Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le cetuximab (CTX) est un anticorps monoclonal anti-EGFR indiqué dans les cancers ORL dont les modalités de prescription pourraient être améliorées. Après chimiothérapie d’induction (étude Tremplin), en comparaison au cisplatine, il était moins toxique mais sans améliorer la préservation laryngée. À la première injection, le CTX peut déclencher un choc anaphylactique lié à la préexistence d’IgE anti-αGal. Des tests prédictifs détectant ces IgE ont été développés et réalisés chez 41 patients avec une sensibilité et une valeur prédictive négative de 100%. La relation entre concentrations sériques et efficacité/toxicité a été étudiée chez 34 patients. La pharmacocinétique a été décrite à l’aide d’un modèle combinant des mécanismes d’élimination non saturable (CL) et saturable (k0). La clairance globale du CTX, reflet de l’exposition des patients, était reliée aux survies sans progression et globale (SG). Le grade de radiodermite était associé à la SG. Une simulation pharmacocinétique suggère, qu’en comparaison à l’injection standard de CTX, une injection toutes les trois semaines entrainera des AUC proches mais des concentrations résiduelles différentes. / Cetuximab (CTX) is an anti-EGFR monoclonal antibody approved in head and neck cancer, which prescription modalities may be improved. After induction chemotherapy (Tremplin study), compared to cisplatin, CTX was less toxic but did not improve larynx preservation. During first infusion, CTX can induce an anaphylaxis reaction due to the presence of preexisting anti-αGal IgE. Predictive assays detecting these IgE were developed and tested in 41 patients, with sensitivity and negative predictive values of 100%. Relationship between serum concentrations and efficacy/toxicity was studied in 34 patients. CTX pharmacokinetics was described using a model combining non-saturable (CL) and saturable (k0) eliminations. Global clearance, which reflects patient exposure, was related to progression free and overall (OS) survivals. Severe radiation dermatitis was also associated with OS. A pharmacokinetic simulation suggests that, in comparison to standard CTX infusion, an infusion every three weeks will lead to similar AUC but to different residual concentrations.

Les anticorps monoclonaux ont révolutionné le traitement de nombreuses pathologies. Cependant, leur pharmacocinétique (PK) et l’influence de leur concentration sur la réponse clinique restent mal connues. Nous avons étudié les sources de variabilité interindividuelle de la PK du cetuximab, un anticorps anti- EGFR, ainsi que l’influence de l’exposition à cet anticorps sur la réponse. Nous avons validé une méthode ELISA de dosage du cetuximab. Dans un modèle murin, nous avons étudié l’absorption pulmonaire du cetuximab. Nous avons étudié la PK du cetuximab chez un patient hémodialysé. Nous avons décrit la PK du cetuximab chez des patients traités pour cancer colorectal métastatique, à l’aide d’un modèle combinant des éliminations d’ordre 0 et 1. Enfin, nous avons identifié la clairance globale du cetuximab, paramètre pouvant être estimé précocement par la concentration résiduelle à J14, comme un facteur influençant la survie sans progression des patients. Nos travaux montrent qu’une description de la PK d’un anticorps par approche compartimentale permet d’identifier les sources de variabilité et d’étudier l’impact de la PK sur la réponse clinique. / Monoclonal antibodies have profoundly modified the treatment of many diseases. However, their pharmacokinetics (PK) and the influence of their concentrations on the clinical response are poorly known. We studied the sources of the interindividual variability of PK of cetuximab, an anti-EGFR, and the influence of the exposure to this antibody on the response. We validated an ELISA technique to measure cetuximab concentrations. We studied the pulmonary absorption of cetuximab in a murine model. We studied cetuximab PK in a hemodialysed patient. In metastatic colorectal cancer patients, we described cetuximab PK with the help of a model combining zero- and first-order eliminations. Finally, we identified the global clearance of cetuximab, a parameter which can be estimated by residual concentration on day 14, as a factor influencing progression-free survival of the patients. Our work shows that the description of the PK of an antibody by compartmental approach allows to identify sources of variability and to study the impact of PK on the clinical response.

