Les immunosuppresseurs sont des médicaments ayant démontré leur efficacité dans la prévention du rejet de transplantation d’organe solide. Néanmoins, ces médicaments présentent une importante variabilité de la réponse pharmacologique notamment liée à une variation de leur pharmacocinétique. Cette variabilité peut être à l’origine d’un défaut d’efficacité du traitement ou de sur-expositions entrainant une toxicité. Le suivi thérapeutique pharmacologique (STP) des concentrations sanguines d’immunosuppresseur permet de limiter ces risques de sur ou de sous-exposition en facilitant l’adaptation de posologie de ces traitements. En dépit de l'utilisation intensive du STP des concentrations d'immunosuppresseurs chez le transplanté d'organe, la fréquence du rejet aigu a peu diminué au cours de ces dernières années et reste élevée. Le rejet aigu cellulaire peut, en outre, survenir chez le patient alors même que ses concentrations sanguines sont en zone thérapeutique. C'est pourquoi la recherche d'améliorations de ce suivi thérapeutique ainsi que la recherche de nouveaux moyens de monitoring sont des axes pertinents d'investigation en pharmacologie des immunosuppresseurs. L’objectif de ce travail de doctorat a été de développer de nouveaux outils pharmacologiques de monitoring de l’effet de deux immunosuppresseurs, l’évérolimus et le tacrolimus, dans le but de participer à la maitrise de la variabilité pharmacologique de l’effet immunosuppresseur. Pour la première fois, la pharmacocinétique de l'évérolimus chez le transplanté cardiaque a été modélisée par une approche de population. La modélisation pharmacologique est un des axes actuels d’amélioration du STP des immunosuppresseurs permettant d’évaluer l’impact de covariables démographiques, biologiques et/ou génétiques sur la pharmacocinétique de ces médicaments. L’élaboration de ce modèle doit permettre une individualisation des posologies conduisant à la limitation de la variabilité pharmacocinétique lors d’un traitement par cette molécule.Au cours de ce travail, deux méthodes analytiques ont également été développées par LC-MS/MS pour le dosage intracellulaire de l’évérolimus et du tacrolimus. La mesure des concentrations des immunosuppresseurs à l’intérieur même de la cellule, c’est à dire au niveau de son site d’action, apparait comme une mesure plus pertinente que la simple mesure des concentrations dans le sang. Ces méthodes ont ensuite été évaluées sur des petites cohortes de patients transplantés cardiaques. La faisabilité de tels dosages a été démontrée et a permis la réalisation de la dernière partie présentée au cours de ce travail. En effet, une étude clinique a été réalisée chez le patient transplanté hépatique de novo en vue de rapprocher les concentrations sanguines et intracellulaires de tacrolimus et l'effet sur la protéine cible, la calcineurine. Pour la première fois des pharmacocinétiques intracellulaires complètes ont pu être obtenues permettant la description de la cinétique intracellulaire du tacrolimus. Cette étude a également permis de mettre en évidence et de décrire la relation dose - concentration sanguine - concentration intracellulaire - effet sur la protéine cible du tacrolimus chez le transplanté hépatique. Ces travaux ont permis de jeter les bases nécessaires à la réalisation d'essais cliniques permettant d'évaluer la pertinence d'un suivi longitudinal des concentrations intracellulaires et/ou de l'activité de la calcineurine dans la prévention de rejet de transplantation. Les outils développés au cours de ce travail de doctorat visent, d’une part, à mieux appréhender la variabilité de la réponse pharmacologique au cours d’un traitement immunosuppresseur et, d’autre part, à être des outils de compréhension des mécanismes pharmacocinétiques et cellulaires de ces traitements. L'utilisation de ces outils doit concourir à la diminution de la fréquence du rejet de greffe et à l'amélioration globale de la prise en charge du patient transplanté d'organe. / Immunosuppressive drugs have proven efficacy in the prevention of acute rejection of solid organ transplantation. However, these drugs exhibit substantial variability in pharmacological response due to such a variation in their pharmacokinetics. This variability may be the cause of underexposure with a lack of efficacy or over-exposure causing toxicity. Therapeutic drug monitoring (TDM) of immunosuppressant blood levels can limit the risk of over or underexposure facilitating dosage adjustment of these treatments. Despite the extensive use of TDM, the incidence of acute rejection has declined somewhat in recent years and remains high (in the order of 8-15%). Acute cellular rejection can further occur in patients even though blood levels are within the therapeutic range. That is why improvements in the therapeutic monitoring and new ways of monitoring are relevant lines of investigation in pharmacology.The objective of this phD work was to develop new pharmacological tools for monitoring