La tesis doctoral esta compuesta por 10 artículos, con sus correspondientes 10 resúmenes. En todos los casos que fue posible, se realizó un estudio cruzado y el método de determinación de todas las quinolonas fue cromatografía liquida de alta resolución (HPLC) con un detector de fluorescencia:1. El objetivo fue estudiar la farmacocinética de difloxacino (5 mg/kg) en el caballo (n=6). Difloxacino puede ser efectivo para el tratamiento de infecciones por bacterias sensibles en caballos.2. El objetivo fue estudiar la farmacocinética de danofloxacino en el caballo (n=6), a dosis de 1.25 mg/kg. Danofloxacino en caballos puede ser efectivo para el tratamiento de infecciones por bacterias sensibles.3. La farmacocinética de moxifloxacino en el conejo (n=6) fue evaluada. Moxifloxacino puede ser efectivo en conejos.4. El comportamiento farmacocinético de ibafloxacino (15 mg/kg) fue estudiado en cabras lactantes. La penetración de ibafloxacino desde la sangre a la leche fue pobre. 5. La farmacocinética de difloxacino fue estudiada en cabras lactantes (n=6), a dosis de 5 mg/kg. La penetración de difloxacino desde el plasma a la leche fue amplia y rápida. 6. La farmacocinética/farmacodinámica de danofloxacino fue estudiada en conejos (n=6), a dosis de 6 mg/kg. No se recomienda el uso de danofloxacino en el conejo, contra las cepas de Staphylococcus aureus testadas en este estudio, por el riesgo de aparición de resistencias. 7. Se ha desarrollado un método de cromatografía liquida de alta resolución con detector de fluorescencia simple, rápido y sensible para la determinación de ibafloxacino en plasma de conejo. 8. La farmacocinética de difloxacino fue estudiada en ovejas (n=6), a dosis de 5 mg/kg. Difloxacino puede ser efectivo en las ovejas.9. La farmacocinética de orbifloxacino fue estudiada en cabras lactantes (n=6), a dosis de 2.5 mg/kg. La penetración de orbifloxacino en la leche fue rápida, alcanzando altas concentraciones. 10. La farmacocinética/farmacodinámica de orbifloxacino fue estudiada en conejos (n=6), a dosis de 5 mg/kg. No se recomienda el uso de orbifloxacino,contra las cepas de Staphylococcus aureus testadas en este estudio, por el riesgo de aparición de resistencias. / The present PhD work is composed of 10 manuscripts and 10 summaries: 1. The pharmacokinetics of difloxacin (5 mg/kg) were determined in healthy horses (n=6). Difloxacin in horses indicate that it is likely to be effective for treating sensitive equine bacterial infections.2. The pharmacokinetics of danofloxacin (1.25 mg/kg) were determined in healthy horses (n=6). Danofloxacin in horses indicate that it is likely to be effective for treating sensitive equine bacterial infections.3. The pharmacokinetics (PK) of moxifloxacin in healthy white New Zealand rabbits was studied. The favourable PK parameters indicate that it is likely to be effective in rabbits.4. The pharmacokinetic behavior of ibafloxacin was studied (15 mg/kg) to 6 healthy lactating goats. Ibafloxacin penetration from the blood to the milk was poor. 5. The single-dose disposition kinetics of difloxacin (5 mg/kg) were determined in clinically normal lactating goats (n = 6). Difloxacin penetration from the blood into the milk was extensive and rapid.6. The pharmacokinetics of danofloxacin (6 mg/kg) was studied in healthy rabbits. In consideration of the low AUC/MIC indices obtained, its use cannot be recommended given the risk for selection of first mutant subpopulations.7. A simple, rapid, and sensitive high-performance liquid chromatographic method is developed for the determination of ibafloxacin in rabbit plasma..8. The disposition kinetics of difloxacin, a fluoroquinolone antibiotic, were determined in sheep at a single dose of 5mg/kg. Difloxacin is likely to be effective in sheep.9. The single-dose disposition kinetics of orbifloxacin (2.5 mg/kg) were determined in clinically normal lactating goats (n = 6). Orbifloxacin penetration from the blood into the milk was rapid and showed high levels of concentrations in milk secretion. 10. The single-dose disposition kinetics of orbifloxacin (5 mg/kg) were determined in clinically normal rabbits (n=6). Its use against the S. aureus strains assayed in this study cannot be recommended given the risk of selection of resistant populations.

