La pipéracilline-tazobactam est une combinaison d’un antibiotique bêta-lactamine et d’un inhibiteur des bêta-lactamases fréquemment prescrite aux soins intensifs. Les patients admis aux soins intensifs présentent souvent une réponse très variable au traitement en raison des multiples changements pathophysiologiques présents dans cette population qui modifient le profil pharmacocinétique du médicament. La modélisation pharmacocinétique de population est une approche qui permet d’expliquer une partie de cette variabilité au moyen d’équations mathématiques. À l’aide d’un modèle pharmacocinétique, il est possible de décrire le devenir systémique du médicament à l’aide de paramètres clés comme la clairance et le volume de distribution. Également, ce type de modèle offre la possibilité d’effectuer des simulations de régimes posologiques pour faciliter l’atteinte des cibles thérapeutiques, dans une optique d’individualisation de la pharmacothérapie. Ce projet de maîtrise avait trois objectifs. Le premier était de documenter la variabilité associée à la pharmacocinétique de la pipéracilline-tazobactam aux soins intensifs en réalisant une revue de la littérature. Cette revue a pu relever certaines covariables significatives dans les modèles qui expliquaient une partie de la variabilité observée, comme la clairance de la créatinine et le poids. Le second avait pour but d’évaluer la performance prédictive des modèles pharmacocinétiques déjà disponibles dans la littérature pour la pipéracilline-tazobactam à l’aide d’une base de données indépendante. Parmi les modèles évalués, le meilleur a été retenu afin d’optimiser les régimes posologiques aux soins intensifs. Ainsi, grâce à ce modèle, un nomogramme prenant en considération la fonction rénale du patient a été développé pour faciliter l’atteinte des cibles thérapeutiques lors de l’administration de la pipéracilline-tazobactam. Finalement, le troisième objectif était d’évaluer l’impact d’une variation de la fraction libre de la pipéracilline-tazobactam sur la performance prédictive du modèle ainsi que son impact sur la pharmacocinétique du médicament. Cette évaluation a fait ressortir l’importance d’utiliser la concentration libre plutôt que d’utiliser la concentration totale de la pipéracilline-tazobactam pour le suivi thérapeutique, car l’assomption d’une fraction libre théorique unique pour tous les patients peut nuire à la prédiction adéquate des concentrations par un modèle pharmacocinétique en milieu clinique. / Piperacillin-tazobactam is a beta-lactam/beta-lactamase inhibitor antibiotic combination frequently prescribed in intensive care units. Admitted patients often show a large variability in treatment response due to multiple pathophysiological changes that alter the pharmacokinetic profile of the drug. Population pharmacokinetic modeling is an approach that can explain some of this variability using mathematical equations. Using a pharmacokinetic model, key parameters such as clearance and volume of distribution can be retrieved to describe the systemic exposure of the drug. Also, this type of model offers the possibility to perform simulations to find optimized dosing regimens that may facilitate the achievement of target concentrations to individualize drug therapy. This master's project had three objectives. The first was to document the variability in the pharmacokinetics of piperacillin-tazobactam in the intensive care unit by conducting a literature review. This review was able to highlight key covariates, such as creatinine clearance and body weight, that could explain the variability observed in this population. The second was to evaluate the predictive performance of pharmacokinetic models available in the literature for piperacillin-tazobactam using an independent database. Among the models evaluated, the best one was selected to offer optimized dosing regimens for critically ill patients. Thus, with this model, a nomogram that accounts for the patient's renal function was developed to facilitate the achievement of therapeutic targets of piperacillin-tazobactam. Finally, the third objective was to evaluate the impact of fluctuations in the unbound fraction of piperacillin-tazobactam on the predictive performance of the model as well as its impact on the pharmacokinetics of the drug. This evaluation highlighted the importance of using unbound piperacillin concentrations for drug monitoring over total concentrations, as applying a theoretical unbound fraction to every individual may hinder the predictive performance of pharmacokinetic model if it is used in a clinical setting.

