Differential Gene Expression Profiles May Differentiate Responder and Nonresponder Patients with Rheumatoid Arthritis for Methotrexate (MTX) Monotherapy and MTX plus Tumor Necrosis Factor Inhibitor Combined Therapy

Objective. We aimed to evaluate whether the differential gene expression profiles of patients with rheumatoid arthritis (RA) could distinguish responders from nonresponders to methotrexate (MTX) and, in the case of MTX nonresponders, responsiveness to MTX plus anti-tumor necrosis factor-alpha (anti-TNF) combined therapy. Methods. We evaluated 25 patients with RA taking MTX 15-20 mg/week as a monotherapy (8 responders and 17 nonresponders). All MTX nonresponders received intliximab and were reassessed after 20 weeks to evaluate their anti-TNF responsiveness using the European League Against Rheumatism response criteria. A differential gene expression analysis from peripheral blood mononuclear cells was performed in terms of hierarchical gene clustering, and an evaluation of differentially expressed genes was performed using the significance analysis of microarrays program. Results. Hierarchical gene expression clustering discriminated MTX responders from nonresponders, and MTX plus anti-TNF responders from nonresponders. The evaluation of only highly modulated genes (fold change > 1.3 or < 0.7) yielded 5 induced (4 antiapoptotic and CCL4) and 4 repressed (4 proapoptotic) genes in MTX nonresponders compared to responders. In MTX plus anti-TNF nonresponders, the CCL4, CD83, and BCL2A1 genes were induced in relation to responders. Conclusion. Study of the gene expression profiles of RA peripheral blood cells permitted differentiation of responders from nonresponders to MTX and anti-TNF. Several candidate genes in MTX non-responders (CCL4, HTRA2, PRKCD, BCL2A1, CAV1, TNIP1 CASP8AP2, MXD1, and BTG2) and 3 genes in MTX plus anti-TNF nonresponders (CCL4, CD83, and BCL2A1) were identified for further study. (First Release July 1 2012; J Rheumatol 2012;39:1524-32; doi:10.3899/jrheum.120092)

Pharmacokinetics and tumor disposition of PEGylated, methotrexate conjugated poly-l-lysine dendrimers

Dendrimers have potential for delivering chemotherapeutic drugs to solid tumours via the enhanced permeation and retention (EPR) effect. The impact of conjugation of hydrophobic anticancer drugs to hydrophilic PEGylated dendrimer surfaces, however, has not been fully investigated. The current study has therefore characterised the effect on dendrimer disposition of conjugating α-carboxyl protected methotrexate (MTX) to a series of PEGylated 3H-labelled poly-L-lysine dendrimers ranging in size from generation 3 (G3) to 5 (G5) in rats. Dendrimers contained 50% surface PEG and 50% surface MTX. Conjugation of MTX generally increased plasma clearance when compared to conjugation with PEG alone. Conversely, increasing generation reduced clearance, increased metabolic stability and reduced renal elimination of the administered radiolabel. For constructs with molecular weights >20 kDa increasing the molecular weight of conjugated PEG also reduced clearance and enhanced metabolic stability but had only a minimal effect on renal elimination. Tissue distribution studies revealed retention of MTX conjugated smaller (G3-G4) PEG570 dendrimers (or their metabolic products) in the kidneys. In contrast, the larger G5 dendrimer was concentrated more in the liver and spleen. The G5 PEG1100 dendrimer was also shown to accumulate in solid Walker 256 and HT1080 tumours and comparative disposition data in both rats (1 to 2% dose/g in tumour) and mice (11% dose/g in tumour) are presented. The results of this study further illustrate the potential utility of biodegradable PEGylated poly-L-lysine dendrimers as long circulating vectors for the delivery and tumour-targeting of hydrophobic drugs.

