La vincristine est un vinca-alcaloïde très largement utilisé et reste incontournable dans la prise en chargethérapeutique de nombreux cancers, notamment en pédiatrie. Ce médicament présente une neurotoxicitédose-limitant, très variable d’un individu à l’autre, difficilement prévisible, ayant ainsi des conséquencescliniques directes sur l’efficacité thérapeutique. Cette variabilité pourraient avoir une originepharmacocinétique et pharmacogénétique, en partie liée au métabolisme hépatique intense de la vincristinepar les enzymes CYP3A4 et CYP3A5 et à son transport par la P-glycoprotéine (codée par le gène ABCB1).En effet, de nombreux polymorphismes génétiques des gènes CYP3A4, CYP3A5 et ABCB1 ont été décritsdont certains sont associés à d’importantes différences d’expression et/ou de fonctionnalité de la protéine.Nous avons donc développé une méthode de dosage sensible et hautement spécifique de la vincristine parLC-MSMS, adaptée à la réalisation d’une étude de pharmacocinétique-pharmacogénétique dans unepopulation pédiatrique atteinte de tumeurs solides.Nous avons montré que les différents facteurs démographiques, thérapeutiques et génétiques étudiés(allèles CYP3A5*3, CYP3A4*1B ; mutations ABCB1 C1236T, G2677T(A) et C3435T) ne sont pasprédictifs de la variabilité de la pharmacocinétique de la vincristine observée dans notre populationpédiatrique. Ces résultats sont renforcés par l’observation d’une large variabilité pharmacocinétique entreles cures pour un même patient, qui ne peut être expliquée par des facteurs génétiques. Nous avons pu chezcertains patients, évaluer l’accumulation intracellulaire de la vincristine. Une importante variabilité estégalement retrouvée au niveau cellulaire et nos résultats montrent deux profils d’accumulationintracellulaire de vincristine très distincts qui pourraient avoir une origine génétique. En effet, les patientsporteurs du génotype hétérozygote d’ABCB1 présentaient une tendance à une plus forte accumulation surles temps précoces.Néanmoins, l’incidence de survenue d’une neurotoxicité n’a pas non plus été associée à des différencesd’exposition plasmatique ou d’accumulation intracellulaire de vincristine ou encore aux polymorphismesgénétiques étudiés du CYP3A4, CYP3A5 et d’ABCB1 dans notre population. La pertinence clinique d’unedifférence d’accumulation intracellulaire de la vincristine reste à être évaluée sur un effectif beaucoup plusimportant. La variabilité de la neurotoxicité de la vincristine ne semble donc pas être prédite par desfacteurs génétiques affectant la pharmacocinétique et pourrait donc avoir notamment une originepharmacodynamique, liée à une modification de sa sensibilité chez certains patients. / Vincristine is a natural vinca-alkaloid widely used in many chemotherapy regimens for paediatric tumourdiseases. The most frequent and clinically relevant side-effect of vincristine is a dose-limitingneurotoxicity which is unpredictable and characterized by a great variability between patients. Thisvariability could have a pharmacokinetic and pharmacogenetic origin, partly due to the intense hepaticmetabolism of vincristine through both CYP3A4 and CYP3A5 and a transport by P-glycoprotein (encodedby the ABCB1 gene). Indeed, several genetic polymorphisms have been described for CYP3A4, CYP3A5and ABCB1 which could affect the expression and/or the functionality of the protein. We have firstdeveloped a sensitive and highly specific LC-MS/MS method for vincristine quantification, suitable for apharmacokinetics-pharmacogenetics study in paediatric patients treated for solid tumours diseases.Our results showed that demographic, therapeutic and genetic factors assessed (CYP3A5*3, CYP3A4*1Balleles and ABCB1 C1236T, G2677T (A) and C3435T mutations) are not predictive of vincristinepharmacokinetics variability observed in our paediatric population. These results are enhanced by theobservation of a wide inter-course variability which cannot be explained by genetic factors. In somepatients, we were able to evaluate the vincristine intracellular concentration and we observed similarly alarge inter-patient variability. Two populations emerge according with the intracellular vincristineaccumulation and this dichotomic distribution could have a genetic origin. Indeed, a tendency to a greateraccumulation of intracellular vincristine was observed in patients with ABCB1 CGC-TTT diplotype in theearly post-dose period.Nevertheless, the incidence of neurotoxicity in our population has not been associated to differences inplasma exposure and intracellular accumulation of vincristine and to the assessed genetic polymorphismsof CYP3A4, CYP3A5 and ABCB1. The clinical relevance of differences in the intracellular accumulation ofvincristine remains to be evaluated on a larger cohort of patients. The variability of vincristineneurotoxicity does not seem to be explained by genetic factors affecting its pharmacokinetics and thereforecould have a pharmacodynamic origin, probably linked to a modification of vincristine sensitivity inpatients.