There is high variability in response to cancer chemotherapies among patients. Its sources are diverse: genetic, physiologic, comorbidities, concomitant medications, environment, compliance, etc. As the therapeutic window of anticancer drugs is usually narrow, such variability may have serious consequences: severe (even life-threatening) toxicities or lack of therapeutic effect. Therefore, various approaches to individually tailor treatments and dosing regimens have been developed: a priori (based on genetic information, body size, drug elimination functions, etc.) and a posteriori (that is using information of measurements of drug exposure and/or effects). Mixed-effects modelling of pharmacokinetics and pharmacodynamics (PK-PD), combined with Bayesian maximum a posteriori probability estimation of individual effects, is the method of choice for a posteriori adjustments of dosing regimens. In this thesis, a novel approach to adjust the doses on the basis of predictions, given by a model for ordered categorical observations of toxicity, was developed and investigated by computer simulations. More technical aspects concerning the estimation of individual parameters were analysed to determine the factors of good performance of the method. These works were based on the example of capecitabine-induced hand-and-foot syndrome in the treatment of colorectal cancer. Moreover, a review of pharmacodynamic models for discrete data (categorical, count, time-to-event) was performed. Finally, PK-PD analyses of hydroxyurea in the treatment of sickle cell anemia were performed and used to compare different dosing regimens and determine the optimal measures for monitoring the treatment

A nonparametric population approach is now accessible to a more comprehensive network of modelers given its recent implementation into the popular NONMEM application, previously limited in scope by standard parametric approaches for the analysis of pharmacokinetic and pharmacodynamic data. The aim of this thesis was to assess the relative merits and downsides of nonparametric models in a nonlinear mixed effects framework in comparison with a set of parametric models developed in NONMEM based on real datasets and when applied to simple experimental settings, and to develop new diagnostic tools adapted to nonparametric models. Nonparametric models as implemented in NONMEM VI showed better overall simulation properties and predictive performance than standard parametric models, with significantly less bias and imprecision in outcomes of numerical predictive check (NPC) from 25 real data designs. This evaluation was carried on by a simulation study comparing the relative predictive performance of nonparametric and parametric models across three different validation procedures assessed by NPC. The usefulness of a nonparametric estimation step in diagnosing distributional assumption of parameters was then demonstrated through the development and the application of two bootstrapping techniques aiming to estimate imprecision of nonparametric parameter distributions. Finally, a novel covariate modeling approach intended for nonparametric models was developed with good statistical properties for identification of predictive covariates. In conclusion, by relaxing the classical normality assumption in the distribution of model parameters and given the set of diagnostic tools developed, the nonparametric approach in NONMEM constitutes an attractive alternative to the routinely used parametric approach and an improvement for efficient data analysis.

