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L‘intérêt de développer de nouvelles applications de la nanotechnologie pharmaceutique dans les soins de santé augmente année après année. Le rôle des nanosystèmes est devenu évident, surtout après que certains d'entre eux aient contribué à des solutions révolutionnaires dans des maladies graves. Dans notre projet, nous avons cherché à synthétiser des nanoparticules (NPs) intelligentes capables de livrer, de façon sélective, des agents anticancéreux. Les NPs ont été synthétisées afin de cibler des cellules cérébrales atteintes par le glioblastome multiforme (GBM), un cancer du cerveau présentant un mauvais pronostic et un taux de survie médian très faible. À cet effet, nous avons planifié de synthétiser et analyser ces nanoparticules et également d’étudier les preuves de concept de leur efficacité. Tout d'abord, nous avons sélectionné avec soin, la procédure de formulation ainsi que les polymères avant d’optimiser les caractéristiques physico-chimiques des nanogels (NGs) formulés à base de chitosane. Après l'optimisation de la taille, du PdI et du potentiel de surface des NGs, nous avons synthétisés des NGs chargés en substance active. Deux molécules thérapeutiques ont été retenues La première était la doxorubicine HCl (DOX) qui est trop hydrophile pour passer la BHE, bien qu’ayant démontré une efficacité in vitro contre le GBM. Le deuxième médicament était le témozolomide (TMZ) qui est déjà utilisé dans le traitement de GBM, comme adjuvant à la radiothérapie, après l’intervention chirurgicale. Les méthodes d'analyses ont ensuite été développées pour déterminer l’efficacité du taux d'encapsulation (EE%) et l'efficacité de chargement de médicament (DLE%) des deux médicaments. Pour la préparation des nanogels théranostiques, nous avons suivi les mêmes procédures après l’addition de l’agent de contraste USPIO, durant la synthèse des NGs. Ensuite, nous avions besoin d’assurer la qualité de nos NGs lors du stockage à long terme. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé une procédure de lyophilisation en utilisant différents sucres de nature et de concentrations variables. Les sucres ont été ajoutés pour cryoprotéger les NGs contre les contraintes mécaniques et physiques mises en jeu lors de la lyophilisation. Les sucres qui ont démontré des résultats satisfaisants avec NGs vides ont été utilisés, par la suite, dans la cryoprotection des NGs chargées de médicament au cours de leur lyophilisation. Finalement, nous avons étudié la libération de la DOX à partir des NGs chargées avant et après lyophilisation. Cette étude, en particulier avait deux objectifs. Le premier était de comparer l'effet de la lyophilisation sur le comportement de la libération de DOX des NGs, en observant l’impact de cette procédure sur la cinétique de libération Le deuxième but de l'étude de relargage était de tester la capacité des NGs à libérer leur contenu à trois pH différents : 5.8 (pH intracellulaire des cellules tumorales), 6.8 (espace interstitiel de la tumeur) et 7.4 (plasma sanguin). / The interest in developing new applications of nanotechnology in the pharmaceutical health care increases year after year. The role of nanosystems became clearer, especially after some of them contributed to revolutionary solutions in serious diseases. In our project, we sought to synthesize ‘intelligent’ nanoparticles (NPs) capable of selectively delivering anticancer agents. NPs were synthesized to target brain cells affected by glioblastoma multiforme (GBM), a brain cancer with a poor prognosis and a very low rate of median survival. To this end, we planned to synthesize and analyze these nanoparticles and also to study the proof-of-concept of their efficiency. First, we carefully selected the formulation process and the polymers prior to optimize physicochemical characteristics of the nanogels (NGs) formulated with chitosan. After optimization of the NGs size, PDI and surface potential, we synthesized NGs loaded with active substances. Two therapeutic molecules were selected. First we chose doxorubicin HCl (DOX) which is too hydrophilic to cross the BBB, whereas demonstrating in vitro efficacy against GBM. The second drug was temozolomide (TMZ), already used in the treatment of GBM as an adjuvant to radiotherapy after surgery. Analytical methods were then developed to determine the encapsulation efficiency (EE %) and drug loading efficiency (DLE %) of both drugs. For the preparation of theranostic nanogels, we followed the same procedures after the addition of the USPIO contrast agent during the NGs synthesis. Next, we needed to ensure the quality of our NGs during long-term storage. To achieve this goal, we developed a freeze-drying process using different kind of sugar cryoprotectants at varying concentrations, in order to protect NGs against mechanical and physical stresses at play during freeze-drying. Most promising sugars used with unloaded NGs were subsequently used to cryoprotect DOX-loaded NGs. Finally, we studied the release of DOX from DOX-loaded NGs before and after freeze-drying. This study in particular had two objectives. The first was to compare the effect of the freeze-drying process on the behavior of the DOX-loaded NGs, observing the impact of this procedure on the release kinetics. The second purpose of the release study was to test the ability of NGs to release their contents at three different pH: 5.8 (intracellular pH of tumor cells), 6.8 (interstitial space of the tumor) and 7.4 (blood plasma).