Les blessures de brûlures entrainent des conséquences importantes qui affectent grandement tous les aspects de la vie des personnes qui en sont victime. Par conséquent, le processus de guérison des survivants peut s'avérer long, complexe et particulièrement éprouvant. En ce sens, le soutien par les pairs semble constituer une source d'aide significative pour les personnes victimes de brûlures et participer positivement à plusieurs étapes clés du processus de guérison. À l'Unité des Grands brûlés du Centre Hospitalier Universitaire de l'Université de Montréal, ces pairs sont nommés « patients ressources accompagnateurs » et ceux-ci sont amenés à rencontrer des patients ayant récemment vécu un évènement de brûlures afin de répondre à leurs questions et partager avec eux les différents savoirs expérientiels qu'ils ont acquis au fil de leur vécu de survivant. Le but de la présente étude consiste à explorer les perceptions des patients ressources accompagnateurs en interrogeant ceux-ci quant à leurs rôles auprès de patients victimes de brûlures graves. Cette étude a été conduite selon un devis qualitatif en s'inspirant de la méthodologie de théorisation ancrée proposée par Corbin et Strauss (2015). Suivant la constitution d'un échantillon théorique, deux entrevues de groupe ont été réalisées avec les patients ressources accompagnateurs (n=3 et n=7) œuvrant auprès des patients de l'Unité des Grands Brûlés du Centre Hospitalier Universitaire de l'Université de Montréal. L'analyse des données a également été réalisée en suivant certaines des étapes de la méthodologie proposées par Corbin et Strauss (2015). L'exploration de la perception de patients ressources accompagnateurs de l'Unité des Grands Brûlés quant à leur rôle au sein de l'unité de soins contribue à la bonification du travail entrepris par une des co-directrices de ce mémoire quant à l’accompagnement des patients hospitalisés. De plus, les résultats de cette étude permettent de préciser plusieurs enjeux vécus par les personnes victimes de brûlures, apportant des éléments de réflexions pertinents quant à la manière dont ceux-ci font l'expérience des différentes étapes de leur trajectoire de soins et des difficultés que certaines de ces étapes peuvent entraîner dans le processus de guérison des survivants. L'ensemble des thématiques captées liées à la perception qu'ont les patients ressources accompagnateurs vis-à-vis leur rôle, permet de saisir la pluralité des enjeux à considérer et la diversité des éléments à intégrer dans les réflexions visant à tendre vers une amélioration des programmes d'interventions patients ressources accompagnateurs existants ou dans le développement de ceux à venir. / Burn injuries lead to major complications and consequences that affect the entire lives of those who are injured. Therefore, the healing process for survivors can be long, complex, and particularly challenging. In this sense, peer support seems to constitute a significant source of help for burn victims and positively participate in several key stages of the healing process. At the Burn Unit of the Université de Montréal Hospital Center, these peers are called "patient resource companions" who are trained and are brought in to meet with patients who have recently experienced a burn injury to answer their questions and share with them the different experiential knowledges they have gained through their experience as survivors. The purpose of this study is to explore the perceptions of patient resource companions on their roles with patients suffering from severe burns. This study was conducted using a qualitative design inspired by the grounded theory methodology proposed by Corbin and Strauss (2015). Following the formation of a theoretical sample, two group interviews were conducted with patient resource companions (n=ti and n=7) working with patients at the Burn Unit of the Université de Montréal Hospital Center. Data analysis was also conducted following some of the different stages of the methodology proposed by Corbin and Strauss (2015). The exploration of the perception of patient resource companions at the Burn Unit regarding their role in the care unit contributes to the documentation and integration of a new dimension in the general framework of reference, of one of the co-supervisor’s research program on patient resource companions. In addition, the results of this study make it possible to specify several issues experienced by burn victims, providing relevant elements of reflection as to the way in which they experience the different stages of their care trajectory and the difficulties that some of these steps can entail in the healing process of survivors. All themes related to the perception that patient resource companions have of their role, makes it possible to grasp the plurality of issues to be considered and the diversity of elements to be integrated into the reflections aimed at tending towards an improvement of existing patient resource support intervention programs or in the development of future ones.