the effect of two immunosuppressive drugs, everolimus and tacrolimus in order to control the pharmacological variability of the immunosuppressive effect .For the first time, the pharmacokinetics of everolimus in heart transplant was modeled by a population approach. Pharmacological modeling is one of the current areas of improvement of immunosuppressants TDM which allows evaluating the impact of demographic, biological and / or genetic on the pharmacokinetics of these drugs covariates. The development of this model must allow individualization of dosages leading to limit pharmacokinetic variability during treatment with this drug.During this work, two analytical methods were also developed by LC-MS/MS for assaying intracellular tacrolimus and everolimus concentrations. Measuring intracellular concentrations of immunosuppressive drugs, i.e. at its site of action, appears as a more relevant than measuring blood concentrations. These methods were then evaluated on small cohorts of heart transplant patients. The feasibility of such assays has been demonstrated and led to the completion of the last part presented in this work.Indeed, a clinical study was performed in de novo liver transplant patients to evaluate blood and intracellular concentrations of tacrolimus and their effect on the target protein, calcineurin. For the first time complete intracellular pharmacokinetics have been obtained for the description of the profile of the intracellular kinetics of tacrolimus. This study also highlights and describes the relationship dose - blood concentration - intracellular concentration - effect on the target protein of tacrolimus in liver transplant patients. This work might help conducting clinical trials to assess the relevance of a longitudinal follow-up of intracellular concentrations and / or activity of calcineurin in the prevention of transplant rejection.The tools developed in this PhD work aimed, firstly, to better understand the variability of the pharmacological response in immunosuppressive therapy and, secondly, to be tools for understanding the drug mechanisms inside of the cell. The use of these tools should contribute to the decrease in the frequency of graft rejection and the overall improvement in the management of organ transplant patients.

Les données épidémiologiques montrent une association inverse entre les taux de HDL-cholestérol (HDL-C) et le risque d'évènements cardiovasculaires. Des traitements ayant montré une augmentation significative du HDL-C, comme les inhibiteurs de la protéine de transfert des esters de cholestérol, devraient donc permettre de réduire le risque cardio-vasculaire. En utilisant différentes techniques de modélisation, nous avons tenté de quantifier l'efficacité attendue sur les événements cardiovasculaires de l'un d'entre eux, le dalcétrapib, ne disposant que de données pharmacocinétiques et pharmacodynamiques. Tout d’abord, afin d'établir la relation pharmacocinétique / pharmacodynamique entre les concentrations et la modification de HDL-C, nous avons analysé les données individuelles des patients dyslipidémiques par une approche de population. Une hausse moyenne de HDL-C de 26.4 % par rapport au placebo était alors anticipée. Nous avons ensuite tenté de corréler l'effet observé sur l'HDL-C et l'effet clinique à partir de données d'autres études par méta-régression des essais évaluant l'effet des principaux hypolipémiants en prévention secondaire. Cette modélisation n'a pas permis de montrer de corrélation entre le changement de l’HDL-C (P5 P95 :-3.0 et 36 %) et la réduction du risque cardiovasculaire. Une analyse de sensibilité par type de traitement suggère qu'une même hausse de HDL-C entre deux classes thérapeutiques pourrait se traduire par un effet clinique dissemblable, indiquant que HDL-C ne peut pas être utilisé comme critère intermédiaire puisqu'il ne serait pas un prédicteur indépendant du risque cardiovasculaire / Epidemiological data demonstrate an inverse correlation between HDL-cholesterol (HDL-C) levels and cardiovascular risk. Therefore, drugs as cholesteryl ester transfer protein (CETP) inhibitors that lead to a significant HDL-C increase are believed to reduce the occurrence of coronary events. We aimed to evaluate the clinical efficacy of one CETP inhibitor, dalcetrapib, by using various modeling techniques while only pharmacokinetic (PK) and pharmacodynamlc (PD) data were available. First, we analyzed individual data from dyslipidemic patients using a population approach in order to establish the PK/PD relationship between dalcetrapib concentrations and HDL-C change. The results show that an average raise of 26.4 % is expected in comparison to placebo with the 5th (P5) and 95th (P95) percentile of the mean average at 20.7 % and 31.9 % respectively. The increase in HDL-C is explained by a delayed catabolism following the transfer inhibition of cholesterol ester from HDL to Apo-B rich lipoproteins. We endeavored then to correlate HDL-C increase to coronary events by using a meta-regression analysis on randomized trials that evaluated the clinical efficacy of main dyslipidemic drugs on coronary events in secondary prevention. The modeling did not show a statistical association between HDL-C change (P5-P95:-3.0 and 36 %) and coronary risk reduction. A sensitivity analysis by drug class suggests that the same HDL-C increase resulting from different mechanisms of action may not impact the cardiovascular risk in the same way. This would indicate that HDL-C could not be used as a risk marker since it might not be an independent predictor of cardiovascular risk