Les hommes et les femmes diffèrent devant la survenue de plusieurs types d’arythmies cardiaques. Ainsi, la prévalence des fibrillations auriculaires, ou celle du syndrome de Brugada est plus élevée chez les hommes, tandis que les femmes sont plus susceptibles de développer des torsades de pointe. La survenue de ces arythmies pourrait être affectée par l’existence de disparités entre les sexes au niveau de l’activité électrique cardiaque normale. Des différences ont d’ailleurs été décrites dans les paramètres électrocardiographiques des hommes et des femmes, et notamment au niveau des paramètres traduisant la phase de repolarisation ventriculaire. Par ailleurs, plusieurs études cliniques et expérimentales ont permis d’avancer que les androgènes pourraient contribuer à expliquer les différences homme-femme observées dans la repolarisation ventriculaire. Leur influence sur les autres paramètres électrocardiographiques a toutefois reçu peu d’attention jusqu’à aujourd’hui. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était de mieux comprendre l’implication de la testostérone dans les différences sexuelles observées au niveau de l’électrocardiogramme. En travaillant à partir d’une cohorte de volontaires sains, nous avons tout d’abord confirmé l’existence de différences électrocardiographiques rapportées précédemment dans la littérature. Nous avons de plus noté un segment PR plus long chez les hommes, bien que l’onde P et l’intervalle PR n’étaient pas significativement différents entre les sexes. Par la suite, nous avons évalué l’association de la testostérone avec les différents paramètres de l’électrocardiogramme humain. La testostérone était le plus fortement associée au complexe QRS, au segment ST et à l’intervalle QTc. Nous avons donc examiné la contribution de la testostérone dans les mécanismes responsables des différences sexuelles pour ces trois paramètres. D’après les résultats obtenus, la testostérone ne semblait toutefois pas expliquer ces différences homme-femme. En conclusion, les résultats de cette étude suggèrent que la testostérone n’est pas responsable des différences observées au niveau du complexe QRS, du segment ST et de l’intervalle QTc des hommes et des femmes de notre cohorte. D’autres médiateurs, seuls ou en association avec la testostérone, pourraient jouer un rôle dans l’établissement de ces différences électrocardiographiques associées au sexe. / The incidence of various cardiac arythmias subtypes differs between men and women. Indeed, atrial fibrillation or Brugada syndrome are more prevalent in men, while women are more susceptible to Torsades de Pointe. The development of various arrhythmias may be affected by sexual disparities in the normal electrical cardiac activity. Sex differences have been described in the electrocardiographic parameters of men and women, particularly in the parameters representing the ventricular repolarisation phase. Besides, the results obtained in several clinical and experimental studies suggested that androgens could contribute to explain differences in ventricular repolarization of men and women. However the effects of this hormone on other electrocardiographic parameters have received little attention. In this context, the aim of the current study was to better understand the implication of testosterone in the sex differences observed in the electrocardiogram. We examined the electrocardiograms of a cohort of healthy volunteers, and first confirmed sex differences in parameters, that had been previously described in the literature. While P wave and PR interval showed no significant differences, we did note a longer PR segment in men compared to women. Secondly, we evaluated the association of circulating levels of testosterone with the human electrocardiographic parameters. The correlation was the strongest with QRS complex, ST segment and QTc interval. Therefore, we assessed the mediating role of testosterone in the relationship between sex and these three parameters. However, the results showed that this androgen did not seem to explain these sex-related differences. In conclusion, this study suggests that testosterone is not responsible for the differences observed in QRS complex, ST segment and QTc interval of our cohort of men and women. Additional mediators may be involved in these sex-related electrocardiographic differences, alone or in conjunction with testosterone.

