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

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La greffe de cellules souches hématopoïétiques est parfois le seul traitement curatif dans certaines pathologies pédiatriques telles que les leucémies, les sarcomes, les dédicits immunitaires ou les thalassémies. Le busulfan, un alkylant myéloablatif, fait partie de nombreux protocoles de conditionnement de greffe. C'est un médicament à marge thérapeutique étroite doté d'une forte variabilité pharmacocinétique, qui fait souvent l'objet d'un suivi thérapeutique pharmacologique afin d'optimiser la prise de greffe et d'éviter les risques de maladie veino-occlusive, principale toxicité du busulfan et responsable d'une morbidité et d'une mortalité importante. L'aire sous la courbe, dont il existe un intervalle cible recommandé, est aujourd'hui le paramètre pharmacocinétique utlisé pour effectuer le suivi thérapeutique du busulfan et l'adaptation posologique pendant le conditionnement.L'objectif de notre travail est d'étudier les relations entre la pharmacocinétique du busulfan et ses effets thérapeutiques et toxiques, en particulier la maladie veino-occlusive, et de développer des méthodes d'adaptation posologique pour optimiser l'usage de ce médicament chez l'enfant. Nos travaux ont conduit à plusieurs innovations méthodologiques, avec le développement et la validation d'un modèle pharmacocinétique de population non-paramétrique pour l'adaptation Bayésienne des posologies de busulfan en pédiatrie, et le développement d'une nouvelle méthode de détermination de la dose initiale maximisant la probabilité d'atteindre un intervalle cible d'exposition. Sur le plan clinique, nous avons pu mettre en évidence l'absence de bénéfice clinique de l'utilisation d'un intervalle cible d'exposition plus restreint que celui recommandé. Par ailleurs, nous avons identifié que la survenue de la MVO était liée à la concentration maximale de busulfan, et non à l'aire sous la courbe des concentrations en fonction du temps.L'ensemble de ces résultats est une contribution à l'amélioration de l'utilisation et du suivi thérapeutique pharmacologique du busulfan en onco-hématologie pédiatrique / Hematopoietic stem cell transplantation remains the only curative treatment in many pediatric diseases as leukemia, sarcoma, immunodeficiencies or thalassemia. Busulfan, a myeloablative alkylant, is the cornerstone of pre-transplant conditioning. It has a narrow therapeutic index and a large pharmacokinetic variability. For these reasons, therapeutic drug monitoring is required in order to optimize engraftment and avoid veno-occlusive disease, the main toxicity of busulfan which is responsible of significant morbidity and mortality. Today, the area under the curve, of which there is a target range recommended, is the pharmacokinetic parameter used to carry out therapeutic drug monitoring and dose adjustment during conditioning. Our objective is to investigate relationships between busulfan PK and clinical outcomes, especially veno-occlusive disease, and to develop methods of dose adjustment in order to optimize the use of this medication in children.Our work leaded to several methodological innovations, with the development and the validation of a non-parametric pharmacokinetic model for Bayesian dose adjustment of busulfan in pediatrics, and the development of a new method for the first dose determination maximizing the probability of achieving an exposure target range. From a clinical point a view, we highlighted the lack of clinical benefit in using an exposure target range narrower than those recommended. Furthermore, we identified that veno-occlusive incidence was correlated to the maximal concentration of busulfan, contrary to the area under the concentration-time curve.All of these results contribute to improving use and therapeutic monitoring of busulfan in pediatric onco-hematology

La mise en évidence de la variabilité pharmacocinétique et/ou pharmacodynamique permet l’optimisation de l’utilisation des cytotoxiques. L’association des thérapies ciblées à la chimiothérapie conventionnelle peut apporter des avantages supplémentaires en termes de bénéfice thérapeutique, mais aussi peut provoquer des interactions médicamenteuses et augmenter les variabilités interindividuelles. Les interactions médicamenteuses sont maintenant connues pour avoir un impact significatif sur l'élimination des médicaments.Le premier volet de ces travaux consiste à mesurer les concentrations sanguines de deux molécules (le lapatinib et la vinorelbine) chez les patientes et à les utiliser pour la modélisation pharmacocinétique. Cette modélisation a clairement montré l’influence du poids et du nombre des plaquettes sur la pharmacocinétique de la vinorelbine permettant ainsi de diminuer les variabilités pharmacocinétiques. Elle a également mis en évidence l’influence du lapatinib sur la pharmacocinétique de la vinorelbine. Cependant, compte tenu de l’absence de groupe témoin, nous n’avons pas réussi à obtenir une significativité statistique pour ces résultats. En parallèle, aucune influence de la vinorelbine sur le comportement pharmacocinétique du lapatinib n’a été mise en évidence.Le second volet concerne la modélisation de la réponse et de la tolérance des patientes pour cette association médicamenteuse (modélisation pharmacodynamique). La neutropénie est la toxicité dose-limitante et comme le lapatinib n’est pas connu pour être myélotoxique, nous avons modélisé cette toxicité par rapport au comportement pharmacocinétique de la vinorelbine. Là encore, nous avons observé une très forte tendance quant à l’influence du lapatinib sur la myélotoxicité de la vinorelbine. Concernant l’efficacité de cette association, la modélisation