L’immunosuppression optimale après greffe d’organe solide est une balance délicate et propre à chaque individu entre le risque de rejet et les risques liés à une surexposition au traitement immunosuppresseur. L’évaluation de la fonction résiduelle des lymphocytes T après stimulation par un mitogène (pharmacodynamie effective) devrait permettre de mesurer l’effet direct des médicaments immunosuppresseurs sur leur cible. Nous avons étudié différents paramètres de pharmacodynamie effective chez 34 receveurs pédiatriques de greffe d’organes solides traités par tacrolimus et mycophénolate. Les tests proposés dans ce travail sont adaptés au milieu pédiatrique et à une réalisation en temps réel. La quantification du CD25 parmi les CD4 activés par l’OKT3 permet de distinguer deux groupes de patients selon leur degré d’immunosuppression. L’âge médian est plus bas et la concentration plasmatique médiane en MPA plus élevée dans le groupe de patients plus fortement immunosupprimés. L’étude des paramètres immunologiques pouvant influencer la réponse (sécrétion des interleukines, proportion des sous-populations lymphocytaires CD4, CD8, T naïfs et Trég) ainsi que l’étude du pouvoir de restauration de la fonction lymphocytaire par l’Il-2, la guanosine ou la xanthosine, ne permettent pas de mieux comprendre les variabilités interindividuelles observées. Ces résultats devront être confirmés sur une cohorte plus grande de patients afin de juger de leur intérêt en pratique clinique. / Optimal immunosuppression following solid organ transplantation is unique to each individual and requires a balance between risks of rejection and overexposure to immunosuppressive therapy. The evaluation of residual function of T lymphocytes after mitogen stimulation (effective pharmacodynamic monitoring) should allow measurement of the direct effect of immunosuppressive drugs on their target. We studied various parameters of effective pharmacodynamic monitoring in 34 paediatric patients receiving solid organ transplants and treated with tacrolimus and mycophenolate (MPA). The tests proposed in this work are adapted to the paediatric setting in real time. Quantification of CD25 among CD4 cells activated by OKT3 can differentiate two groups of patients according to their degree of immunosuppression. Median values for age and MPA plasma concentration are lower and higher, respectively, in the patient group most heavily immunosuppressed. Neither study of the parameters that may influence the response (secretion of interleukins, proportion of lymphocyte subpopulations CD4, CD8, naive and regulatory T cells) nor study of the restoration of basal cell function brought about by Il2, guanosine or xanthosine, helped to explain the observed inter-individual variability. These results should be confirmed in a larger cohort of patients in order to test their relevance in clinical practice.

Notre travail porte sur l’évaluation de l’utilisation et des risques associés aux neuroleptiques en population générale. Nous avons organisé notre travail selon deux approches. D’abord, de façon classique en pharmaco-épidémiologie, une « approche « pragmatique » a permis d’étudier en « vie réelle », (i) l’utilisation des neuroleptiques dans la population générale en France à partir des données de l’Echantillon Généraliste des Bénéficiaires (EGB) et de la base Midi-Pyrénées de Pharmacovigilance (BMPPV), ainsi que dans une population de femmes enceintes à partir de la base de données EFEMERIS (Evaluation chez la Femme Enceinte des MEdicaments et de leurs RISques); (ii) les risques associés à cette utilisation à partir de la BMPPV, de la base mondiale de pharmacovigilance, VigiBase® et de la base de données EFEMERIS. Deuxièmement, nous avons testé une approche originale « explicative » à partir de VigiBase®, la méthode PE-PD (PharmacoEpidémiologie-PharmacoDynamie) pouvant potentiellement mettre en évidence le mécanisme d’action de certains effets indésirables. Nous avons étudié pour cela l’exemple largement connu des mouvements anormaux induits par les neuroleptiques. Pour l’approche « pragmatique », l’analyse montre une modification de l’utilisation des neuroleptiques en population générale et chez la femme enceinte, avec un report des prescriptions des neuroleptiques de première génération (NL1G) vers ceux de deuxième génération (NL2G). Si l’utilisation reste globalement stable, on note un accroissement de l’utilisation des NL2G dans deux populations vulnérables vis-à-vis des effets indésirables : les enfants/adolescents et les femmes enceintes. Malgré le report NL1G vers les NL2G, la prescription des médicaments à fort poids atropinique est élevée et stable au cours des dernières années. Concernant les risques