Les membranes cellulaires jouent un rôle important dans l’absorption des médicaments et la distribution de ceux-ci dans le corps humain. Elles contiennent différents transporteurs membranaires qui sont responsables des profils pharmacocinétiques, d’innocuité et d’efficacité des xénobiotiques. Lors du développement d’un médicament, il s’avère donc indispensable, de prédire l’interaction des nouveaux composés avec les transporteurs présents dans l’organisme. Le but du projet de recherche est de créer un nouvel outil pour étudier le comportement de la glycoprotéine-P (P-gp), un transporteur membranaire responsable du rejet de nombreux composés, sur différents médicaments. Pour cela, un modèle non cellulaire est développé en utilisant des protéoliposomes : des liposomes dans lesquels des transporteurs sont incorporés. La méthodologie consiste tout d’abord à produire, extraire et purifier la protéine d’intérêt à partir de deux systèmes d’expression : MDCK-MDR1 (cellules de chien transfectées avec le gène humain MDR1) et Pichia pastoris (levures) fin de déterminer les avantages et les limites de ces deux types cellulaires. Différentes méthodes de reconstitution dans des protéoliposomes ont ensuite été testées avec la P-gp obtenue. Puis, l’activité ATPasique de la P-gp reconstituée a été évaluée en présence de différents substrats. Les protocoles de culture cellulaire, d’extraction et de purification des deux systèmes d’expression ont été implémentés avec succès au sein du laboratoire. Les résultats montrent que les rendements obtenus sont supérieurs avec les levures qu’avec les cellules de mammifère. En outre, Pichia pastoris offre les avantages d’être facile et rapide à cultiver et peu couteux. Les premiers résultats d’activité ATPasique obtenus avec la P-gp reconstituée en protéoliposomes étaient prometteurs mais n’ont pas été reproduits en raison de la dégradation de la protéine membranaire. Les prochaines études du projet porteront sur un autre transporteur membranaire de la famille ABC, BCRP, une protéine de plus petite taille qui devrait montrer une plus grande stabilité pour mener à bien les tests. / Cellular membranes play an important role in the absorption and distribution of drugs in the human body. They contain different membrane transporters, which are responsible for the pharmacokinetic properties of drugs, as well as the safety and efficiency of their diffusion. When developing a new drug, it is thus of utmost importance to study the way that it will interact with the transporters present within the body. The aim of this study was to evaluate a new tool for measuring permeability in order to understand the function and mecanisms of P-glycoprotein (P-gp). P-gp is a transporter that is responsible for the rejection of many different compounds found in various drugs. This study thus seeks to use proteoliposomes to develop non-cellular models of membrane permeability including efflux and uptake transporters. This novel model of permeability will be utilized to study the underlying mechanisms of membrane permeability to xenobiotics. The human P-gp was produced, extracted and purified using two different expression systems: MDCK-MDR1 cells (Madin-Darby canine kidney cells transfected with the human MDR1 gene) and Pichia pastoris. Both expression systems were studied in order to compare the strengths and weaknesses of each system. We then tested different methods of reconstituting the P-gp into protéoliposomes. Finally, we measured the level of ATPase activity using different substrates. The protocols of cell culture, extraction and purification of both expression systems were accomplished in a laboratory during this study. These results demonstrated that expressing P-gp using yeast was more effective than that of mammalian cells. Furthermore, working with Pichia pastoris offers multiple advantages: expressing P-gp was easier, faster and cheaper than working with mammalian cells. The first measurements of ATPase activity using reconstituted P-gp proteoliposomes were promising, however they proved difficult to reproduce due to the possible degradation of the membrane protein.Further studies in this project will look to evaluate another ABC membrane transporter, BCRP. This smaller protein should prove to be more stable than P-gp, facilitating experimentation.