de l’évolution de la croissance tumorale a mis en évidence une synergie d’action entre ces deux molécules. A notre connaissance c’est la première fois qu’une telle modélisation tant du point de vue de la tolérance que de celui de la réponse, est réalisée lors d’une association de chimiothérapie classique et d’une thérapeutique ciblée.La modélisation PK-PD de population des médicaments anticancéreux peut apporter une aide précieuse aux cliniciens dans ce domaine. Elle peut également être essentielle dans la prise de décision clinique précoce. / The identification of sources of pharmacokinetic and / or pharmacodynamic variabilities, optimizes the use of cytotoxic agents. The combination of targeted therapies with conventional drugs may provide additional benefits in terms of therapeutic benefit, but also can cause drug interactions and increased variability. Drug interactions are known to have a significant impact on drug disposition.The first part of this work is to measure blood concentrations of two molecules (lapatinib and vinorelbine) in patients and to perform pharmacokinetic modeling. This modeling clearly showed the influence of weight and the platelet number on the pharmacokinetics of vinorelbine reducing thereby the pharmacokinetic variabilities. It also highlighted the influence of lapatinib on the pharmacokinetics of vinorelbine. However, due to the lack of control group, we failed to obtain statistical significance for these results. In parallel, no effect of vinorelbine on the pharmacokinetics of lapatinib has been detected.The second part concerns the modeling of the response and tolerance of patients for this drug combination (pharmacodynamic modeling). Neutropenia was detected as the dose-limiting toxicity of the combination and the fact that lapatinib is not known to be myelotoxic, we performed toxicity modeling based on the pharmacokinetics of vinorelbine. Again, we observed a strong tendency on the influence of lapatinib on the myelotoxicity of vinorelbine. Regarding the efficacy of this combination, tumor growth modeling showed a synergistic action between the two molecules. To our knowledge this is the first time that such a model, both in terms of tolerance and response, is implemented in a combination of conventional chemotherapy and targeted therapy.Population PK-PD modeling of cancer drugs can provide valuable assistance to clinicians in this field. It can also be essential in the early clinical decision making.

L’objectif principal de nos études a été de caractériser la pharmacocinétique du baclofène chez le patient alcoolo-dépendant et d’étudier la variation du craving en fonction de l'exposition au baclofène pour objectif de comprendre s’il existait des sujets répondeurs et des sujets non répondeurs. Nous nous sommes intéressés à la sécurité d’emploi du baclofène, à l’influence que pourraient avoir les paramètres démographiques et biologiques ainsi que la consommation de tabac concomitante. Nous avons pu mettre en évidence que le baclofène présentait une pharmacocinétique linéaire avec une relation proportionnelle de 30 à 240 mg par jour avec une importante variabilité interindividuelle. Une modélisation pharmacocinétique/pharmacodynamique par approche de population nous a permis de définir la relation entre l’exposition au baclofène et le craving à l’alcool. Nous avons constaté que le baclofène permettait de diminuer le craving à l’alcool pour l’ensemble des patients traités, et nous avons pu élaborer l’hypothèse qu’il existait deux sous-populations de patients différenciés par leur rapidité de réponse. Bien que chez les patients non-répondeurs (répondeurs tardifs) les taux sanguins de créatinine et de phosphatases alcalines étaient significativement plus élevés laissant supposer que les patients sévèrement malades répondaient moins au traitement, le faible nombre de patients (n=50) et l’absence de placebo ne permettent pas de conclure. Des analyses préliminaires des données de craving à l’alcool et de consommation d’alcool suggèrent qu’il existe une relation entre craving et consommation d’alcool. Des analyses complémentaires sont nécessaires pour confirmer ces résultats. / The main objective of our studies was to characterize the pharmacokinetics of baclofen in alcohol-dependent patients and to investigate the variation of craving as a function of exposure with a secondary objective which was to explore the possible existence of baclofen responders and non-responders. We investigated baclofen safety, the potential influence of demographic and biological parameters as well as the concomitant use of tobacco. We observed that baclofen showed linear pharmacokinetics with a proportional relationship from 30 to 240 mg per day with a high inter-individual variability. A pharmacokinetic/pharmacodynamic population approach has enabled us to define the relationship between baclofen exposure and alcohol craving. A wide inter-individual variability in response was depicted but could not be explained by any of the covariates studied. We found that baclofen could possibly reduce alcohol craving in all the patients treated, and we drew up the hypothesis of two subpopulations of patients differentiated by their speed of response. Although in non-responders (late responders) blood levels of creatinine and alkaline phosphatase were significantly higher than in responders, suggesting that seriously ill patients could be less responsive to baclofen treatment, the low number of patients (n = 50) and the absence of a placebo group renders this results inconclusive. Preliminary analyzes of alcohol craving and alcohol consumption data suggest that a relationship exists between craving and alcohol consumption. Additional analyzes are needed to confirm these results.