associés, nous n’avons pas pu confirmer dans la base EFEMERIS, le signal retrouvé dans VigiBase de malformations congénitales gastro-intestinales avec les neuroleptiques. Pour les mouvements anormaux, le risque apparait moins important avec la clozapine qu’avec les autres neuroleptiques. Des différences existent entre les classes d’âge, avec, par exemple, moins d’akathisie, mais plus de dystonie aiguë chez les moins de 18 ans. Pour l’approche « explicative », la méthode PE-PD a permis de mettre en évidence l’un des mécanismes potentiels responsables de la réduction des mouvements anormaux sous neuroleptique, à savoir l’action antagoniste sur les récepteurs sérotoninergique 5-HT2A et muscariniques M1. Notre travail de thèse nous a permis à travers l’étude des neuroleptiques de discuter, (1) d’abord au niveau méthodologique, de la complémentarité entre les bases médicamenteuses (type EGB et EFEMERIS) et les bases de pharmacovigilance pour les études d’utilisation des médicaments et des risques associés, avec, en particulier, l’opportunité d’étudier le risque malformatif des médicaments avec les bases de pharmacovigilance. Ensuite, (2), au niveau pharmacologique, de mettre en évidence la problématique du poids atropinique des prescriptions associées aux neuroleptiques sur les bénéfices et/ou les dommages. Enfin, (3), dans une approche de pharmacologie sociale, en partant des résultats de la méthode PE-PD, de discuter de la place du mécanisme d’action des médicaments dans leur évaluation, de la pharmacologie fondamentale, en passant par la pharmacologie clinique, et de son éventuelle intégration en pharmaco-épidémiologie. / Our works deals with the use of antipsychotic drugs and risks associated with their use in general population. First, a “pragmatic” approach of pharmacoepidemiology was performed to evaluate in real life, (i) the use of antipsychotics in the French general population by using data from EGB (Echantillon Généraliste des Bénéficiaires) and from the Midi-Pyrénées Pharmacovigilance database (BMPPV), as well as in pregnant women with data from EFEMERIS (Evaluation chez la Femme Enceinte des MEdicaments et de leurs RISques); (ii) the risks associated with antipsychotics by using the BMPPV, VigiBase® the World Health Organization (WHO) Global Individual Case Safety Report (ICSR) and data from EFEMERIS. Secondly, we examined an original “explanatory” approach with VigiBase®, the PE-PD method (Pharmacoepidemiologic-Pharmacodynamic method) to investigate potential mechanisms of adverse drug reactions (ADRs). We deliberately selected an ADR with a well-established mechanism – i.e. movement disorders – in order to test the validity of the PE-PD method. For the “pragmatic approach”, our analysis found marked changes in antipsychotics use both in the general population and in pregnant women, with a switch from first generation antipsychotics (FGAPs) to second generation antipsychotics (SGAPs). The use of antipsychotics in general population remained relatively constant but a raise was observed for SGAPs in two vulnerable populations concerning ADRs: children/adolescents and pregnant women. Despite the switch (from FGAPs to SGAPs), associated use of drugs with high atropinic properties was highly prevalent and constant during the recent years. Concerning risks, no association was found in EFEMERIS data, not allowing to confirm the signal of gastrointestinal congenital malformations associated with antipsychotic use described in VigiBase®. For movement disorders, the risk found was lower with clozapine than with other antipsychotics. Risks of movement disorders differed according to age classes, with less akathisia, but more acute dystonia in children and adolescents (< 18 years). For the “explanatory approach”, the PE-PD method found an inverse correlation between serotonergic 5-HT2A or muscarinic M1 receptor occupancies and reports of movement disorders involving APs. Our thesis work allowed, through the study of neuroleptics (1) first, discussing, from a methodological point of view, the complementarity between French drugs databases (EGB and EFEMERIS) and pharmacovigilance databases for studying drug utilization and risks associated, in particular the opportunity to study the risk of malformations associated with drug use; then, (2) at the pharmacological level, highlighting the issues on the benefits and / or harms of the atropinic burden of prescriptions associated with antipsychotics; finally, (3) in a social pharmacology approach, starting from the results of the PE-PD method, discussing the place of the mechanism of drug action in drug evaluation, from basic to clinical pharmacology, and its possible integration into pharmacoepidemiology.