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Introduction et objectifs : Alors que l'effet moteur de la lévodopa (L-dopa) dans la maladie de Parkinson (MP) est clair et établi, son effet sur la cognition demeure incertain. Les troubles cognitifs ont un impact important sur la qualité de vie et les études évaluant l'effet cognitif de ce médicament donnent des résultats encore divergents. L’objectif primaire de cette étude pilote est d’observer l’impact des doses cliniques de lévodopa sur la cognition. Un second objectif sera d'établir une courbe dose-réponse pour observer les différences potentielles. Méthodes : Cinq patients avec MP ont été évalués à l’aide de 2 tests cognitifs (CPT-II et Stroop) et 2 tests moteurs (Finger Tapping et UPDRS-III) en OFF (sevrage minimal de 12 heures) et en ON avec des doses croissantes de lévodopa (commençant à 50mg avec une augmentation de dose de 50mg par visite) jusqu’à l'observation d'une performance cognitive optimale ou d'effets secondaires. Une administration répétée des tests cognitifs a été faite à la première visite pour limiter l’effet d’apprentissage. Résultats : Le temps de réaction (RT) mesuré en millisecondes au CPT-II a augmenté (médiane 3.03%) après la prise de médicament alors que les erreurs ont légèrement diminué (médiane -9.92%). Au Stroop, l’effet d’interférence évalué selon les changements au temps d’inhibition mesuré en secondes était légèrement moindre sans changement dans les erreurs. Avec les doses prescrites, le RT a augmenté de 3,50% et le nombre d’erreurs est resté stable alors que les doses inférieures ont eu une moindre augmentation du RT tout en diminuant les erreurs. Dans le Stroop, les doses faibles ont amélioré le temps de près de 19% alors que les doses prescrites ont quant à elles diminué les erreurs. Malgré une certaine variabilité, la courbe dose-réponse indique que les erreurs diminuaient aux doses faibles et fortes dans le CPT-II alors que le RT augmentait généralement, ce qui pourrait indiquer un style de performance plus prudent. L’effet de la lévodopa sur l’interférence dans le Stroop variait légèrement sans tendances fixes mis à part le bénéfice observé par les doses faibles. Une importante variabilité a été observée dans les évaluations motrices entre les sujets ainsi qu'au sein du même sujet. Conclusion : Ces résultats indiquent qu’en général, le médicament ne semble pas avoir d’effet néfaste important sur l’attention et les fonctions exécutives évaluées auprès de ce groupe de patients parkinsoniens. L'effet cognitif des doses plus faibles semble leur être bénéfique et meilleur que les doses cliniquement prescrites. La relation dose-réponse démontre un effet cognitif variable de la lévodopa entre les doses, n'indiquant toutefois pas de tendances claires. / Background and objectives: While levodopa’s effect on motor symptoms in Parkinson’s disease (PD) has been largely characterized, its cognitive effect still remains without definite conclusion. Since cognitive impairment is an important feature of PD that impacts patients’ quality of life, it is important to establish levodopa’s effect on cognitive functions. Multiple studies regarding this subject remained without specific consensus. The main goal pursued in this study is to observe the effect of clinical doses of levodopa on attention and executive functions. A dose-response curve is also made with the escalating doses evaluated. Methods: Five PD patients were investigated OFF (minimal withdrawal of 12 hours) and ON levodopa (starting dose of 50mg escalating by 50mg per visit) with 2 cognitive (CPT-II and Stroop) and 2 motor (finger tapping and UPDRS-III) tests until reaching an optimal cognitive performance or showing signs of side effects. Practice sessions of the cognitive tests were done at the first visit. Results: While reaction time (RT) in milliseconds increased (median 3.03%), errors slightly decreased (median -9.92%) after medication intake in the CPT-II. Errors however did not change in the Stroop while time evaluated in seconds decreased. The CPT-II showed slowing at the prescribed doses of levodopa (3.5%) while lower doses improved errors with less increase of the RT. These small doses also improved the performance in the Stroop test with a 19% reduction in time while the prescribed doses improved errors instead. The dose-response curve indicates a reduction of errors in the CPT-II for low and high doses while time usually increased, showing a more cautious style. Besides the beneficial effect of low doses, the dose-response curve for the Stroop test did not show any specific tendencies in levodopa’s effect on interference. An important variability was observed in motor evaluations between and within subjects. Conclusion: These results indicate that levodopa does not seem to have an important deleterious effect on attention and executive functions evaluated in this group of parkinsonian patients and that low doses seem to even be beneficial and better than the ones usually taken by the patients. The dose-response curve showed that the cognitive effect of levodopa for these patients varies between the different doses without being clear on the tendencies.