Malgré l'existence d'un vaccin et de différentes molécules antituberculeuses, l'infection par Mycobacterium tuberculosis est toujours l'un des principaux problèmes de santé publique au niveau mondial. Le traitement standard, bien qu'efficace, est long et difficile à mettre en œuvre. Par ailleurs, l'un des principaux challenges actuels est la prise en charge des formes résistantes de tuberculose, dont la prévalence est en augmentation constante. Nous avons souhaité mettre à profit les techniques récentes de modélisation in silico pour mieux comprendre l'action d'un des antituberculeux majeurs, l'isoniazide. L'objectif de ce travail est de construire un modèle mathématique global du traitement de la tuberculose pulmonaire par l'isoniazide basé sur des éléments pharmacocinétiques, pharmacodynamiques et physiopathologiques.En utilisant une approche de population, un modèle pharmacocinétique de diffusion pulmonaire a permis de décrire les concentrations en isoniazide dans le plasma et le poumon de 89 sujets. Des simulations réalisées à partir de ce modèle ont permis de montrer, par combinaison avec un modèle pharmacodynamique, qu'une individualisation de la posologie avec augmentation de la dose chez les métaboliseurs rapides de l'isoniazide n'aurait d'intérêt qu'en cas d'infection par une souche de M. tuberculosis de sensibilité intermédiaire. Ce modèle pharmacocinétique a ensuite été couplé à un modèle pharmacodynamique et à un modèle de la physiopathologie de la tuberculose pour construire un modèle mathématique thérapeutique global. Ce dernier a permis de simuler la dynamique bactérienne à partir du premier jour de l'infection et pour les deux premières semaines de traitement par isoniazide, et de reproduire certaines caractéristiques qualitatives et quantitatives de l'effet antibactérien initial de l'isoniazide connues en clinique. Les analyses réalisées sur ce modèle ont permis de mieux comprendre les déterminants de la dynamique bactérienne et notamment le ralentissement de l'effet antibactérien après les premiers jours de traitement / Despite the availability of a vaccine and several antituberculosis drugs, tuberculosis, an infection caused by Mycobacterium tuberculosis still remains a major public health concern worldwide. The standard treatment of tuberculosis is efficient but is long and hard to conduct. We decided to use recent in silico modeling techniques to improve our understanding of the action of isoniazid, one of the major antituberculosis drugs. The aim of this work was to build a full mathematical model reproducing the treatment of pulmonary tuberculosis by isoniazid, based on pharmacokinetics, pharmacodynamics and physiopathological data. A pulmonary pharmacokinetic model was developed in order to describe plasma and pulmonary isoniazid concentrations from 89 subjects. This model was used to perform simulations and was coupled to a pharmacodynamic model. The simulations showed that individualizing the dose according to the isoniazid metabolizer status would only be beneficial in fast metabolizers infected with a strain of intermediate sensitivity. This pharmacokinetic model was then integrated to a full mathematical model including a pharmacodynamic and an immune response model. This model adequately reproduced the bacterial dynamics over the development of the infection and its early treatment with isoniazid. It reproduced qualitative and quantitative features of the antimicrobial effect of isoniazid in agreement with clinical data. The simulations and analysis performed enabled us to better characterize the parameters influencing the bacterial dynamics and especially why the antibacterial effect tends to diminish after the first days of treatment

Afin d'analyser les données in vitro de l'effet de l'erlotinib sur la croissance des cellules A431 suivie par impédance-métrie, nous avons développé un modèle pharmacocinétique - pharmacodynamique non linéaire décrivant simultanément la diminution de la concentration d'erlotinib et son effet sur la croissance cellulaire au cours du temps. La non-linéarité du modèle imposant le recours à des méthodes itératives pour l'estimation des paramètres, plusieurs étapes de la procédure d'identification du modèle ont été étudiées et des solutions proposées, avec des exemples d'application à des molécules utilisées en oncologie:Choix du critère d'optimisation à employer - supériorité de la relation fonctionnelle de la moyenne géométrique pour l'identification de modèles non linéaires. Application données réelles: courbe de calibration d'une expérience de dosage ELISA du bevacizumab. Choix de l'algorithme d'optimisation le plus approprié au problème d'identification du processus pharmacocinétique. Les