Η ανάγκη εξατομίκευσης της θεραπείας ασθενών που πάσχουν από καρκίνο κρίνεται επιτακτική, λόγω του στενού θεραπευτικού εύρους των αντινεοπλασματικών φαρμάκων και των παρατηρούμενων δια-ατομικών διαφορών στη φαρμακοκινητική και στην κλινική ανταπόκριση. Ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο στην εξατομίκευση της θεραπείας θεωρείται ότι είναι η πληθυσμιακή φαρμακοκινητική-φαρμακοδυναμική μοντελοποίηση, καθώς μπορεί να περιγράψει τις σχέσεις δόσης-ανταπόκρισης, να εξηγήσει την παρατηρούμενη μεταβλητότητα στην έκθεση στο φάρμακο ή στην κλινική ανταπόκριση και να καθοδηγήσει την επιλογή της δόσης βάσει της βέλτιστης αναλογίας οφέλους-κινδύνου για τη δεδομένη θεραπεία. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώθηκε στην μπεβασιζουμάμπη, ένα σχετικά καινούριο φάρμακο στοχευμένης θεραπείας για το οποίο δεν υπάρχουν αρκετά διαθέσιμα στοιχεία που αφορούν στη φαρμακοκινητική και φαρμακοδυναμική συμπεριφορά του. Σκοπός της συγκεκριμένης μελέτης ήταν ο χαρακτηρισμός της αλληλεπίδρασης της μπεβασιζουμάμπης με τον μοριακό της στόχο, VEGF165, σε ενήλικες ασθενείς με μεταστατικό ορθοκολικό καρκίνο που λαμβάνουν το φάρμακο σε συνδυασμό με χημειοθεραπεία (FOLFIRI, FOLFOX ή CAPIRI). Για αυτόν τον λόγο, προσδιορίστηκαν αρχικά οι συγκεντρώσεις της ολικής μπεβασιζουμάμπης και του ελεύθερου VEGF165 σε διάφορους κύκλους θεραπείας και στη συνέχεια, εφαρμόζοντας τη μη γραμμική μικτών επιδράσεων μοντελοποίηση με το υπολογιστικό πρόγραμμα NONMEM 7.3, αναπτύχθηκε ένα φαρμακοκινητικό μοντέλο σύνδεσης της μπεβασιζουμάμπης με τον VEGF165. Επιπλέον, διερευνήθηκε η επίδραση των δημογραφικών δεδομένων και των VEGF μονονουκλεοτιδικών πολυμορφισμών στην αλληλεπίδραση μεταξύ της φαρμακοκινητικής της μπεβασιζουμάμπης και των συγκεντρώσεων του VEGF165. Είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιήθηκε η TMDD προσέγγιση για τον χαρακτηρισμό της in vivo αλληλεπίδρασης μπεβασιζουμάμπης-VEGF165. Σύμφωνα με αυτή την προσέγγιση, η φαρμακοκινητική ενός φαρμάκου επηρεάζεται από την υψηλής συγγένειας δέσμευση με τον μοριακό του στόχο και την επακόλουθη αποικοδόμηση του σχηματιζόμενου συμπλόκου μέσω ενδοκυττάρωσης. Το αναπτυχθέν μοντέλο επέτρεψε την ικανοποιητική περιγραφή της φαρμακοκινητικής της μπεβασιζουμάμπης και των ιδιοτήτων σύνδεσής της με τον VEGF165. Η κάθαρση της μπεβασιζουμάμπης βρέθηκε να είναι 0.18 L/day, η τιμή αναφοράς της συγκέντρωσης του ελεύθερου VEGF165 ήταν 212 ng/L, η σταθερά του ρυθμού απομάκρυνσης του ελεύθερου VEGF165 ήταν 0.401 day-1 και η Kss ήταν 267 nM. Η επίδραση του πραγματικού σωματικού βάρους συνυπολογίστηκε στην εκτίμηση όλων των φαρμακοκινητικών παραμέτρων του μοντέλου. Κάποιες στατιστικά μη σημαντικές συσχετίσεις παρατηρήθηκαν μεταξύ της συγγένειας δέσμευσης του φαρμάκου και των VEGF-2578C/A και VEGF-634G/C πολυμορφισμών. Το αναπτυχθέν μοντέλο θα μπορούσε να αποτελέσει ένα χρήσιμο εργαλείο στην εξατομίκευση της θεραπείας και στην αξιολόγηση της κλινικής ανταπόκρισης ασθενών που λαμβάνουν μπεβασιζουμάμπη σε συνδυασμό με χημειοθεραπεία. / The need for individualized treatment in cancer patients is considered crucial due to the narrow therapeutic range of antineoplastic drugs and the observed inter-individual differences in pharmacokinetics and clinical response. Population pharmacokinetic-pharmacodynamic modeling has been recognized as a beneficial tool for personalizing treatment, as it can describe the dose-response relationships, explain the observed variability in drug exposure or response and guide dose selection based on the optimal benefit-risk ratio for a given treatment. The current doctoral thesis was focused on bevacizumab, a relatively new targeted therapy drug for which no sufficient data are available regarding its pharmacokinetic and pharmacodynamic behavior. The aim of the present study was to characterize the interaction of bevacizumab with its molecular target, VEGF165, in adult patients with metastatic colorectal cancer who receive the drug in combination with chemotherapy (FOLFIRI, FOLFOX or CAPIRI). For this reason, the concentrations of total bevacizumab and free VEGF165 were first determined in different cycles of treatment and then, a pharmacokinetic model for bevacizumab binding to VEGF165 was developed by using nonlinear mixed-effects modeling implemented in NONMEM 7.3 software. Moreover, the effect of demographic data and VEGF single nucleotide polymorphisms on the interplay between bevacizumab pharmacokinetics and VEGF165 concen-trations was investigated. This is the first time the TMDD approach was applied to characterize the in vivo bevacizumab-VEGF165 interaction. According to this approach, the pharmacokinetics of a drug is affected by its high affinity binding to its molecular target and subsequent degradation of the formed complex via endocytosis. The developed model allowed an adequate description of bevacizumab pharmacokinetics and its binding properties to VEGF165. Bevacizumab clearance was found to be 0.18 L/day, the free VEGF165 concentration at baseline was 212 ng/L, the elimination rate constant of free VEGF165 was 0.401 day-1, and Kss was 267 nM. The effect of actual body weight was taken into account in the estimation of all pharmacokinetic model parameters. Correlations, which were not statistically significant, were noticed between the binding affinity of the drug and the VEGF-2578C/A and VEGF-634G/C polymorphisms. The developed model could become a useful tool for individualizing treatment and evaluating clinical response of patients receiving bevacizumab in combination with chemotherapy.