L’utilisation des modèles non linéaires à effets mixtes (MNLEM) ne cesse de croître dans l’étude et le développement des médicaments. Ce travail a permis d’exposer différents domaines d’applications des MNLEM et les avantages qu’ils apportent dans la recherche sur les médicaments antithrombotiques à partir de différentes études cliniques. Une première partie de ce travail présente l’intérêt des MNLEM dans l’estimation de la variabilité pharmacocinétique du fondaparinux au sein d’une population non sélectionnée de patients et d’une population de patients insuffisants rénaux. Une deuxième partie présente l’utilisation des MNLEM pour résumer un modèle de réponse complexe de relation pharmacocinétique - pharmacodynamique en prenant pour exemple la fluindione et l’acénocoumarol, associé à la prise en compte des sources de variabilités génétiques. Une dernière partie présente une application de ces mêmes modèles pour évaluer des interactions médicamenteuses à partir de deux études : l’interaction acénocoumarol-amoxicilline plus acide clavulanique et l’interaction clopidogrel-fluoxétine / Non-Linear Mixed Effects Models (NLMEM) play an increasing role in drug development process. This work presents various fields of application for NLMEM and improvements in antithrombotic drugs clinical research based on several clinical trials results analysis. A first part emphasis NLMEM interest in pharmacokinetic variability estimation for fondaparinux in unselected subjects and selected subjects with kidney impairment. A second part presents NLMEM usefulness when summarising complex pharmacokinetic - pharmacodynamic response model, with the example of fluindione and acenocoumarol when considering genetic response variability. Finally, an application of NMLEM in drug-drug interaction evaluation is presented with two examples: acenocoumarol-amoxocillin plus clavulanic acid and clopidogrel-fluoxetine interaction

La médecine actuelle, basée sur les preuves, et la recherche de standardisation qui l'accompagne, sont-elles compatibles avec la variabilité intra- et interindividuelle de la réponse au traitement observée chez les patients ? Au travers de trois interrogations successives (1- La variabilité est-elle significative en infectiologie ; 2- Peut-on décrire et modéliser cette variabilité ; 3- Comment utiliser ces connaissances pour évaluer l'intérêt de stratégies thérapeutiques), nous montrons qu'il ne semble pas possible d'ignorer cette variabilité, que la modélisation pharmacocinétique-pharmacodynamique permet de la décrire de manière satisfaisante, et que nombre de stratégies thérapeutiques actuelles la prennent insuffisamment en compte. Ces résultats remettent en cause les pratiques actuelles de calculs des posologies, dont l'usage exclusif de covariables, et soulignent l'intérêt du suivi thérapeutique et de l'individualisation des posologies