algorithmes dérivatifs sont les plus performants. Application données réelles: estimation simultanée des paramètres du modèle pharmacocinétique du 5-fluorouracile et de son métabolite principal.Transformation de la forme différentielle initiale du modèle en temps continu vers un modèle récursif en temps discret. Par ce moyen le modèle devient linéaire en ses paramètres, ce qui permet d'estimer directement les paramètres sans utiliser d'algorithme d'optimisation. Il devient également possible de suivre les variations des paramètres au cours du temps. Application données réelles: pharmacocinétique de la fotemustine, de la mitoxantrone et du 5-fluorouracile. / A nonlinear pharmacokinetic-pharmacodynamic model has been devised do simultaneously describe the loss of erlotinib and its effect on the cell growth over time, in order to analyze impedance-based data of erlotinib effect on A431 cells growth in vitro over time. The model non-linearity requiring the use of iterative methods for parameter estimation, several steps of the model identification were studied, and solutions proposed, with application examples to cancer drugs :Choice of the optimization criterion - superiotity of the geometric mean functionnal relationship for non-linear model identification. Real data application : calibration curve of a bevacizumab ELISA quantification experiment.Choice of the most appropriate algorithm for the pharmacokinetic process identification problem. The derivative algorithms perform better. Real data application : simultaneous identification of the 5-fluorouracil and of its main metabolite pharmacokinetic system.Transform of the differential initial continuous-time model in a recursive discrete time model. The transformed model becomes linear with respect to its parameters, allowing straightforward parameter estimation without using any optimization algorithm. It is then also possible to track the parameter variations over time. Real data application : pharmacokinetic model parameter estimation of fotemustine, mitoxantrone and 5-fluorouracil.

Durant la dernière décennie, les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK) ont radicalement changé l’évolution de certains cancers comme la leucémie myéloïde chronique (LMC) ou les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST). Ils sont aujourd’hui largement utilisés dans le traitement de diverses pathologies malignes, permettant un allongement de la survie globale. Cependant, certains patients ne montrent pas d’amélioration au cours du traitement par ITK. Les mécanismes évoqués sont multifactoriels et possèdent une origine pharmacocinétique, pharmacodynamique ou pharmacogénétique. En effet, l’une des causes majeures de variabilité commune à tous ces ITK réside dans un métabolisme impliquant le cytochrome 3A4, dont l’expression est soumise à de nombreux facteurs. L’objectif de cette thèse a été d’approfondir ces mécanismes et d’évaluer certaines stratégies afin d’augmenter l’efficacité de ces médicaments. Ce travail a consisté en premier lieu à développer une méthode chromatographique sensible et rapide permettant le dosage de neufs ITK commercialisés ou en phase avancée de développement. Cet outil, à la base du suivi thérapeutique pharmacologique, a été utilisé dans le cadre de la LMC pour mesurer les concentrations plasmatiques d’imatinib de plus de 3000 patients. Les informations cliniques de ces patients ont été saisies dans une base de données servant de support à l’évaluation de la réponse en fonction de la concentration. Nous avons ainsi confirmé que les patients présentant des concentrations supérieures au seuil d’efficacité de 1000 ng/mL avaient une plus grande probabilité de réponse. Dans la continuité de ce projet, nous avons évalué la relation concentration-efficacité de l’imatinib dans les GIST et trouvé un seuil d’efficacité voisin de 800 ng/mL. Tous les facteurs de variabilités ne sont cependant pas maitrisables avec un dosage plasmatique. La littérature rapporte en effet que certains ITK sont des substrats de transporteurs cellulaires potentiellement impliqués dans la résistance au traitement. Nous avons donc entrepris de doser ces ITK à l’intérieur même des cellules, d’abord in vitro afin d’évaluer ces mécanismes de transport, puis in vivo dans les cellules de patients traités par ces ITK. Un lien a ainsi été montré entre la capacité d’incorporation des molécules et la réponse au traitement. Enfin, le versant pharmacogénétique de l’un de ces transporteurs (MDR1) a été étudié, indiquant une relation entre certains haplotypes ou polymorphismes et la concentration plasmatique d’une part et la réponse à l’imatinib d’autre part. En conclusion, ces différentes stratégies basées sur le