Methotrexate-conjugated PEGylated dendrimers show differential patterns of deposition and activity in tumour-burdened lymph nodes after intravenous and subcutaneous administration in rats

The current study sought to explore whether the subcutaneous administration of lymph-targeted dendrimers, conjugated with a model chemotherapeutic (methotrexate, MTX), was able to enhance anticancer activity against lymph node metastases. The lymphatic pharmacokinetics and antitumour activity of PEGylated polylysine dendrimers conjugated to MTX [D-MTX(OH)] via a tumour-labile hexapeptide linker was examined in rats and compared to a similar system where MTX was α-carboxyl O-tert-butylated [D-MTX(OtBu)]. The latter has previously been shown to exhibit longer plasma circulation times. D-MTX(OtBu) was well absorbed from the subcutaneous injection site via the lymph, and 3 to 4%/g of the dose was retained by sentinel lymph nodes. In contrast, D-MTX(OH) showed limited absorption from the subcutaneous injection site, but absorption was almost exclusively via the lymph. The retention of D-MTX(OH) by sentinel lymph nodes was also significantly elevated (approximately 30% dose/g). MTX alone was not absorbed into the lymph. All dendrimers displayed lower lymph node targeting after intravenous administration. Despite significant differences in the lymph node retention of D-MTX(OH) and D-MTX(OtBu) after subcutaneous and intravenous administration, the growth of lymph node metastases was similarly inhibited. In contrast, the administration of MTX alone did not significantly reduce lymph node tumour growth. Subcutaneous administration of drug-conjugated dendrimers therefore provides an opportunity to improve drug deposition in downstream tumour-burdened lymph nodes. In this case, however, increased lymph node biodistribution did not correlate well with antitumour activity, possibly suggesting constrained drug release at the site of action.

Methotrexate Promotes Platelet Apoptosis via JNK-Mediated Mitochondrial Damage: Alleviation by N-Acetylcysteine and N-Acetylcysteine Amide

Thrombocytopenia in methotrexate (MTX)-treated cancer and rheumatoid arthritis (RA) patients connotes the interference of MTX with platelets. Hence, it seemed appealing to appraise the effect of MTX on platelets. Thereby, the mechanism of action of MTX on platelets was dissected. MTX (10 mu M) induced activation of pro-apoptotic proteins Bid, Bax and Bad through JNK phosphorylation leading Delta psi m dissipation, cytochrome c release and caspase activation, culminating in apoptosis. The use of specific inhibitor for JNK abrogates the MTX-induced activation of pro-apoptotic proteins and downstream events confirming JNK phosphorylation by MTX as a key event. We also demonstrate that platelet mitochondria as prime sources of ROS which plays a central role in MTX-induced apoptosis. Further, MTX induces oxidative stress by altering the levels of ROS and glutathione cycle. In parallel, the clinically approved thiol antioxidant N-acetylcysteine (NAC) and its derivative N-acetylcysteine amide (NACA) proficiently alleviate MTX-induced platelet apoptosis and oxidative damage. These findings underpin the dearth of research on interference of therapeutic drugs with platelets, despite their importance in human health and disease. Therefore, the use of antioxidants as supplementary therapy seems to be a safe bet in pathologies associated with altered platelet functions.

Cyclosporin A and short-term methotrexate versus cyclosporin A as graft versus host disease prophylaxis in patients with severe aplastic anemia given allogeneic bone marrow transplantation from an HLA-identical sibling:results of a GITMO/EBMT randomized trial

A randomized trial was carried out comparing cyclosporin A (CsA) and short-term methotrexate (MTX) versus CsA alone for graft versus host disease (GVHD) prophylaxis in patients with severe aplastic anemia (SAA) undergoing allogeneic bone marrow transplantation (BMT) from a compatible sibling. Seventy-one patients (median age, 19 years; range, 4-46 years) were randomized to receive either CsA and MTX or CsA alone for the first 3 weeks after BMT. Subsequently, both groups received CsA orally, with gradual drug reduction until discontinuation 8 to 12 months after BMT. Patients randomized in both arms had comparable characteristics and received the same preparative regimen (ie, cyclophosphamide 200 mg/kg over 4 days). The median time for neutrophil engraftment was 17 days (range, 11-31 days) and 12 days (range, 4-45 days) for patients in the CsA/MTX group and the CsA alone group, respectively (P =.01). No significant difference was observed in the probability of either grade 2, grade 3, or grade 4 acute GVHD or chronic GVHD developing in the 2 groups. The Kaplan-Meier estimates of 1-year transplantation-related mortality rates for patients given either CsA/MTX or CsA alone were 3% and 15%, respectively (P =.07). With a median follow-up of 48 months from BMT, the 5-year survival probability is 94% for patients in the CsA/MTX group and 78% for those in the CsA alone group (P =. 05). These data indicate that the use of CsA with MTX is associated with improved survival in patients with SAA who receive transplants from compatible siblings. (Blood. 2000;96:1690-1697)