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Le choc septique est défini par une hypotension persistante malgré un remplissage vasculaire adéquat en présence d’une réponse inflammatoire systémique suite à une infection. Il est responsable de 10% des admissions en réanimation et malgré des progrès thérapeutiques constants, la mortalité liée au sepsis varie entre 30% et 60% dans les cas de choc septique. Dans 50% des cas, le choc septique est associé à une insuffisance surrénale relative ce qui diminue la probabilité de survie des patients. Les patients sont alors traités avec de l’hydrocortisone et de la fludrocortisone, mais ce traitement est très controversé. Pour la première fois, nous avons pu mettre au point et valider une technique de quantification de la fludrocortisone plasmatique après une prise de 50 μg. Cette technique a pu ensuite être utilisée pour l’obtention de l’étude pharmacocinétique/pharmacodynamique de la fludrocortisone chez le volontaire sain et le patient septique avec insuffisance surrénale relative. Enfin, nous avons étudié la distribution et l’élimination de cette molécule chez la souris saine et deux modèles de sepsis. Les paramètres pharmacocinétiques montrent que la demi-vie de la fludrocortisone est d’environ 1 h, avec un délai d’absorption d’environ 50 minutes. Nos travaux ont permis de mettre en évidence qu’il existe deux populations de patients : les absorbants et les non-absorbants la fludrocortisone, qui représentent 30 % des patients testés, ce qui pourrait être à l’origine de la controverse sur les effets bénéfiques de cette molécule sur la survie des patients. Cependant nous n’avons pu mettre en évidence aucun effet hémodynamique de cette molécule sur les patients septiques. / The septic shock is defined by persistent hypotension despite fluid resuscitation with systemic inflammation due to infection. This is the cause of 10% of the admission in intensive care unit. Despite steady progress in therapeutics, the mortality of patients with sepsis varies between 30% to 60% for a septic shock. In 50%, the septic shock is associated to relative adrenal insufficiency which decrease survival probability of the patients. The patients receive hydrocortisone and fludrocortisone but this treatment is still controversial. For the first time, we developped and validated a quantification method of low concentration fludrocortisone in plasma. This method were used for the pharmacokinetic/pharmacodynamic study of fludrocortisone in healthy volunteers and patients with septic shock associated with relative adrenal insufficiency. Then we studied the distribution and elimination of this molecule in two mice models of sepsis. The pharmacokinetic parameters show that the half-life of fludrocortisone is about 1h and the delay of absorption is about 50min. Our study shows two groups of patients : absorbent patients and non-absorbent patients which have no detectable fludrocortisone concentrations in plasma. This population represents 30% of the population. This could be the reason of the controversial results. No hemodynamic effetc were found in patients with septic shock due to fludrocortisone after low-dosage administration.

The “magic bullet” theory stated by Paul Ehrlich more than one century ago foresees that drugs need to reach their target to exert their pharmacological activity. When dealing with antibiotics, this implies not only a capacity to interact with bacteria, but also to rejoin them in the infected compartment. The latter property is directly linked to pharmacokinetics. In this Thesis, we have focused our interest on cellular pharmacokinetics of antibiotics in macrophages, reasoning that (i) this model would be relevant for predicting the access of antibiotics to intracellular bacteria, and (ii) deciphering mechanisms of drug entry, distribution, and efflux in single cells would provide pieces of information applicable to the understanding of general pharmaco-kinetics. Accumulation and distribution were studied for oritavancin, a semi-synthetic glycopeptide currently in phase III of clinical development. This molecule is characterized by a highly bactericidal activity against staphylococci, including multiresistant strains, which would be of interest for the eradication of the intracellular forms of these bacteria. We show that oritavancin enters macrophages by adsorptive endocytosis and accumulates to very large amounts in lysosomes, with cellular concentrations as high as 300-fold the extracellular ones. Accordingly, it exerts a concentration-dependent bactericidal activity against Staphylococcus aureus multiplying in phagolysosomes. In parallel, however, it also causes morphological and biochemical alterations, characterized by the deposition of material of heterogeneous aspect and the accumulation of phospholipids and cholesterol. These data point to the difficulty of dissociating high cellular accumulation and cellular toxicity and plead for the interest of in vitro models in the evaluation of the intracellular activity of antibiotics, the early assessment of drug safety profile and the orientation of further in vivo studies. Active efflux was evaluated for macrolides and quinolones, two antibiotic classes accumulating in macrophages and therefore usually considered as useful in the treatment intracellular infections. Macrophages indeed express multidrug transporters in their pericellular membrane, which can extrude a large variety of drugs presenting as common feature an amphiphatic character. We show that macrolides (and azithromycin in particular) are substrates for P-glycoprotein, while quinolones (and ciprofloxacin in particular) are substrates for an MRP-like transporter. Inhibiting these pumps increases the intracellular activity of these antibiotics by enhancing their cellular accumulation. We also describe different mode of transport for these antibiotics, which essentially reflect their variable fluxes through the membrane. These data underline the major role constitutive efflux plays in the modulation of the pharmacokinetics of drugs, and, hence, of their pharmacodynamics. They encourage the setting-up of large-scale screenings aimed at evaluating drug-transporter interactions in lead optimization processes. We may therefore conclude to the usefulness of cellular models in the study of the pharmacokinetics of drugs and of its consequences for pharmacodynamics and toxicity, and suggest the implementation of such models in the early development of new drugs.

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