<p>Population pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) models can be fitted using nonlinear mixed effects modelling (NONMEM). This is an efficient way of learning about drugs and diseases from data collected in clinical trials. Identifying covariates which explain differences between patients is important to discover patient subpopulations at risk of sub-therapeutic or toxic effects and for treatment individualization. Stepwise covariate modelling (SCM) is commonly used to this end. The aim of the current thesis work was to evaluate SCM and to develop alternative approaches. A further aim was to develop a mechanistic PK-PD model describing fasting plasma glucose, fasting insulin, insulin sensitivity and beta-cell mass.</p><p>The lasso is a penalized estimation method performing covariate selection simultaneously to shrinkage estimation. The lasso was implemented within NONMEM as an alternative to SCM and is discussed in comparison with that method. Further, various ways of incorporating information and propagating knowledge from previous studies into an analysis were investigated. In order to compare the different approaches, investigations were made under varying, replicated conditions. In the course of the investigations, more than one million NONMEM analyses were performed on simulated data. Due to selection bias the use of SCM performed poorly when analysing small datasets or rare subgroups. In these situations, the lasso method in NONMEM performed better, was faster, and additionally validated the covariate model. Alternatively, the performance of SCM can be improved by propagating knowledge or incorporating information from previously analysed studies and by population optimal design.</p><p>A model was also developed on a physiological/mechanistic basis to fit data from three phase II/III studies on the investigational drug, tesaglitazar. This model described fasting glucose and insulin levels well, despite heterogeneous patient groups ranging from non-diabetic insulin resistant subjects to patients with advanced diabetes. The model predictions of beta-cell mass and insulin sensitivity were well in agreement with values in the literature.</p>

Population pharmacokinetic-pharmacodynamic (PK-PD) models can be fitted using nonlinear mixed effects modelling (NONMEM). This is an efficient way of learning about drugs and diseases from data collected in clinical trials. Identifying covariates which explain differences between patients is important to discover patient subpopulations at risk of sub-therapeutic or toxic effects and for treatment individualization. Stepwise covariate modelling (SCM) is commonly used to this end. The aim of the current thesis work was to evaluate SCM and to develop alternative approaches. A further aim was to develop a mechanistic PK-PD model describing fasting plasma glucose, fasting insulin, insulin sensitivity and beta-cell mass. The lasso is a penalized estimation method performing covariate selection simultaneously to shrinkage estimation. The lasso was implemented within NONMEM as an alternative to SCM and is discussed in comparison with that method. Further, various ways of incorporating information and propagating knowledge from previous studies into an analysis were investigated. In order to compare the different approaches, investigations were made under varying, replicated conditions. In the course of the investigations, more than one million NONMEM analyses were performed on simulated data. Due to selection bias the use of SCM performed poorly when analysing small datasets or rare subgroups. In these situations, the lasso method in NONMEM performed better, was faster, and additionally validated the covariate model. Alternatively, the performance of SCM can be improved by propagating knowledge or incorporating information from previously analysed studies and by population optimal design. A model was also developed on a physiological/mechanistic basis to fit data from three phase II/III studies on the investigational drug, tesaglitazar. This model described fasting glucose and insulin levels well, despite heterogeneous patient groups ranging from non-diabetic insulin resistant subjects to patients with advanced diabetes. The model predictions of beta-cell mass and insulin sensitivity were well in agreement with values in the literature.

