmatiques et cellulaires de raltégravir, suggérant que la surveillance des taux totaux est un substitut satisfaisant. Cependant, une importante variabilité inter¬patient a été observée dans les ratios d'accumulation cellulaire du raltégravir, ce qui devrait encourager des investigations supplémentaires chez les patients en échec sous ce traitement. L'efficacité du suivi thérapeutique des médicaments (TDM) pour l'adaptation des taux d'efavirenz chez des patients avec des concentrations au-dessus de la cible thérapeutique recommandée a été évaluée lors d'une étude prospective. L'adaptation des doses d'efavirenz basée sur le TDM s'est montrée efficace et sûre, soutenant l'utilisation du TDM chez les patients avec concentrations hors cible thérapeutique. L'impact des polymorphismes génétiques des cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 et 3A4/5 sur la pharmacocinétique de l'efavirenz et de ces métabolites a été étudié : un modèle de PK de population intégrant les covariats génétiques et démographiques a été construit. Les variations génétiques fonctionnelles dans les voies de métabolisation principales (CYP2B6) et accessoires {CYP2A6et 3A4/S) de l'efavirenz ont un impact sur sa disposition, et peuvent mener à des expositions extrêmes au médicament. Un? ajustement des doses guidé par le TDM est donc recommandé chez ces patients, en accord avec les polymorphismes génétiques.Ainsi, nous avons démonté qu'en utilisant une approche globale tenant compte à la fois des facteurs PK et PG influençant l'exposition aux ARVs chez les patients infectés, il est possible, si nécessaire, d'individualiser la thérapie antirétrovirale dans des situations diverses. L'optimisation du traitement antirétroviral contribue vraisemblablement à une meilleure efficacité thérapeutique à iong terme tout en réduisant la survenue d'effets indésirables.Résumé grand publicOptimisation de la thérapie antirétrovirale: approches pharmacocinétiques et pharmacogénétiquesLes progrès effectués dans le traitement de l'infection par le virus de llmmunodéficienoe humaine acquise (VIH) ont permis de transformer une affection mortelle en une maladie chronique traitable avec des médicaments de plus en plus efficaces. Malgré ce succès, un certain nombre de patients ne répondent pas de façon optimale à leur traitement etyou souffrent d'effets indésirables médicamenteux entraînant de fréquentes modifications dans leur thérapie. Il a été possible de mettre en évidence que l'efficacité d'un traitement antirétroviral est dans la plupart des cas corrélée aux concentrations de médicaments mesurées dans le sang des patients. Cependant, le virus se réplique dans la cellule, et seule la fraction des médicaments non liée aux protéines du plasma sanguin peut entrer dans la cellule et exercer l'activité antirétrovirale au niveau cellulaire. Il existe par ailleurs une importante variabilité des concentrations sanguines de médicament chez des patients prenant pourtant la même dose de médicament. Cette variabilité peut être due à des facteurs démographiques et/ou génétiques susceptibles d'influencer la réponse au traitement antirétroviral.Cette thèse a eu pour objectif de mieux comprendre les facteurs pharmacologiques et génétiques influençant l'efficacité et ta toxicité des médicaments antirétroviraux, dans le but d'individualiser la thérapie antivirale et d'améliorer le suivi des patients HIV-positifs.A cet effet, des méthodes de dosage très sensibles ont été développées pour permettre la quantification des médicaments antirétroviraux dans le sang et les cellules. Ces méthodes analytiques ont été appliquées dans le cadre de diverses études cliniques réalisées avec des patients. Une des études cliniques a recherché s'il y avait un impact des changements physiologiques liés à la grossesse sur les concentrations des médicaments antirétroviraux. Nous avons ainsi pu démontrer que la grossesse n'influençait pas de façon cliniquement significative le devenir des médicaments antirétroviraux chez les femmes enceintes HIV- positives. La posologie de médicaments ne devrait donc pas être modifiée dans cette population de patientes. Par ailleurs, d'autres études ont portés sur les variations génétiques des patients influençant l'activité enzymatique des protéines impliquées dans le métabolisme des médicaments antirétroviraux. Nous avons également étudié l'utilité d'une surveillance des concentrations de médicament (suivi thérapeutique) dans le sang des patients pour l'individualisation des traitements antiviraux. Il a été possible de mettre en évidence des relations significatives