Methotrexate polyglutamates as a potential marker of adherence to long-term therapy in children with juvenile idiopathic arthritis and juvenile dermatomyositis: an observational, cross-sectional study

Introduction: Methotrexate (MTX) is a cornerstone of treatment in a wide variety of inflammatory conditions, including juvenile idiopathic arthritis (JIA) and juvenile dermatomyositis (JDM). However, owing to its narrow therapeutic index and the considerable interpatient variability in clinical response, monitoring of adherence to MTX is important. The present study demonstrates the feasibility of using methotrexate polyglutamates (MTXPGs) as a biomarker to measure adherence to MTX treatment in children with JIA and JDM.
Methods: Data were collected prospectively from a cohort of 48 children (median age 11.5 years) who received oral or subcutaneous (SC) MTX therapy for JIA or JDM. Dried blood spot samples were obtained from children by finger pick at the clinic or via self- or parent-led sampling at home, and they were analysed to determine the variability in MTXPG concentrations and assess adherence to MTX therapy.
Results: Wide fluctuations in MTXPG total concentrations (>2.0-fold variations) were found in 17 patients receiving stable weekly doses of MTX, which is indicative of nonadherence or partial adherence to MTX therapy. Age (P = 0.026) and route of administration (P = 0.005) were the most important predictors of nonadherence to MTX treatment. In addition, the study showed that MTX dose and route of administration were significantly associated with variations in the distribution of MTXPG subtypes. Higher doses and SC administration of MTX produced higher levels of total MTXPGs and selective accumulation of longer-chain MTXPGs (P < 0.001 and P < 0.0001, respectively).
Conclusions: Nonadherence to MTX therapy is a significant problem in children with JIA and JDM. The present study suggests that patients with inadequate adherence and/or intolerance to oral MTX may benefit from SC administration of the drug. The clinical utility of MTXPG levels to monitor and optimise adherence to MTX in children has been demonstrated.Trial Registration: ISRCTN Registry identifier: ISRCTN93945409 . Registered 2 December 2011.

Renal failure after high-dose methotrexate in a child homozygous for MTHFR C677T polymorphism

We report the case of an 11-year-old female treated for mediastinal T-cell lymphoma who presented renal failure following the second cycle of high-dose methotrexate (HDMTX). Because of life threatening plasma methotrexate (MTX) levels, carboxypeptidase G2 (CPDG2) was administered resulting in a dramatic decrease within 1 hr. The patient recovered from renal failure and no other side effects were observed. Homozygosity for the methylentetrahydrofolate reductase (MTHFR) C677T polymorphism diagnosed by molecular genetic analysis was the only explanation for this toxicity.

Mutagénèse semi-aléatoire au site actif de la DHFR humaine : création et caractérisation de variantes hautement résistantes au MTX.