La prise en charge du diabète est un défi important et a un impact sur la vie des patients. Il existe plusieurs médicaments et les études cliniques sont publiées à une vitesse ahurissante. Les patients diabétiques également atteints de maladie cardiovasculaire comme l’insuffisance cardiaque ou l’athérosclérose sont une population très vulnérable. Certains médicaments peuvent réduire les complications de ces pathologies, alors que d’autres peuvent aggraver le fardeau de la maladie. Le traitement du diabète doit donc être adapté pour ces patients. Une communauté de pratique, composée de médecins, d’infirmières et de pharmaciens qui travaillent quotidiennement à la gestion du diabète, voudrait créer et valider des outils de formation. Nous vous proposons notre démarche de recherche qui est centrée sur un modèle de recherche-développement avec un rajout de la méthode de Delphi. Dans cette approche, nous allons faire plusieurs consultations pour déterminer les objectifs pédagogiques et la vision de l’outil de formation. Par la suite, nous allons construire les outils de formation et vignettes cliniques. Après, nous allons valider les outils de formation avec la méthode Delphi sur un groupe de clinicien de médecines, infirmiers, et pharmaciens. Le projet de recherche a permis d’élaborer des objectifs pédagogiques et la création d’un outil de formation. Le Delphi a permis de valider l’outil de formation avec l’indice alpha de Cronbach de 0,707 avec un intervalle de confiance à 95 % [0,256; 0,940] avec une valeur P de 0,004. Ce qui représente une valeur de consensus acceptable et significative. / The management of diabetes is a major challenge and has an impact on the lives of patients. There are several drugs and clinical studies that are published at an astonishing speed. Diabetic patients also suffering from cardiovascular disease such as heart failure or atherosclerosis are a very vulnerable group of people. Some drugs can reduce the complications of these conditions, while others can increase the disease burden. The treatment of diabetes must therefore be adapted for these patients. A community of practice, made up of doctors, nurses and pharmacists who work daily to manage diabetes, would like to create, and validate a diabetes training tool. We propose the following research approach which is centered on a research-development model with an addition of the Delphi method. In this approach, we will make several consultations to determine the educational objectives and the outline of the training tool. Thereafter, we will build the training tools and clinical vignettes. Afterwards, we will validate the training tools with the Delphi method on a group of medical clinicians, nurses, and pharmacists. The research project led to the development of educational objectives and the creation of a training tool. The Delphi validated the training tool with the Cronbach's alpha index of 0.707 with a 95% confidence interval [0.256; 0.940] with a P value of 0.004. This represents an acceptable and significant consensus value.

Contexte: L'encéphalopathie hépatique (EH) est une complication majeure de la maladie hépatique chronique (MHC) caractérisée par des symptômes débilitants, notamment des troubles cognitifs, psychiatriques et moteurs. Il est cru que l’EH, définie comme étant un syndrome métabolique, disparaît après une transplantation hépatique (TH). Cependant, des complications neurologiques persistantes ont été signalées chez jusqu'à 47 % des receveurs de TH. Plusieurs études rétrospectives ont démontré une association entre des antécédents d'épisodes d'EH pré-TH et une mauvaise condition neurologique après la TH. D’autre part, l’alcool est un facteur étiologique fréquent à l’origine de la MHC. Cependant, une consommation excessive d’alcool a également un impact sur le cerveau. À ce jour, l’impact des épisodes d’EH ainsi que de l’alcool sur le développement de l’EH et l’intégrité cérébrale reste indéfini. Par conséquent, nos objectifs étaient 1) d’évaluer l'impact de plusieurs épisodes d’EH (induits par l'ammoniac) et 2) d'évaluer l'effet d'une consommation constante d'alcool sur le déclin neurologique, l'intégrité et les lésions