entre l'exposition aux médicaments antirétroviraux et l'existence chez les patients de certaines variations génétiques. Nos analyses ont également permis d'étudier les relations entre les concentrations dans le sang des patients et les taux mesurés dans les cellules où le virus HIV se réplique. De plus, la mesure des taux sanguins de médicaments antirétroviraux et leur interprétation a permis d'ajuster la posologie de médicaments chez les patients de façon efficace et sûre.Ainsi, la complémentarité des connaissances pharmacologiques, génétiques et virales s'inscrit dans l'optique d'une stratégie globale de prise en charge du patient et vise à l'individualisation de la thérapie antirétrovirale en fonction des caractéristiques propres de chaque individu. Cette approche contribue ainsi à l'optimisation du traitement antirétroviral dans la perspective d'un succès du traitement à long terme tout en réduisant la probabilité des effets indésirables rencontrés. - The improvement in antirétroviral therapy has transformed HIV infection from an inevitably fatal condition to a chronic, manageable 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 total, free and/or cellular drug level may increase both drug efficacy and tolerability. Drug tolerability is certainly a major issue for a treatment that must be taken indefinitely.The global objective of this thesis aimed at increasing our current understanding of pharmacokinetic (PK) and pharmacogenetic (PG) factors influencing the exposition to antirétroviral drugs (ARVs) in HIV-positive patients. In turn, this should provide us with a rational basis for antiviral treatment optimisation and drug dosage adjustment in HIV- positive patients. Patient's tailored antirétroviral regimen is likely to enhance treatment effectiveness and tolerability, enabling a better compliance over time, and hence reducing the probability of emergence of viral resistance and treatment failure.To that endeavour, analytical methods for the measurement of total plasma, free and cellular concentrations of ARVs and some of their metabolites have been developed and validated using liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry. These assays have been applied for the monitoring of ARVs levels in various populations of HIV- positive patients. A clinical study has been initiated within the frame of the Mother and Child Swiss HIV Cohort Study to determine whether pregnancy influences the exposition to ARVs. Free and total plasma concentrations of lopinavir, atazanavir and nevirapine have been determined in pregnant women followed during the course of pregnancy, and were found not influenced to a clinically significant extent by pregnancy. Dosage adjustment for these drugs is therefore not required in pregnant women. In a study in treatment- experienced HIV-positive patients, the correlation between cellular and total plasma exposure to new antirétroviral drugs, notably the HIV integrase inhibitor raltegravir, has been determined. A good correlation was obtained between total and cellular levels of raltegravir, suggesting that monitoring of total levels are a satisfactory. However, significant inter-patient variability was observed in raltegravir cell accumulation which should prompt further investigations in patients failing under an integrase inhibitor-based regimen. The effectiveness of therapeutic drug monitoring (TDM) to guide efavirenz dose reduction in patients having concentrations above the recommended therapeutic range was evaluated in a prospective study. TDM-guided dosage adjustment of efavirenz was found feasible and safe, supporting the use of TDM in patients with efavirenz concentrations above therapeutic target. The impact of genetic polymorphisms of cytochromes P450 (CYP) 2B6, 2A6 and 3A4/5 on the PK of efavirenz and its metabolites was studied: a population PK model was built integrating both genetic and demographic covariates. Functional genetic variations in main (CYP2B6) and accessory (2A6, 3A4/5) metabolic pathways of efavirenz have an impact on efavirenz disposition, and may lead to extreme drug exposures. Dosage adjustment guided by TDM is thus required in those patients, according to the pharmacogenetic polymorphism.Thus, we have demonstrated, using a comprehensive approach taking into account both PK and PG factors influencing ARVs exposure in HIV-infected patients, the feasibility of individualising antirétroviral therapy in various situations. Antiviral treatment optimisation is likely to increase long-term treatment success while reducing the occurrence of adverse drug reactions.