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Introduction & Objectifs : Pour assurer l’analgésie postopératoire, l’anesthésiste dispose, en plus des différentes classes de médicaments administrés par voie orale ou intraveineuse, de diverses techniques pour bloquer l’influx nerveux douloureux en administrant les anesthésiques locaux (AL) de manière centrale ou périphérique. La ropivacaïne (ROP), un AL à longue durée d’action, est un médicament de première intention partout dans le monde, en raison de sa grande efficacité et de son faible risque de toxicité. Contrairement à certains pays, la ROP n'est toujours pas indiquée au Canada pour la rachianesthésie (bloc central) en raison d'un manque de données probantes. Jusqu'à présent, les efforts de recherche ont essentiellement porté sur la sécurité ainsi que sur la durée d’action du médicament lorsqu’administré par voie spinale. De plus, les doses optimales de ROP pour l’anesthésie régionale périphérique ne sont pas encore précisément connues. La posologie devrait être adaptée au site d’administration ainsi qu’à l’intensité et la durée du stimulus produit par la chirurgie. Ultimement, cela permettrait aux cliniciens d’identifier le régime optimal en fonction des facteurs démographiques qui pourraient affecter la pharmacocinétique (PK) et la pharmacodynamie (PD) de l’AL (objectif global de ces travaux). Validation de la Méthode Analytique Manuscrit 1 : Une méthode analytique spécifique et sensible permettant de déterminer les concentrations plasmatiques de ROP a d’abord été optimisée et validée. Validation du Biomarqueur Manuscrit 2 : Nous avons ensuite mis au point et évalué la fiabilité d’une méthode quantitative basée sur la mesure du seuil de perception sensorielle (CPT) chez le volontaire sain. Ce test nécessite l’application d’un courant électrique transcutané qui augmente graduellement et qui, selon la fréquence choisie, est capable de stimuler spécifiquement les fibres nerveuses impliquées dans le cheminement de l’influx nerveux douloureux. Les résultats obtenus chez les volontaires sains indiquent que la mesure CPT est fiable, reproductible et permet de suivre l’évolution temporelle du bloc sensitif. Études cliniques Manuscrit 3 : Nous avons ensuite caractérisé, pendant plus de 72 h, l’absorption systémique de la ROP lorsqu’administrée pour un bloc du nerf fémoral chez 19 patients subissant une chirurgie du genou. Le modèle PK populationnel utilisé pour analyser nos résultats comporte une absorption biphasique durant laquelle une fraction de la dose administrée pénètre rapidement (temps d’absorption moyen : 27 min, IC % 19 – 38 min) dans le flux sanguin systémique pendant que l’autre partie, en provenance du site de dépôt, est redistribuée beaucoup plus lentement (demi-vie (T1/2) : 2.6 h, IC % 1.6 – 4.3 h) vers la circulation systémique. Une relation statistiquement significative entre l’âge de nos patients et la redistribution de l’AL suggère que la perméabilité tissulaire est augmentée avec l’âge. Manuscrit 4 : Une analyse PK-PD du comportement sensitif du bloc fémoral (CPT) a été effectuée. Le modèle développé a estimé à 20.2 ± 10.1 mg la quantité de ROP nécessaire au site d’action pour produire 90 % de l’effet maximal (AE90). À 2 X la AE90, le modèle prédit un début d’action de 23.4 ± 12.5 min et une durée de 22.9 ± 5.3 h. Il s’agit de la première étude ayant caractérisé le comportement sensitif d’un bloc nerveux périphérique. Manuscrit 5 : La troisième et dernière étude clinique a été conduite chez les patients qui devaient subir une chirurgie du genou sous rachianesthésie. Tout comme pour le bloc du nerf fémoral, le modèle PK le plus approprié pour nos données suggère que l’absorption systémique de la ROP à partir du liquide céphalo-rachidien est biphasique; c.