cérébrales chez les rats atteints de MHC induite par la ligature des voies biliaires (LVB). Méthodes: Pour le premier objectif, des rats LVB ont reçu une injection (s.c.) d'acétate d'ammonium (LVB-Ammoniac), précipitant un épisode sévère d'EH réversible (perte du réflexe de redressement) tous les 4 jours à partir de la semaine 3 post-chirurgie LVB ( total ; 4 épisodes). Des rats SHAM ont également reçu une injection d'ammoniaque et des rats témoins BDL/SHAM ont reçu une injection de solution saline. La coordination motrice (rotarod) et la mémoire à court et à long-terme (test de reconnaissance d'objets nouveaux) ont été évaluées une semaine après la dernière injection. Pour évaluer l'intégrité neuronale, une analyse d’immunobuvardage de type Western et d’immunofluorescence a été réalisée dans le cortex frontal, le cervelet et l'hippocampe. Pour le deuxième objectif, des rats LVB ont reçu de l'alcool (LVB-Alcool) deux fois par jour (51 % v/v, dose de 3 g/kg, par gavage) pendant 4 semaines. Les rats SHAM ont également reçu de l'alcool et les rats LVB/SHAM servant de contrôles ont reçu une solution saline. La coordination motrice (rotarod) et le comportement anxieux (champ ouvert et labyrinthe surélevé) ont été évalués une semaine après la dernière administration d'alcool. Des analyses d’immunobuvardage de type Western et d’immunofluorescence ont été effectuées pour étudier l'intégrité neuronale du cortex frontal et du cervelet. Résultats: Chez les LVB-Ammoniac, des niveaux protéiques plus élevés d’un marqueur astrocytaire (GFAP) et apoptotique (caspase-3 et Bax/Bcl2) ont été trouvés dans l'hippocampe, alors que les niveaux de marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311) ont été réduits par rapport à tous les autres groupes expérimentaux. Les rats LVB-Ammoniac ont présenté des niveaux accrus de stress oxydatif plasmatique par rapport aux rats SHAM/BDL respectifs. Une diminution des niveaux de capacité antioxydante totale (CAT) et une augmentation des protéines modifiées par le 4-HNE ont été observées dans l'hippocampe (et non dans le cortex frontal ou le cervelet) du groupe LVB-Ammoniac par rapport aux rats SHAM/BDL respectifs. Les résultats d'immunofluorescence ont révélé la colocalisation du marqueur apoptotique (caspase-3 clivée) avec un marqueur neuronal (NeuN) dans la région CA1 de l'hippocampe des rats LVB-Ammoniac. Chez les rats LVB-alcool, il a été démontré une altération de la coordination motrice aux semaines 2, 3, 4 et 5 ainsi qu'une augmentation du comportement anxieux par rapport aux rats SHAM respectifs. Chez les rats BDL-alcool, il a été démontré une diminution des marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311), une augmentation de l'activité enzymatique apoptotique (caspase-3 clivée), une augmentation des marqueurs de nécroptose (pRIP3 et pMLKL), une diminution de la CAT et une augmentation des protéines modifiées par 4-HNE dans le cervelet par rapport à tous les groupes. Les résultats d'immunofluorescence ont révélé la colocalisation du marqueur apoptotique (caspase-3 clivée) et du marqueur de nécroptose (pMLKL) dans les neurones de la couche granulaire du cervelet de rats LVB-alcool. Conclusion: De multiples épisodes d'EH sévère ont entraîné une perte de cellules neuronales dans l'hippocampe des rats LVB et qui est associée à une augmentation du stress oxydatif, à l'apoptose et à une diminution des cellules neuronales. Des niveaux élevés du marqueur astrocytaire (GFAP) dans l'hippocampe insinuent une gliose, pouvant être le résultat d'une perte neuronale. De plus, l'administration d'alcool aggrave les troubles de la coordination chez les rats LVB et qui ont été associés à une augmentation du stress oxydatif, à une diminution des marqueurs neuronaux (NeuN et SMI311) avec l’apoptose et la nécroptose dans le cervelet des rats LVB-alcool. Globalement, de multiples épisodes d’EH sévère ainsi qu'une consommation constante d'alcool, via le stress oxydatif, déclenchent une perte/lésion neuronale qui entraînera par conséquent une mauvaise condition neurologique après la TH. / Background: Hepatic encephalopathy (HE) is a major complication of chronic liver disease (CLD) characterized by debilitating