dosage plasmatique ou intracellulaire et sur la pharmacogénétique semblent apporter des éléments permettant l’amélioration de la réponse au ITK ou la détection précoce de mauvaise réponse. / During the last decade, tyrosine kinases inhibitors (TKI) have dramatically changed the prognosis of several cancers such as chronic myeloid leukaemia (CML) or gastro-intestinal stromal tumours (GIST). They are widely used in the treatment of various malignant pathologies, leading to a prolonged overall survival. However, some patients do not show improvement when treated with TKI. The supposed mechanisms are multifactorial and could have an origin in pharmacokinetics, pharmacodynamics or pharmacogenomics. Indeed, one of the major reasons of common variability of these TKI involves their metabolism by cytochrome 3A4, whose expression is subjected to many factors. The aim of this thesis was to deepen these mechanisms and to assess some strategies to increase the efficacy of these drugs. This work consisted first in developing a rapid and sensitive chromatographic method allowing determination of nine commercialised (or in advanced clinical development) TKI. Serving as a basis for therapeutic drug monitoring, this was used as part of CML management to measure imatinib plasmatic concentration of more than 3000 patients. The clinical information of these patients was recorded in a database and used as support for the evaluation of the response according to concentration. Thus, we confirmed that patients having concentration higher than the effectiveness threshold of 1000 ng/mL got higher probability of response. In the same way, we assessed relationship between imatinib concentration and efficacy in GIST and found an effectiveness threshold closed to 800 ng/mL. However, several factors of variability remain unmanageable with only plasmatic determination. Indeed, literature reported that some TKI were substrates of cellular transporters, potentially involved in the resistance to treatment. We therefore decided to determine concentration of these TKI into the cells, first in vitro to assess these mechanisms of transport, and then in vivo into the cells of patients treated by these TKI. A link was shown between the incorporation ability of molecules and the response to the treatment. Finally, a pharmacogenetic approach showed a relationship between some haplotypes or polymorphisms of a transporter (MDR1) and plasmatic concentration on one hand, and response to the imatinib on the other hand. In conclusion, these different strategies based on plasmatic or intracellular determination of TKI and on pharmacogenomics contribute to improvement of the response to TKI or early detection of non-response.

La prise en charge du cancer reste dépendante de l’utilisation des agents cytotoxiques, avec les analogues nucléosidiques. Au-delà de leur similarité structurelle, certains de ces composés partagent une voie métabolique commune, où la cytidine déaminase apparaît comme enzyme majeure. L’existence d’une variabilité génétique et/ou phénotypique de la CDA nous a mené à nous intéresser aux relations entre le statut CDA et l’issue clinique des patients afin de déterminer si la CDA pouvait être considérée comme biomarqueur d’issue clinique chez les patients.Nos travaux personnels ont consisté à évaluer deux techniques permettant de mesurer l’activité de la CDA. Nous avons publié le premier cas mondial de toxicités mortelles sous azacytidine chez un patient CDA-déficient, ainsi que le premier cas de déficience en CDA et de toxicités sous cytarabine causées par la présence d’une variation génétique du gène CDA chez une patiente transplantée hépatique. L’influence du statut CDA a également été étudiée chez deux patients traités par azacytidine. Concernant la gemcitabine, nous avons démontré l’impact délétère en terme d’efficacité de l’augmentation de l’activité CDA chez les patients, ainsi que les résultats d’une étude multicentrique prospective dont le but était de déterminer si la CDA pouvait être un marqueur prédictif de l’apparition des toxicités sous gemcitabine, avec une étude pharmacocinétique en support. Les travaux préliminaires du pyroséquençage partiel de la CDA sur technologie Roche® sont présentés. L’ensemble de ces travaux de thèse confirme l’intérêt d’évaluer le statut CDA chez les patients susceptibles de recevoir une thérapie à base d’analogues nucléosidiques. / Nowadays, the management of cancer pathology remains largely dependent on the use of cytotoxic agents, including nucleoside analogs, used in a variety of settings. Beyond their structural similarity, some of these compounds also share a common metabolic pathway, wherein the cytidine deaminase (CDA) plays a pivotal