Ce projet de recherche comporte deux parties principales qui possèdent comme lien unificateur l’amélioration des méthodes et techniques utilisées actuellement pour évaluer aussi bien l’activité que l’expression des cytochromes P450 (CYP450s) et menant par la suite à leur application en clinique. Le premier volet de ce projet de recherche porte sur le développement de méthodes LC-MS/MS pour un cocktail de 7 substrats marqueurs des CYP450s. Notre objectif est de développer et valider une méthode LC-MS/MS spécifique et sensible permettant l’évaluation des activités des CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 et 2E1 suivant l’administration orale et à faible dose d’un cocktail de substrats marqueurs chez des patients et sujets sains. Les méthodes développées peuvent être utilisées pour évaluer les mécanismes de variabilité interindividuelle comme l’impact de polymorphismes génétiques, de facteurs environnementaux et de maladies dans le processus de métabolisme et d’élimination des médicaments, mais également pour investiguer les interactions médicamenteuses. Ce cocktail a été appliqué avec succès, dans un projet clinique portant sur l’évaluation des effets du diabète sur la capacité métabolique par les CYP450s. Le deuxième volet de ce projet de recherche vise à développer des méthodes analytiques par LC-HRMS afin de caractériser et quantifier les CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 et 4F2 dans l’intestin grêle humain. Notre hypothèse suggère que les CYP450s retrouvés le long de l’intestin grêle peuvent affecter significativement l’effet de premier passage de certains médicaments administrés par voie orale et influencer leurs concentrations plasmatiques et conséquemment, leurs effets pharmacologiques et/ou toxiques. Ma participation à ce projet a permis d’identifier des peptides protéotypiques par digestion in silico et in vitro et de développer des méthodes de quantification absolue par LC-HRMS. Ce projet est une première étape dans la caractérisation des CYP450s majeurs le long de l'intestin grêle. Il permettra de mieux comprendre les mécanismes de variabilité interindividuelle dans la réponse aux médicaments associés au processus d'absorption intestinal et de mieux prédire la variabilité dans la biodisponibilité des médicaments et de développer des modèles pharmacocinétiques plus complexes. / This research project is divided into two sections, both aiming at the development of sensitive and specific LC-MS methods to evaluate activity and expression of CYP450 and finally, looking at their clinical application. The first section of this research project focuses on the development of analytical methods by LC-MS/MS for a seven CYP450 probe-drug cocktail. Although these cocktails have shown value they also suffer from many limitations. Our objective was to develop and validate highly sensitive and selective LC-MS/MS assays allowing the determination of CYP1A2, 2B6, 2C9, 2C19, 2D6, 3A4/5 and 2E1 activities following administration of low oral doses of a modified CYP450 probe-drug cocktail in patients. These methods can be used to phenotype CYP450 activities, evaluate inter-individual variabilities, study the impact of pathological conditions on drug metabolism and elimination, and evaluate drug-drug interactions. Our CYP450 cocktail assays have been successfully applied to phenotype CYP450 activities in type 2 diabetic patients. The second section of this project aims at the development of a LC-HRMS method for the characterization and absolute quantification of CYP1A1, 1A2, 1B1, 2B6, 2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, 2J2, 3A4, 3A5, 3A7 and 4F2 in the human small intestine. Our hypothesis suggests that CYP450 isoenzymes found along the small intestine can significantly affect the first-pass effect of certain drugs administered orally and thus influence their pharmacological and/or toxic effects. My participation in this project allowed to identify proteotypic peptides by in silico and in vitro digestion and to develop LC-HRMS methods allowing the absolute quantification of CYP450. This project is a first step in the characterization of the main CYP450 along the small intestine. This project will allow a better understanding of inter-individual variability in drug response associated with intestinal absorption of drugs, a better prediction of variability in drug bioavailability and to develop more complex pharmacokinetic models.