à.d. une phase initiale (T1/2 : 49 min, IC %: 24 – 77 min) suivie (délai: 18 ± 2 min) d'une phase légèrement plus lente (T1/2 : 66 min, IC %: 36 – 97 min). L’effet maximal a été observé beaucoup plus rapidement, soit aux environs de 12.6 ± 4.9 min, avant de revenir aux valeurs de base 210 ± 55 min suivant l’administration de l’agent. Ces données ont permis d’estimer une AE50 de 7.3 ± 2.3 mg pour l'administration spinale. Conclusion : En somme, ces modèles peuvent être utilisés pour prédire l’évolution temporelle du bloc sensitif de l’anesthésie rachidienne et périphérique (fémorale), et par conséquent, optimiser l’utilisation clinique de la ROP en fonction des besoins des cliniciens, notamment en ce qui a trait à l’âge du patient. / Background & Objectives: To provide postoperative analgesia, the anesthesiologist has at his disposal a panel of different medications and also regional techniques of neural blockade. Loco-regional analgesia (central or peripheral) blocks conduction of painful influx to the central nervous system by the use of local anesthetics (LA). Among these drugs, ropivacaine (ROP), has an enormous potential given is long-acting efficacy and low incidence of toxicity. Currently, ROP is not licensed for use in spinal anesthesia (central block) in all countries due to a lack of data from controlled clinical trials. So far, research efforts on this topic have mainly focused on safety and dose-finding issues. In addition, the most appropriate dose for a peripheral nerve block has never been estimated empirically. Dosing recommendation for LAs should be site-specific and adapted to the intensity of the stimuli produced by a surgery and to the duration of analgesia required. Ultimately, these should guide clinicians in identifying the most appropriate block for the individual patients by taking into account demographic factors that may affect the pharmacokinetics (PK) and pharmacodynamics (PD) of LA overall objective of the current research) Analytical Method Validation Manuscript 1: First, a specific and sensitive assay has been developed and validated for the determination of ROP in human plasma. Biomarker Validation Manuscript 2: Second, the reliability of a neurostimulator measuring current perception threshold (CPT) was assessed in healthy volunteers. The device uses a constant transcutaneous electrical sine wave stimulus at different frequencies specific to pain-conducting fibers. Our results suggest that CPT are reliable and can be applied to characterize, in a quantitative manner, the sensory onset of a peripheral nerve block in a clinical setting. Clinical Studies Manuscript 3: The systemic absorption of ROP after a femoral nerve block in orthopedic patients was then characterized using extended rich PK-sampling, i.e. up to 4 days post-dosing. Our model used for data analysis confirms that, in a similar manner to neuraxial sites of LAs injection, the systemic absorption of ROP from the femoral space is biphasic, i.e. a rapid initial phase (mean absorption time of 25 min, % CI: 19 – 38 min) followed by a much slower phase (half-life (T1/2) of 3.9 h, % CI: 2.9 – 6.0 h). A significant age-related increase in the permeability of the LA was also observed in our elderly patients (n = 19, age = 62.6 ± 7.1 yr). Manuscript 4: A population PK-PD analysis of the sensory anesthesia (CPT) of ROP using our PK model was also performed. The effect-site amount producing 90% of the maximum possible effect (AE90) was estimated as 20.2 ± 10.1 mg. At 2 x AE90, the sigmoid Emax model predicted an onset time of 23.4 ± 12.5 min and a duration of 22.9 ± 5.3 h. To the best of our knowledge, this is the first PK-PD model developed for a peripheral nerve block. Manuscript 5: In the third and last study, a similar approach was used to characterise the PK-PD relationship of intrathecally administered ROP in patients undergoing minor lower limb surgery. The biphasic release of the agent from the intrathecal space was modeled using a rapid initial absorption phase (T1/2 of 49 min, % CI: 24 – 77 min) followed (lag-time of ~ 18 ± 2 min) by a slightly slower input rate (T1/2 of 66 min, % CI: 36 – 97 min). ROP maximal response was observed within 12.6 ± 4.9 min of dosing, with a subsequent return to baseline 210 ± 55 min after the administration of the LA. The effect-site amount producing 50 % of the Emax (AE50) was estimated at 7.3 ± 2.3 mg. Conclusion: Altogether, the proposed models can be used to predict the time-course of sensory blockade after a femoral nerve block and spinal anesthesia using ROP and to optimize dosing regimen according to clinical needs with regard to important cofactors such as age.