La dihydrofolate réductase humaine (DHFRh) est une enzyme essentielle à la prolifération cellulaire. Elle réduit le dihydrofolate en tétrahydrofolate, un co-facteur impliqué dans la biosynthèse des purines et du thymidylate. La DHFRh est une cible de choix pour des agents de chimiothérapie comme le méthotrexate (MTX), inhibant spécifiquement l’enzyme ce qui mène à un arrêt de la prolifération et ultimement à la mort cellulaire. Le MTX est utilisé pour le traitement de plusieurs maladies prolifératives, incluant le cancer. La grande utilisation du MTX dans le milieu clinique a mené au développement de mécanismes de résistance, qui réduisent l’efficacité de traitement. La présente étude se penche sur l’un des mécanismes de résistance, soit des mutations dans la DHFRh qui réduisent son affinité pour le MTX, dans le but de mieux comprendre les éléments moléculaires requis pour la reconnaissance de l’inhibiteur au site actif de l’enzyme. En parallèle, nous visons à identifier des variantes plus résistantes au MTX pour leur utilisation en tant que marqueurs de sélection en culture cellulaire pour des systèmes particuliers, tel que la culture de cellules hématopoïétiques souches (CHS), qui offrent des possibilités intéressantes dans le domaine de la thérapie cellulaire. Pour étudier le rôle des différentes régions du site actif, et pour vérifier la présence d’une corrélation entre des mutations à ces régions et une augmentation de la résistance au MTX, une stratégie combinatoire a été dévelopée pour la création de plusieurs banques de variantes à des résidus du site actif à proximité du MTX lié. Les banques ont été sélectionnées in vivo dans un système bactérien en utilisant des milieux de croissance contenant des hautes concentrations de MTX. La banque DHFRh 31/34/35 généra un nombre considérable de variantes combinatoires de la DHFRh hautement résistantes au MTX. Les variantes les plus intéressantes ont été testées pour leur potentiel en tant que marqueur de sélection dans plusieurs lignées cellulaires, dont les cellules hématopoïétiques transduites. Une protection complète contre les effets cytotoxiques du MTX a été observée chez ces cellules suite à leur infection avec les variantes combinatoires. Pour mieux comprendre les causes moléculaires reliées à la résistance au MTX, des études de structure tridimensionnelle de variantes liées au MTX ont été entreprises. La résolution de la structure de la double variante F31R/Q35E lié au MTX a révélé que le phénotype de résistance était attribuable à d’importantes différences entre le site actif de la double variante et de l’enzyme native, possiblement dû à un phénomème dynamique. Une compréhension plus générale de la reconnaissance et la résistance aux antifolates a été réalisée en comparant des séquences et des structures de variantes de la DHFR résistants aux antifolates et provenant de différentes espèces. En somme, ces travaux apportent de nouveaux éléments pour la comprehension des intéractions importantes entre une enzyme et un ligand, pouvant aider au développement de nouveaux antifolates plus efficaces pour le traitement de diverses maladies. De plus, ces travaux ont généré de nouveaux gènes de résistance pouvant être utilisés en tant que marqueurs de sélection en biologie cellulaire.

Detection of methotrexate using surface plasmon resonance biosensors for chemotherapy monitoring

Le méthotrexate (MTX), un agent anti-cancéreux fréquemment utilisé en chimiothérapie, requiert généralement un suivi thérapeutique de la médication (Therapeutic Drug Monitoring, TDM) pour surveiller son niveau sanguin chez le patient afin de maximiser son efficacité tout en limitant ses effets secondaires. Malgré la fenêtre thérapeutique étroite entre l’efficacité et la toxicité, le MTX reste, à ce jour, un des agents anti-cancéreux les plus utilisés au monde. Les techniques analytiques existantes pour le TDM du MTX sont coûteuses, requièrent temps et efforts, sans nécessairement fournir promptement les résultats dans le délai requis. Afin d’accélérer le processus de dosage du MTX en TDM, une stratégie a été proposée basée sur un essai compétitif caractérisé principalement par le couplage plasmonique d’une surface métallique et de nanoparticules d’or. Plus précisément, l’essai quantitatif exploite la réaction de compétition entre le MTX et une nanoparticule d’or fonctionnalisée avec l’acide folique (FA-AuNP) ayant une affinité pour un récepteur moléculaire, la réductase humaine de dihydrofolate (hDHFR), une enzyme associée aux maladies prolifératives. Le MTX libre mixé avec les FA-AuNP, entre en compétition pour les sites de liaison de hDHFR immobilisés sur une surface active en SPR ou libres en solution. Par la suite, les FA-AuNP liées au hDHFR fournissent une amplification du signal qui est inversement proportionnelle à la concentration de MTX. La résonance des plasmons de surface (SPR) est généralement utilisée comme une technique spectroscopique pour l’interrogation des interactions biomoléculaires. Les instruments SPR commerciaux sont généralement retrouvés dans les grands laboratoires d’analyse. Ils sont également encombrants, coûteux et manquent de sélectivité dans les analyses en matrice complexe. De plus, ceux-ci n’ont pas encore démontré de l’adaptabilité en milieu clinique. Par ailleurs, les analyses SPR des petites molécules comme les médicaments n’ont pas été explorés de manière intensive dû au défi posé par le manque de la sensibilité de la technique pour cette classe de molécules. Les développements récents en science des matériaux et chimie de surfaces exploitant l’intégration des nanoparticules d’or pour l’amplification de la réponse SPR et la chimie de surface peptidique ont démontré le potentiel de franchir les limites posées par le manque de sensibilité et l’adsorption non-spécifique pour les analyses directes dans les milieux biologiques. Ces nouveaux concepts de la technologie SPR seront incorporés à un système SPR miniaturisé et compact pour exécuter des analyses rapides, fiables et sensibles pour le suivi du niveau du MTX dans le sérum de patients durant les traitements de chimiothérapie. L’objectif de cette thèse est d’explorer différentes stratégies pour améliorer l’analyse des médicaments dans les milieux complexes par les biocapteurs SPR et de mettre en perspective le potentiel des biocapteurs SPR comme un outil utile pour le TDM dans le laboratoire clinique ou au chevet du patient. Pour atteindre ces objectifs, un essai compétitif colorimétrique basé sur la résonance des plasmons de surface localisée (LSPR) pour le MTX fut établi avec des nanoparticules d’or marquées avec du FA. Ensuite, cet essai compétitif colorimétrique en solution fut adapté à une plateforme SPR. Pour les deux essais développés, la sensibilité, sélectivité, limite de détection, l’optimisation de la gamme dynamique et l’analyse du MTX dans les milieux complexes ont été inspectés. De plus, le prototype de la plateforme SPR miniaturisée fut validé par sa performance équivalente aux systèmes SPR existants ainsi que son utilité pour analyser les échantillons cliniques des patients sous chimiothérapie du MTX. Les concentrations de MTX obtenues par le prototype furent comparées avec des techniques standards, soit un essai immunologique basé sur la polarisation en fluorescence (FPIA) et la chromatographie liquide couplée avec de la spectrométrie de masse en tandem (LC-MS/MS) pour valider l’utilité du prototype comme un outil clinique pour les tests rapides de quantification du MTX. En dernier lieu, le déploiement du prototype à un laboratoire de biochimie dans un hôpital démontre l’énorme potentiel des biocapteurs SPR pour utilisation en milieux clinique.