Cette thèse est composée de deux parties. Dans la première partie, nous proposons une théorie pour l'interaction entre l'apprentissage par renforcement et les processus de régulation homéostatique. En fait, la régulation efficace de l'homéostasie interne et la défendre contre les perturbations a besoin des stratégies comportementales complexes pour obtenir des ressources physiologiquement épuisés. À cet égard, il est essentiel que les processus cérébraux de régulation homéostatique et les processus d'apprentissage associatifs travaillent de concert. Nous proposons une théorie computationnelle normative pour régulation homéostatique par l'apprentissage associatif, où la stabilité physiologique et l'acquisition de récompense s'avèrent les mêmes objectifs, réalisables simultanément. En théorie, le cadre résout la question de longue date de la façon dont le comportement manifeste est modulée par l'état interne, et comment les animaux apprennent à agir de manière prédictive pour empêcher des défis homéostasie potentiels (répondre par anticipation). Il fournit en outre une explication normative pour choix intertemporel, aversion au risque, la concurrence entre les systèmes de motivation, et le manque de motivation pour l'injection intraveineuse de produits alimentaires. Neurobiologiquement, la théorie suggère une explication pour le rôle de l'interaction par orexine entre les circuits hypothalamiques et les noyaux dopaminergiques du mésencéphale, comme une interface entre les états internes et les comportements motivés. Dans la deuxième partie de la thèse, nous utilisons le modèle présenté dans la première partie, comme base du développement d'une théorie de la dépendance à la cocaïne. Nous soutenons que la dépendance à la cocaïne provient du système de régulation homéostatique être détourné par les effets pharmacologiques de la cocaïne sur le cerveau. Nous démontrons que le modèle réussit à expliquer une variété des aspects comportementaux et neurobiologiques de la dépendance à la cocaïne , à savoir la grandissant de l’administration de cocaine sous les conditions de long accès a cocaïne, fonction dose-réponse pour la cocaïne , rechute à l'addiction à la cocaïne provoquée par amorçage, et l'interaction entre la disponibilité du récepteur de la dopamine D2 et dépendance à la cocaïne. / This thesis is composed of two parts. In the first part, we propose a theory for interaction between reinforcement learning and homeostatic regulation processes. In fact, efficient regulation of internal homeostasis and defending it against perturbations requires complex behavioral strategies to obtain physiologically-depleted resources. In this respect, it is essential that brains homeostatic regulation and associative learning processes work in concert. We propose a normative computational theory for homeostatically-regulated reinforcement learning (HRL), where physiological stability and reward acquisition prove to be identical objectives achievable simultaneously. Theoretically, the framework resolves the long-standing question of how overt behavior is modulated by internal state, and how animals learn to predictively act to preclude prospective homeostatic challenges (anticipatory responding). It further provides a normative explanation for temporal discounting of reward, and accounts for risk-aversive behavior, competition between motivational systems, taste-induced overeating, and lack of motivation for intravenous injection of food. Neurobiologically, the theory suggests a computational explanation for the role of orexin-based interaction between the hypothalamic circuitry and the midbrain dopaminergic nuclei, as an interface between internal states and motivated behaviors. In the second part of the thesis, we use the HRL model presented in the first part, as the cornerstone for developing an Allostatic Reinforcement Learning (ARL) theory of cocaine addiction. We argue that cocaine addiction arises from the HRL system being hijacked by the pharmacological effects of cocaine on the brain. We demonstrate that the model can successfully capture a wide range of behavioral and neurobiological aspects of cocaine addiction, namely escalation of cocaine self-administration under long- but not short-access conditions, U-shaped dose-response function for cocaine, priming-induced reinstatement of cocaine seeking, and interaction between dopamine D2 receptor availability and cocaine seeking.