L’évaluation de la bioéquivalence (BE) de formulations génériques (Test) et de marques commerciales (Référence) du dabigatran représente un défi de taille pour les sociétés pharmaceutiques en raison de la grande variabilité intra-individuelle et de la puissante relation concentration-effet du médicament. Soutenu par l'approche de modélisation pharmacocinétique de population (pop-PK), ce projet examine le potentiel d'évaluer la BE, avec des résultats comparables au paradigme actuel de BE, en utilisant un nombre réduit d'échantillons requis. Une étude de BE portant sur deux formulations de dabigatran (Test et Référence), comprenant 16 sujets et incluant 640 concentrations plasmatiques a été utilisée rétrospectivement pour l'analyse pop-PK. Un modèle pop-PK a été développé pour chaque formulation en suivant les techniques de modélisation standards. Des scénarios d'échantillonnage comportant un ensemble décroissant de prélèvements ont été sélectionnés selon une stratégie progressive et prudente basée sur les propriétés pharmacocinétiques (PK) connues du dabigatran ainsi que de connaissances cliniques acquises. Les modèles pop-PK Test et Référence ont été ajustés à chacun des scénarios d'échantillonnage réduits et leurs profils PK ont été simulés. Ensuite, des tests de BE ont été effectués pour identifier le scénario préservant les conclusions BE obtenues à partir du jeu de données d'origine tout en incluant le nombre minimal de prélèvements. Un modèle à deux compartiments avec élimination de premier ordre et absorption retardée décrivait le mieux les données de concentration plasmatique du dabigatran. Le sexe a été identifié en tant que covariable significative pour la biodisponibilité. Pour les scénarios d'échantillonnage réduit, tous les profils de PK simulés étaient similaires et robustes en termes de valeurs de paramètres PK et de courbes de concentrations, à l'exception des valeurs de Cmax. Les résultats ont également prouvé que le verdict de BE pouvait être maintenu jusqu'à un scénario d'échantillonnage réduit de cinq prélèvements en utilisant les normes et critères de BE réglementaires en vigueur. L’approche de modélisation pop-PK pourrait réduire le nombre d’échantillons utilisés pour l’évaluation de la BE du dabigatran, diminuant donc les coûts des futurs essais de BE cliniques en plus de représenter un bénéfice pour les participants de l’étude. / The bioequivalence (BE) assessment of generic (Test) and brand name (Reference) formulations of dabigatran, a drug with a steep exposure-response relationship exhibiting very high pharmacokinetic (PK) variability, represents an expensive challenge for pharmaceutical companies. Supported by the modeling approach of population pharmacokinetics (pop-PK), the present study investigates the potential of assessing with results comparable to the current BE paradigm BE using a reduced required number of samples. A BE study of two formulations of dabigatran (Test and Reference), comprising 16 subjects and including 640 plasma concentrations, was used retrospectively for the pop-PK analysis. Using standard modeling techniques, a pop-PK model was accordingly developed for each formulation. Sampling scenarios with reduced sampling time points were selected in a progressive and cautious strategy based on dabigatran’s known PK properties and clinical knowledge. The developed pop-PK model of the Reference and Test formulations were refitted on each reduced sampling dataset. All these models were simulated to generate virtual PK profiles for BE purpose. Then, following the standard BE test procedure, the task concluded by identifying the scenario preserving BE conclusions obtained from the original dataset, while including the minimum number of samples. A two-compartment model with first order elimination and a lagged absorption best described the plasma concentration data for dabigatran, and sex was identified as a significant covariate for bioavailability. For the reduced sampling scenarios, all simulated PK profiles were similar to the PK profile generated from the complete sampling in terms of PK parameters values and robustness, except for the Cmax values. The results also proved that the BE verdict could be maintained with a reduced sampling scenario of only five blood samples using the current regulatory BE standards and criteria. The pop-PK modeling approach can be an efficient tool that requires only a reduced number of samplings for the BE assessment of dabigatran, thus can potentially lower the costs in future BE trials and benefit the participants of the study.