Improving treatment with methotrexate in rheumatoid arthritis-development of a multimedia patient education program and the MiRAK, a new instrument to evaluate methotrexate-related knowledge

To develop and test an evidence-based, multimedia patient education program (MPEP) about methotrexate (MTX) treatment for rheumatoid arthritis (RA) and a new measure of patient knowledge [Methotrexate in Rheumatoid Arthritis Knowledge test (MiRAK)].

Antineoplasic Drug Methotrexate Redox Mechanism Using a Glassy Carbon Electrode

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

In situ evaluation of anticancer drug methotrexate-DNA interaction using a DNA-electrochemical biosensor and AFM characterization

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Methotrexate improves the health-related quality of life of children with juvenile idiopathic arthritis

Objectives: To examine the change in health-related quality of life (HRQOL) and its determinants in children with juvenile idiopathic arthritis (JIA) treated with methotrexate (MTX). Methods: Patients were extracted from the PRINTO clinical trial which aimed to evaluate the efficacy and safety profile of MTX administered in standard, intermediate or higher doses (10, 15 and 30 mg/m2/week respectively). Children with polyarticular-course JIA, who were less than 18 years and had a complete HRQOL assessment were included. Results: A total of 521 children were included. At baseline, patients with JIA showed poorer HRQOL (p<0.01) than healthy children. In 207/412 (50%) and 63 (15%) children, HRQOL values were 2 standard deviations below the mean of healthy controls in the physical and psychosocial summary scale, respectively. After 6 months of treatment with standard dose MTX, there was a statistically significant improvement in all HRQOL health concepts, particularly the physical ones. Similar improvements were observed in those who did not respond to a standard dose of MTX and were subsequently randomised to a higher dose. The presence of marked disability at baseline was associated with a fivefold increased risk of retaining poor physical health after 6 months of active treatment with standard dose MTX. Other less important determinants of retaining poor physical well-being were the baseline level of systemic inflammation, pain intensity and an antinuclear-antibody-negative status. Conclusions: MTX treatment produces a significant improvement across a wide range of HRQOL components, particularly in the physical domains, in patients with JIA.

Structural and thermal properties of spray-dried methotrexate-loaded biodegradable microparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Physicochemical aspects involved in methotrexate release kinetics from biodegradable spray-dried chitosan microparticles

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)