symptoms, including cognitive, psychiatric, and motor disturbances. HE, defined as a metabolic syndrome, is believed to resolve following liver transplantation (LT). However, persisting neurological complications have been reported in up to 47% of LT recipients. Several retrospective studies have demonstrated an association between a history of HE episodes pre-LT and poor neurological outcome following LT. Furthermore, alcohol is a common etiological factor which causes CLD. However, excessive alcohol consumption also impacts the brain. To date, the impact of HE episodes as well as of alcohol on the development of HE and brain integrity remains undefined. Therefore, our aims were to 1) evaluate the impact of multiple episodes (induced by ammonia) and 2) evaluate the effect of constant alcohol consumption on neurological decline, brain integrity and injury in rats with CLD induced via bile-duct ligation (BDL). Methods: In the first aim, BDL rats were injected (s.c.) with ammonium acetate (BDLAmmonia), precipitating a reversible overt episode of HE (loss of righting reflex) every 4 days from week 3 post-BDL surgery (total; 4 episodes). SHAM rats were also injected with ammonia and BDL/SHAM rats were injected with saline as controls. To assess the neuronal integrity, western blot and immunofluorescence analysis were performed for frontal cortex, cerebellum, and hippocampus. Motor coordination (rotarod) and short- and long-memory (novel object recognition test) were assessed one week following last injection. In the second aim, BDL rats were administered alcohol (BDL-Alcohol) twice a day (51% v/v, dose of 3g/kg, via gavage) for 4 weeks. SHAM rats also received alcohol and BDL/SHAM rats received saline as controls. Motor coordination (rotarod) and anxiety-like behavior (open field and elevated plus maze) were assessed one week following last alcohol administration. Western blot and immunofluorescence analyses were performed to investigate neuronal integrity in frontal cortex and cerebellum. Results: In BDL-Ammonia, higher protein levels of astrocytic marker (GFAP) and apoptotic markers (caspase-3 and Bax/Bcl2) were found in the hippocampus, whereas neuronal markers (NeuN and SMI311) levels were reduced compared to all other experimental groups. BDLAmmonia rats showed increased levels of plasma oxidative stress compared to respective SHAM/BDL rats. Decreased levels of total antioxidant capacity (TAC) and increased 4-HNE modified proteins were found in the hippocampus (not in frontal cortex or cerebellum) of the BDL-Ammonia group compared to respective SHAM/BDL rats. Immunofluorescence results revealed the colocalization of apoptotic marker (cleaved caspase-3) with neuronal marker (NeuN) in the CA1 region of the hippocampus of BDL-Ammonia rats. BDL-Alcohol rats demonstrated impaired motor coordination at weeks 2, 3, 4, and 5 as well as an increase in anxiety-like behavior compared to respective SHAM rats. BDL-Alcohol rats showed a decrease in neuronal markers (NeuN and SMI311), an increase in apoptotic enzyme activity (cleaved caspase-3), an increase in necroptosis markers (pRIP3 and pMLKL), a decrease in TAC and an increase in 4-HNE modified proteins in the cerebellum compared to all groups. Immunofluorescence results revealed the colocalization of apoptotic marker (cleaved caspase3) and necroptosis marker (pMLKL) in granular layer neurons of the cerebellum of BDLAlcohol rats. Conclusion: Multiple episodes of overt HE led to neuronal cell loss in the hippocampus of BDL rats which was associated with increased oxidative stress, apoptosis and decreased neuronal count. Elevated levels of astrocytic marker (GFAP) in the hippocampus insinuate gliosis, possibly a result of neuronal loss. Moreover, alcohol administration worsens coordination impairments in BDL rats which were associated with increased oxidative stress, decreased neuronal markers (NeuN and SMI311) with apoptosis and necroptosis in the cerebellum of BDL-Alcohol rats. Overall, both multiple episodes of overt HE as well as continuous alcohol consumption, via oxidative stress, triggers neuronal loss/injury which consequently will lead to poor neurological outcome post-LT.