Van Kempen et al. described high natalizumab concentrations in their natalizumab-treated multiple sclerosis (MS) patients at time of re-dosing. Based on the literature research the authors consider a natalizumab concentration above 2 μg/mL to be sufficient for an adequate alpha-4 integrin receptor saturation of above 70%. Recently, we have demonstrated similar results using our new cell-based immunoassay to evaluate free natalizumab concentration, cell-bound natalizumab, and alpha-4 integrin receptor saturation as the key pharmacokinetic/pharmacodynamic parameters of natalizumab treatment in different in vivo settings. We investigated the effects of treatment interval extension or treatment cessation.

La thérapie cellulaire est une avenue pleine de promesses pour la régénération myocardique, par le remplacement du tissu nécrosé, ou en prévenant l'apoptose du myocarde survivant, ou encore par l'amélioration de la néovascularisation. Les cellules souches de la moelle osseuse (CSMO) expriment des marqueurs cardiaques in vitro quand elles sont exposées à des inducteurs. Pour cette raison, elles ont été utilisées dans la thérapie cellulaire de l'infarctus au myocarde dans des études pre-cliniques et cliniques. Récemment, il a été soulevé de possibles effets bénéfiques de l'ocytocine (OT) lors d’infarctus. Ainsi, l’OT est un inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches embryonnaires, et cette différenciation est véhiculée par la voie de signalisation du monoxyde d’azote (NO)-guanylyl cyclase soluble. Toutefois, des données pharmacocinétiques de l’OT lui attribue un profil non linéaire et celui-ci pourrait expliquer les effets pharmacodynamiques controversés, rapportés dans la lttérature. Les objectifs de ce programme doctoral étaient les suivants : 1) Caractériser le profil pharmacocinétique de différents schémas posologiques d'OT chez le porc, en développant une modélisation pharmacocinétique / pharmacodynamique plus adaptée à intégrer les effets biologiques (rénaux, cardiovasculaires) observés. 2) Isoler, différencier et trouver le temps optimal d’induction de la différenciation pour les CSMO porcines (CSMOp), sur la base de l'expression des facteurs de transcription et des protéines structurales cardiaques retrouvées aux différents passages. 3) Induire et quantifier la différenciation cardiaque par l’OT sur les CSMOp. 4) Vérifier le rôle du NO dans cette différenciation cardiaque sur les CSMOp. Nous avons constaté que le profil pharmacocinétique de l’OT est mieux expliqué par le modèle connu comme target-mediated drug disposition (TMDD), parce que la durée du séjour de l’OT dans l’organisme dépend de sa capacité de liaison à son récepteur, ainsi que de son élimination (métabolisme). D'ailleurs, nous avons constaté que la différenciation cardiomyogénique des CSMOp médiée par l’OT devrait être induite pendant les premiers passages, parce que le nombre de passages modifie le profile phénotypique des CSMOp, ainsi que leur potentiel de différenciation. Nous avons observé que l’OT est un inducteur de la différenciation cardiomyogénique des CSMOp, parce que les cellules induites par l’OT expriment des marqueurs cardiaques, et l'expression de protéines cardiaques spécifiques a été plus abondante dans les cellules traitées à l’OT en comparaison aux cellules traitées avec la 5-azacytidine, qui a été largement utilisée comme inducteur de différenciation cardiaque des cellules souches adultes. Aussi, l’OT a causé la prolifération des CMSOp. Finalement, nous avons observé que l'inhibition de la voie de signalisation du NO affecte de manière significative l'expression des protéines cardiaques spécifiques. En conclusion, ces études précisent un potentiel certain de l’OT dans le cadre de la thérapie cellulaire cardiomyogénique à base de cellules souches adultes, mais soulignent que son utilisation requerra de la prudence et un approfondissement des connaissances. / Cell therapy has been suggested as a promising treatment for myocardial regeneration through cardiomyocyte replacement or by preventing apoptosis of surviving myocardium and/or improving neovascularisation. Bone marrow stem cells (BMSCs) express cardiac markers in vitro upon stimulation with different inducers. The BMSCs have been used as cell therapy after myocardial infarction (MI) in pre-clinical and clinical studies. Recent reports have uncovered the potential beneficial effects of oxytocin (OT) after MI. Particularly, OT is an inducer of cardiomyogenic differentiation of embryonic stem cells and this differentiation is mediated by the nitric oxide (NO)-soluble guanylyl cyclase pathway. However, some studies have shown that OT exhibits nonlinear pharmacokinetics and that this could explain the previously described controversial hemodynamic alterations. Therefore the objectives of the present work were to: 1) Characterize the pharmacokinetic profile of different dosing regimens of OT in swine, by using a more suitable pharmacokinetic / pharmacodynamic modelization that could explain the time-course of cardiovascular and renal effects observed following OT administration. 2) To isolate, differentiate and find the optimum time of porcine BMSC (pBMSC) differentiation based on the expression of cardiac related transcription factors and structural proteins expressed at different passages. 3) To induce and quantify the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. 4) To document the role of the NO pathway in the OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs. We found that OT pharmacokinetics are better explained by target-mediated drug disposition (TMDD) kinetics, because the time-course of plasma OT concentration depends on the binding capacity to its receptor, as well as OT elimination (metabolism). Also, we found that OT-mediated cardiomyogenic differentiation of pBMSCs should be induced during the first passages, because passaging affects the phenotypic profile of pBMSCs, as well as the differentiation potential of pBMSCs. We observed that OT induces cardiomyogenic differentiation of pBMSCs, because OT-induced cells expressed cardiac markers, and the expression of cardiac specific proteins was more abundant in OT-treated cells vs. 5-azacytidine-treated cells, which has been used widely as a cardiomyogenic differentiation inducer of adult stem cells. Moreover, OT improved proliferation of pBMSCs. Finally, we observed that the inhibition of the NO pathway significantly affects the expression of cardiac specific proteins. To conclude, these studies demonstrate some interesting potential in cardiomyogenic differentiation of adult stem cells for OT, but its precise role in cell therapy will need prudence and further investigations.

La circulation extracorporelle (CEC) est une technique utilisée en chirurgie cardiaque effectuée des milliers de fois chaque jour à travers le monde. L’instabilité hémodynamique associée au sevrage de la CEC difficile constitue la principale cause de mortalité en chirurgie cardiaque et l’hypertension pulmonaire (HP) a été identifiée comme un des facteurs de risque les plus importants. Récemment, une hypothèse a été émise suggérant que l'administration prophylactique (avant la CEC) de la milrinone par inhalation puisse avoir un effet préventif et faciliter le sevrage de la CEC chez les patients atteints d’HP. Toutefois, cette indication et voie d'administration pour la milrinone n'ont pas encore été approuvées par les organismes réglementaires. Jusqu'à présent, la recherche clinique sur la milrinone inhalée s’est principalement concentrée sur l’efficacité hémodynamique et l'innocuité chez les patients cardiaques, bien qu’aucun biomarqueur n’ait encore été établi. La dose la plus appropriée pour l’administration par nébulisation n'a pas été déterminée, de même que la caractérisation des profils pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PD) suite à l'inhalation. L'objectif de notre recherche consistait à caractériser la relation exposition-réponse de la milrinone inhalée administrée chez les patients subissant une chirurgie cardiaque sous CEC. Une méthode analytique par chromatographie liquide à haute performance couplée à un détecteur ultraviolet (HPLC-UV) a été optimisée et validée pour le dosage de la milrinone plasmatique suite à l’inhalation et s’est avérée sensible