Les pharmaciens communautaires ont accès en tout temps aux informations concernant les renouvellements d’ordonnance et ont une interaction fréquente avec les patients. Ils sont donc les professionnels de la santé les mieux placés pour intervenir auprès des patients non adhérents à leurs médicaments. Il serait donc pertinent de développer un outil électronique d’aide à la prise en charge des patients non adhérents aux médicaments à usage chronique (e-AdPharm) adapté aux besoins des pharmaciens. Pour ce faire, ce projet a été mené selon un devis mixte. Dans un premier temps, un sondage a été acheminé aux pharmaciens communautaires du Québec afin d’obtenir un portrait global de leur pratique concernant la mesure de l’adhésion et des interventions réalisées auprès des patients pour optimiser l’adhésion. Les résultats du sondage nous indiquent que la méthode la plus utilisée pour identifier les patients non adhérents est le nombre de jours de retard entre les renouvellements, alors que les principales barrières rencontrées pour mesurer l’adhésion sont le manque de temps et le manque d’information sur les ordonnances. La principale intervention réalisée auprès des patients non adhérents est le conseil verbal et les principales barrières pour intervenir sont la réaction négative du patient et le manque de temps. Dans un deuxième temps, quatre groupes de discussion ont été organisés afin de questionner les pharmaciens communautaires sur le développement d’un prototype d’outil électronique pour la prise en charge de l’adhésion. Les pharmaciens souhaitent que l’adhésion soit mesurée sous forme de pourcentage et présentée dans un tableau utilisant un code de couleurs déterminé selon le niveau d’adhésion. Ils ont aussi manifesté un grand intérêt pour l’ajout d’une section permettant le suivi de l’adhésion, incluant un horizon temporel des interventions réalisées et à faire et les causes de la non-adhésion. / Community pharmacists have direct access at all times to prescription refills information and have regular interactions with their patients. Therefore, they are in a unique position to promote optimal medication use. It would therefore be relevant to develop an electronic tool adapted to pharmacists’ needs (e-AdPharm) to provide medication adherence support to patients treated for chronic diseases. This project was conducted according to a mixed study design. First, an invitation to complete a web-based survey was published online through different platforms to describe how community pharmacists in Quebec identify non-adherent patients, monitor medication use, and promote optimal medication adherence. The survey results show that the most common method to identify non-adherent patients was to check gaps between prescription refills whereas the most common barriers to identifying non-adherent patients were lack of time and lack of prescriptions and refills information. The most common intervention to promote adherence was patients’ counselling whereas the most common barriers to intervene were anticipation of a negative reaction from patients and lack of time. Second, four focus groups were organized to design a prototype of an electronic tool adapted to community pharmacists’ needs to provide medication adherence support to patients. Pharmacists wanted a table displaying medication adherence measures for chronic conditions with a color code representing adherence level. They also stressed the importance to have a structured section enabling them to continuously document the interventions made, needs for patients’ follow-ups and non-adherence causes.