L'association entre le tabac et le cancer du poumon ou entre l'exposition professionnelle à l'amiante et le mésothéliome pleural ont largement été étudiées. Cependant, comme pour de nombreuses autres relations expositions prolongées-cancer, le rôle de l'intensité d'exposition tout au long de la vie a été peu étudié. La prise en compte de la variation de l'intensité au cours de la vie et de son effet dépendant du temps dans les analyses statistiques des données cas-témoins pose en effet quelques défis méthodologiques. Les objectifs de la thèse étaient 1) d'étudier l'effet dépendant du temps de l'intensité d'exposition au cours de la vie sur le risque de cancer et 2) d'identifier les profils de trajectoires d'intensité d'exposition sur la vie entière et comparer les risques de cancer associés. Pour répondre à ces deux objectifs, nous avons utilisé un indice cumulé d'exposition pondéré flexible déjà existant et nous avons développé un nouveau modèle conjoint à classes latentes, pour analyser les données de deux études cas-témoins françaises sur le mésothéliome pleural et le cancer du poumon. Les résultats montrent la contribution importante de l'intensité de la consommation de tabac récente pour le cancer du poumon et des expositions professionnelles anciennes à l'amiante pour les deux cancers. Ils confirment l'importance de considérer l'aspect temporel des expositions pour évaluer l'association avec le risque de cancer et illustrent l'intérêt des approches statistiques considérées. / The association between smoking and lung cancer or between occupational exposure to asbestos and pleural mesothelioma have been extensively investigated. Nevertheless, as for many protracted exposures-cancer relationships, the role of exposure intensity over lifetime has been rarely addressed. Accounting for individual variation of intensity over lifetime and investigating time-dependent effect in the statistical analysis of case-control data indeed raise several methodological issues. The thesis objectives were 1) to study the time-dependent effect of exposure intensity over lifetime on the risk of cancer and 2) to identify lifetime profiles of exposure intensities and to compare their associated risks of cancer. To address these objectives, we used an existing flexible weighted cumulative index of exposure and we developed a new joint latent class mixed model, to analyze the data from two French case-control studies on lung cancer and pleural mesothelioma. The results show the important contribution of recent smoking intensity for lung cancer and distant intensity of exposure to asbestos for both cancers. They confirm the importance of the timing of exposure in the association with the risk of cancer and illustrate the relevance of the proposed statistical approaches.

Le benzo-a-pyrène (BaP) est un cancérogène reconnu pour l'homme, contaminant présent dans notre environnement. Il cause des dommages à l'ADN que nous avons mesurés dans les lymphocytes exposés à de faibles concentrations de BaP, provenant de 20 jeunes volontaires non fumeurs et en santé. Suite à l’exposition, la fréquence des micronoyaux (MN) augmente significativement et décrit une courbe dose-réponse non linéaire, suggérant le déclenchement du processus de détoxification et la réparation de l’ADN. Des différences entre les individus et entre les sexes sont présentes dans la réponse génotoxique produite par le BaP. Le test des aberrations chromosomiques montre que le pourcentage de chromosomes cassés augmente significativement dans les cellules exposées au BaP. Combinés avec l'augmentation de la fréquence des MN, nos résultats confirment l'effet clastogène du BaP déjà rapporté dans la littérature. L’hybridation in situ en fluorescence (FISH) des MN avec une sonde pancentromérique est aussi utilisée pour établir leur mécanisme de formation. La FISH révèle que la majorité des MN formés après une exposition au BaP contient un centromère et plus, ce qui est significativement différent de la condition non exposée. Plus précisément, dans nos conditions expérimentales, les MN induits par le BaP contiennent surtout trois centromères et plus, indiquant également la présence d'un effet aneugène. L'effet clastogène du BaP est relié à son rôle d'initiateur dans la cancérogenèse, alors que l'effet aneugène le relierait à l'étape de progression. Ces résultats sont importants puisque l'exposition aux composés de la classe du BaP est de longue durée (cigarette, air pollué). / Benzo-a-pyrene (BaP) is a known human carcinogen, contaminating all spheres of our environment. In human cells, BaP can induce various genotoxic effects on DNA, such as micronuclei (MNs) and chromosomal aberrations (CAs). MNs and CAs are measured in human lymphocytes in vitro exposed to low BaP concentrations, taken from 20 young healthy non-smoking subjects. Following BaP exposure, MN frequency increases significantly and shows a non-linear dose-response curve, suggesting the induction of detoxification process and/or DNA repair. Also, interindividual and sex differences in BaP-induced genotoxic damages are present. CA test shows that chromosome breaks increase significantly in cells exposed to BaP even at low concentrations. Combined to the observed MN frequency increase, our results confirm the clastogenic properties of BaP, as already reported in literature. In addition, fluorescence in situ hybridization (FISH) on MN using a pancentromeric probe is done to assess MN content. FISH reveals that most BaP-induced MNs contain centromeres, and specifically three or more centromeres. This difference is significant when compared to the unexposed condition, and suggest presence of an aneugenic effect. Clastogenic effect of BaP is associated with initiation step of carcinogenesis, while the aneugenic effect would link it with cancer progression. These results could be particularly important because exposure to BaP and other member of its chemical class usually last for decades (smoking, air pollution, etc.), and need to be confirm in future studies.

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