role. The existence of constitutional genetic and / or phenotypic variability in CDA prompted us to study the relationships between the CDA status and clinical outcome in patients, and to determine if the constitutional CDA could be considered as a biomarker of efficacy and toxicity in patients treated with this class of drugs.Our personal work first consisted in evaluating two methods to measure the CDA enzymatic activity, in terms of robustness and cost. Then we published the first case-report of life-threatening toxicities in a CDA-deficient patient treated with azacytidine, and the first case of CDA deficiency and cytarabine-caused toxicities correlated with presence of a genetic variation in CDA gene in a liver-transplant patient. The influence of CDA status was also assessed in two patients treated with azacytidine. Regarding gemcitabine, we present the impact of an increase in CDA activity on loss of efficacy in patients, and the results of a prospective multicenter study whose purpose was to determine whether the CDA could be a predictive marker of the occurrence of gemcitabine-toxicities, with a pharmacokinetic study support. Finally, preliminary data on partial Roche®-pyrosequencing of CDA, also presented.All these thesis work confirms the interest to evaluate the CDA status in patients likely to receive a nucleosidic analogues-based therapy.

Le traitement par éfavirenz, un médicament antirétroviral, a été associé avec des changements de profil lipidique potentiellement défavorables. Ce travail a abordé la question de savoir si ces effets dépendent des concentrations plasmatiques d’éfavirenz et, dans ce cas, si sa posologie pourrait être optimisée sans perte d'efficacité.Un modèle de pharmacocinétique de population a été développé à partir de données d’enfants infectés par le VIH. La simulation d’une population normalisée sous éfavirenz aux posologies recommandées montre que 15 % des enfants auraient des concentrations insuffisantes 12 heures après la prise, ce qui serait associé à un risque de la réplication virale de 23 %.Pour décrire la relation entre taux plasmatiques d'éfavirenz et changements de taux de cholestérol, des modèles de pharmacocinétique-pharmacodynamique (PK-PD) de réponse indirecte ont été développés. Le modèle sélectionné prédit que les taux d’éfavirenz individuels sont associés à une augmentation des lipoprotéines de haute densité sur 5 ans, et des lipoprotéines de basse densité durant 4 mois avec un retour progressif aux valeurs de base.Pour évaluer l’impact des concentrations d'éfavirenz sur l'efficacité, un modèle dynamique PK-PD a décrit la relation entre ces concentrations et l’évolution de la charge virale VIH et du taux de CD4. Un score d’efficacité a été développé sur la base d’hypothèses pharmacodynamiques pour prédire le risque de la réplication virale.L’utilisation de l’éfavirenz aux posologiques recommandées par la Food and Drug Administration aux Etats-Unis semble assurer une efficacité optimale et des changements potentiellement favorables dans les fractions de cholestérol. / As other antiretroviral drugs, treatment with efavirenz has been associated with potentially unfavorable lipid profile changes in adults and in children. The thesis addressed the question of whether these changes depend on efavirenz plasma concentrations and if dose adjustments could be envisioned without loss of efficacy.To estimate individual efavirenz exposure over 24 hours, a population pharmacokinetic model was developed using data from HIV infected children. Simulations for a normalized population receiving efavirenz dosed according recommendations predicted that 15% of children would have insufficient mid dose concentrations, associated with a 23% risk of viral replication.To describe the relationship between efavirenz concentrations and cholesterol changes, population pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) indirect response models were developed. The selected model predicted that individual efavirenz concentrations were associated with an increase in high-density lipoprotein concentrations over 5 years but with an increase in low-density lipoprotein concentrations only during the first 4 months of treatment followed by a gradual return to baseline.To study the importance of efavirenz concentrations with regard to efficacy, a PK-PD dynamics model was developed to describe the relationship between concentrations and HIV RNA load and CD4 cell count evolutions. A score was defined based on a pharmacodynamic hypothesis to predict the risk of viral replication.Using US Food and Drug Administration dosing recommendations in children ensure optimal efficacy and potentially favorable changes in cholesterol fractions.