Gold nanoparticles exhibit a combination of physical, chemical, optical, and electronic properties unique from all other nanotechnologies. These structures can provide a highly multifunctional platform with which to diagnose and treat diseases and can dramatically enhance a variety of photonic and electronic processes and devices. The work herein highlights some newly emerging applications of these phenomena as they relate to the targeted diagnosis and treatment of cancer, improved charge carrier generation in photovoltaic device materials, and strategies for enhanced spectrochemical analysis and detection. Chapter 1 introduces the reader to the design, synthesis, and molecular functionalization of gold nanotechnologies, and provides a framework from which to discuss the unique photophysical properties and applications of these nanoscale materials and their physiological interactions in Chapter 2. Chapter 3 discusses ongoing preclinical research in our lab investigating the use of near-infrared absorbing gold nanorods as photothermal contrast agents for laser ablation therapy of solid tumors. In Chapter 4, we present recent work developing a novel strategy for the targeted treatment of hormone-dependent breast and prostate tumors using multivalent gold nanoparticles that function as highly selective and potent endocrine receptor antagonist chemotherapeutics. In Chapter 5, we discuss a newly-emerging tumor-targeting strategy for nanoscale drug carriers which relies on their selective delivery to immune cells that exhibit high accumulation and infiltration into breast and brain tumors. Using this platform, we further investigate the interactions of nanoscale drug carriers and imaging agents to a transmembrane protein considered to be the single most prevalent and single most important contributor to drug resistance and the failure of chemotherapy. Chapter 6 presents work from a series of studies exploring enhanced charge carrier generation and relaxation in a hybrid electronic system exhibiting resonant interactions between photovoltaic device materials and plasmonic gold nanoparticles. Chapter 7 concludes by presenting studies investigating the contributions from so-called “dark” plasmon modes to the spectrochemical diagnostic method known as surface enhanced Raman scattering.

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.

Pharmacodynamic processes and disease progression are increasingly characterized with pharmacometric models. However, modelling options for discrete-type responses remain limited, although these response variables are commonly encountered clinical endpoints. Types of data defined as discrete data are generally ordinal, e.g. symptom severity, count, i.e. event frequency, and time-to-event, i.e. event occurrence. Underlying assumptions accompanying discrete data models need investigation and possibly adaptations in order to expand their use. Moreover, because these models are highly non-linear, estimation with linearization-based maximum likelihood methods may be biased. The aim of this thesis was to explore pharmacometric methods and novel models for discrete data through (i) the investigation of benefits of treating discrete data with different modelling approaches, (ii) evaluations of the performance of several estimation methods for discrete models, and (iii) the development of novel models for the handling of complex discrete data recorded during (pre-)clinical studies. A simulation study indicated that approaches such as a truncated Poisson model and a logit-transformed continuous model were adequate for treating ordinal data ranked on a 0-10 scale. Features that handled serial correlation and underdispersion were developed for the models to subsequently fit real pain scores. The performance of nine estimation methods was studied for dose-response continuous models. Other types of serially correlated count models were studied for the analysis of overdispersed data represented by the number of epilepsy seizures per day. For these types of models, the commonly used Laplace estimation method presented a bias, whereas the adaptive Gaussian quadrature method did not. Count models were also compared to repeated time-to-event models when the exact time of gastroesophageal symptom occurrence was known. Two new model structures handling repeated time-to-categorical events, i.e. events with an ordinal severity aspect, were introduced. Laplace and two expectation-maximisation estimation methods were found to be performing well for frequent repeated time-to-event models. In conclusion, this thesis presents approaches, estimation methods, and diagnostics adapted for treating discrete data. Novel models and diagnostics were developed when lacking and applied to biological observations.