et précise. La limite de quantification (LLOQ) était de 1.25 ng/ml avec des valeurs de précision intra- et inter-dosage moyennes (CV%) <8%. Des patients souffrant d’HP pour lesquels une chirurgie cardiaque sous CEC était prévue ont d’abord été recrutés pour une étude pilote (n=12) et, par la suite, pour une étude à plus grande échelle (n=28) où la milrinone (5 mg) était administrée par inhalation pré-CEC. Dans l'étude pilote, nous avons comparé l'exposition systémique de la milrinone peu après son administration avec un nébuliseur pneumatique ou un nébuliseur à tamis vibrant. L’efficacité des nébuliseurs en termes de dose émise et dose inhalée a également été déterminée in vitro. Dans l'étude à plus grande échelle conduite en utilisant exclusivement le nébuliseur à tamis vibrant, la dose inhalée in vivo a été estimée et le profil pharmacocinétique de la milrinone inhalée a été pleinement caractérisé aux niveaux plasmatique et urinaire. Le ratio de la pression artérielle moyenne sur la pression artérielle pulmonaire moyenne (PAm/PAPm) a été choisi comme biomarqueur PD. La relation exposition-réponse de la milrinone a été caractérisée pendant la période d'inhalation en étudiant la relation entre l'aire sous la courbe de l’effet (ASCE) et l’aire sous la courbe des concentrations plasmatiques (ASC) de chacun des patients. Enfin, le ratio PAm/PAPm a été exploré comme un prédicteur potentiel de sortie de CEC difficile dans un modèle de régression logistique. Les expériences in vitro ont démontré que les doses émises étaient similaires pour les nébuliseurs pneumatique (64%) et à tamis vibrant (68%). Cependant, la dose inhalée était 2-3 fois supérieure (46% vs 17%) avec le nébuliseur à tamis vibrant, et ce, en accord avec les concentrations plasmatiques. Chez les patients, en raison des variations au niveau des facteurs liés au circuit et au ventilateur causant une plus grande dose expirée, la dose inhalée a été estimée inférieure (30%) et cela a été confirmé après récupération de la dose de milrinone dans l'urine 24 h (26%). Les concentrations plasmatiques maximales (Cmax: 41-189 ng/ml) et l'ampleur de la réponse maximale ΔRmax-R0 (0-65%) ont été observées à la fin de l'inhalation (10-30 min). Les données obtenues suite aux analyses PK sont en accord avec les données publiées pour la milrinone intraveineuse. Après la période d'inhalation, les ASCE individuelles étaient directement reliées aux ASC (P=0.045). Enfin, notre biomarqueur PD ainsi que la durée de CEC ont été identifiés comme des prédicteurs significatifs de la sortie de CEC difficile. La comparaison des ASC et ASCE correspondantes a fourni des données préliminaires supportant une preuve de concept pour l'utilisation du ratio PAm/PAPm comme biomarqueur PD prometteur et justifie de futures études PK/PD. Nous avons pu démontrer que la variation du ratio PAm/PAPm en réponse à la milrinone inhalée contribue à la prévention de la sortie de CEC difficile. / Cardiopulmonary bypass (CPB) is a technique used during cardiac surgery performed thousands of times each day worldwide. Hemodynamic complications associated with difficult separation from CPB represent a leading cause of mortality in cardiac surgery and pulmonary hypertension (PH) was identified as one of the most important predictor and risk factor. Recently, inhaled milrinone administration prior to CPB was hypothesized to have a preventive effect and facilitate separation from CPB in patients with PH. However, this indication and route of administration have not yet been approved by regulatory agencies for milrinone. So far, research efforts on inhaled milrinone have mainly focused on evidence supporting hemodynamic efficacy and safety in cardiac patients although no biomarker has been established. The most appropriate dose for nebulization has never been determined, nor have pharmacokinetic (PK) and pharmacodynamic (PD) profiles been characterized after inhalation. The objective of the current research consisted of characterizing the exposure-response relationship for milrinone administered by inhalation in patients undergoing cardiac surgery. An improved high-performance liquid