La pharmacogénomique (PGx) étudie le concept selon lequel les déterminants génétiques peuvent aider à prédire la réponse clinique d’un patient aux médicaments. Les concentrations plasmatiques de ces derniers sont essentielles pour déterminer l’exposition, les profils pharmacocinétiques (PK), les effets cliniques et éventuellement les doses des médicaments, dont la plupart sont métabolisés par des enzymes hépatiques, les cytochromes P450 (CYPs). Néanmoins, la plupart des découvertes en matière de PGx concernant la prédiction des profils de concentrations des médicaments ont généralement recours à des plans d’études PK traditionnels avec une approche fonctionnelle. Bien qu’utile, cette méthodologie comporte des limites pour les études PGx, notamment le nombre restreint de sujets inclus, qui réduit la puissance statistique des associations PGx et limite l’identification de nouveaux variants génétiques moins fréquents. À l’inverse, les grandes cohortes observationnelles sont largement utilisées pour identifier des marqueurs génétiques physiopathologiques. Cette thèse de doctorat visait donc à 1) synthétiser les données publiées concernant les effets cliniques des polymorphismes génétiques de l’enzyme CYP2D6 sur le traitement au métoprolol, un agent β-bloquant. Les concentrations plasmatiques de métoprolol ont montré à plusieurs reprises qu’elles étaient fortement influencées par la PGx du CYP2D6; 2) développer une nouvelle méthode bioanalytique capable de quantifier les concentrations chirales de métoprolol des patients dans un contexte clinique; 3) mener une étude clinique en utilisant une grande cohorte observationnelle, ou biobanque, comme preuve de concept pour recréer l’association précédemment établie entre les phénotypes inférés des génotypes du CYP2D6 et les concentrations plasmatiques de métoprolol. Ces projets sont présentés en tant que chapitres de thèse et sous forme de manuscrits publiés. Le premier projet consistait en une revue systématique qui a permis d’extraire toutes les études relatives à la PGx du métoprolol-CYP2D6. La synthèse qualitative a suggéré que les métaboliseurs lents du CYP2D6, dépourvus de capacité enzymatique, avaient des valeurs plus élevées concernant les réductions de la fréquence cardiaque et de tension artérielle, ainsi que la survenue d’épisodes bradycardiques relativement aux autres phénotypes. Une méta-analyse ultérieure a confirmé la significativité de ces associations. Le deuxième projet a combiné des techniques bioanalytiques telles que la dérivation, l’extraction en phase solide et la chromatographie liquide avec spectrométrie de masse en tandem. Une méthode permettant de surmonter les limites analytiques antérieures a été validée avec succès pour mesurer les concentrations plasmatiques de (S)-métoprolol, l’énantiomère pharmacologiquement actif, et de son métabolite spécifique au CYP2D6. L’applicabilité d’une telle méthode a ensuite été démontrée grâce aux échantillons d’un groupe de patients issus de la Cohorte Hospitalière de l’Institut de Cardiologie de Montréal (ICM). Puis, le troisième projet présente la réalisation de l’étude LEVEL-PGx (LEVEraging Large observational cohort studies to identify pharmacogenetic determinants of drug dosing : A proof-of-concept study in the Montreal Heart Institute Hospital Cohort). L’étude portait sur un échantillon de >1000 patients sélectionnés dans la cohorte hospitalière de l’ICM, incluant leur génotypage pour CYP2D6 et la quantification du métoprolol racémique et de son métabolite spécifique au CYP2D6 dans des échantillons provenant de la Biobanque de l’ICM. Un seul échantillon unique et aléatoire par patient a été utilisé. Le recours à des modèles multivariables a validé le concept selon lequel de grandes cohortes transversales recueillant des échantillons biologiques pouvaient être utilisées afin d’identifier des associations PGx de concentrations de médicaments et ce, à des valeurs satisfaisant les seuils de significativité d’essais pangénomiques. D’autres analyses de cette cohorte ont indiqué