chromatography (HPLC) analytical assay using UV detection was validated for the quantification of milrinone in plasma after inhalation and proved to be sensitive and accurate. The lower limit of quantification (LLOQ) was 1.25 ng/ml with mean intra-assay and inter-assay precisions (CV%) <8%. Pulmonary hypertensive patients scheduled for cardiac surgery with CPB were first recruited for a pilot (n=12) and, subsequently, a full-scale (n=28) study where milrinone (5mg) was administered by inhalation pre-CPB. In the pilot study, milrinone early systemic exposure was investigated using a jet nebulizer or a mesh nebulizer. Nebulizers performance in terms of emitted and inhaled doses were also determined in vitro. In the full-scale study, using a mesh nebulizer exclusively, in vivo inhaled dose was estimated and milrinone definite pharmacokinetics fully characterized based on blood sampling and urine collection. Mean arterial pressure to mean pulmonary arterial pressure ratio (mAP/mPAP) was selected as the PD biomarker. Milrinone exposure-response relationship was characterized during the inhalation period by studying the relationship between individual area under the effect-time curve (AUEC) and corresponding area under the plasma concentration-time curve (AUC). Finally, the mAP/mPAP ratio, among other variables, was explored as a potential predictor of difficult separation from bypass in a multiple logistic regression model. In vitro experiments demonstrated that emitted doses were similar for the jet (64%) and the mesh (68.0%) nebulizers. However, the inhaled dose was 2-3 fold higher (46% vs 17%) after mesh nebulization, which was in agreement with plasma concentrations. In patients, due to variations in circuit-related and ventilator-related factors, the inhaled dose was estimated to be lower (30%) and this was confirmed by 24-h recovery in urine (26%). Milrinone peak plasma concentrations (Cmax: 41-189 ng/ml) and magnitude of peak response ΔRmax-R0 (0-65%) were observed at the end of inhalation (10-30 min). Data obtained from PK analysis agreed with published data for intravenous milrinone. After the inhalation period, individual AUEC were directly related to AUC (P=0.045). Finally, our PD biomarker, expressed as ΔRmax-R0, as well as CPB duration, were both identified as significant predictors of DSB. The comparison of corresponding AUC and AUEC provided preliminary evidence of a proof of concept for the use of the mAP/mPAP ratio as a promising PD biomarker and warrants future PK/PD studies. Indeed, mAP/mPAP ratio variation in response to inhaled milrinone was found to contribute in the prevention of DSB.

Une des stratégies pour limiter les neutropénies induites par la chimiothérapie est l’utilisation de granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF). Nous avons développé, par une approche de population, un nouveau modèle pharmacocinétique/pharmacodynamique capable de décrire la cinétique des neutrophiles des patients traités au carboplatine, qu’ils aient ou non reçu du G-CSF. Les simulations réalisées à partir de ce modèle ont montré que le G-CSF n’était pas bénéfique chez tous les patients et que la formulation à action longue semblerait plus efficace que les autres formulations. Nous avons également établi des règles de décision permettant d’une part de prédire le risque de neutropénie sévère, et d’autre part d’identifier précocement les patients pour lesquels le G-CSF peut avoir un effet bénéfique. / Granulocyte colony-stimulating factor (G-CSF) is often used in cancer patients receiving cytotoxic drugs to prevent or reduce high grade neutropenia. We developed a new population pharmacokinetic/pharmacodynamic model to describe neutrophil time-course in carboplatin-treated patients, whether or not they received G-CSF. Model simulations showed that G-CSF was not as beneficial as expected in some patients and that the onceper- cycle formulation was more efficient than other formulations. Model-based decision rules were also built to anticipate prolonged high grade neutropenia and early identify patients for whom G-CSF was beneficial.

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