que cette méthodologie parvenait à identifier des associations PGx qui influençaient la fréquence cardiaque au repos et la posologie du métoprolol à-travers les phénotypes du CYP2D6 et pour les déterminants génétiques uniques, même en présence de co-médications. Cependant, ces associations PGx avec les paramètres cliniques n’ont pas atteint une significativité applicable aux seuils pangénomiques. En résumé, par la reproduction d’une association PGx préalablement démontrée, l’ensemble des travaux présentés dans cette thèse suggère que l’identification et la découverte de nouveaux déterminants génétiques prédictifs des concentrations et des doses des médicaments pourrait s’effectuer par le biais de grandes cohortes observationnelles à l’échelle du génome. Ces approches permettraient de développer des modèles prédictifs plus précis de l’exposition et de la réponse aux médicaments, ce qui pourrait favoriser les découvertes PGx et, dans certains cas, éventuellement développer le potentiel translationnel d’une approche thérapeutique personnalisée selon le profil génétique des patients. / Pharmacogenomics (PGx) studies the concept that genetic determinants can help predict a patient’s clinical response to therapies. Drug concentrations are an essential component to determining the exposure, pharmacokinetic (PK) profiles, clinical effects, and potentially drug doses, most of which are metabolized through the cytochrome P450 (CYPs) liver enzymes. Nevertheless, most PGx discoveries regarding the prediction of drug concentration profiles have generally resorted to traditional PK study designs with a functional approach. Though useful, this methodology contains limitations for gene-drug interaction studies, most notably the restricted number of subjects included, which reduces the statistical power for PGx associations and limits the identification of new, less frequent genetic variants. On the opposite, large observational cohorts have long been utilized for identifying genetic markers of disease. This doctoral thesis therefore aimed to 1) synthesize published data regarding the clinical effects of CYP2D6 genetic polymorphism on metoprolol therapy. A β-blocker, metoprolol plasma concentrations have shown repeatedly to be heavily influenced by the PGx of the CYP2D6 enzyme; 2) develop a new bioanalytical method able to quantify patients’ chiral concentrations of metoprolol in a clinical setting; 3) conduct a clinical study using a large observational cohort, or biobank, as a proof of concept to recreate the previously established association between CYP2D6 genotype-inferred phenotypes and metoprolol plasma concentrations. Those projects are presented as thesis chapters in the form of published manuscripts. The first project was a systematic review that allowed us to find all studies pertaining to the PGx of metoprolol. The qualitative synthesis suggested that CYP2D6 poor metabolizers (PMs), without enzymatic capacity, had greater values regarding reductions in heart rate, blood pressures, and occurrences in bradycardia relative to non-PMs. A subsequent meta-analysis confirmed the significance of those associations. The second project combined bioanalytical techniques such as derivatization, solid phase extraction, and liquid chromatography-tandem mass spectrometry. A method overcoming previous analytical shortcomings was successfully validated to measure (S)-metoprolol plasma concentrations and its CYP2D6-specific metabolite. Its application was later demonstrated in a group of patients from the Montreal Heart Institute (MHI) Hospital Cohort. Then, the third project presents the conduct of the LEVEL-PGx study (LEVEraging Large observational cohort studies to identify pharmacogenetic determinants of drug dosing: A proof-of-concept study in the Montreal Heart Institute Hospital Cohort). The study implicated a sample of >1000 selected patients selected from the MHI Hospital Cohort, along with the genotyping of CYP2D6, and the quantification of racemic metoprolol and its CYP2D6-specific metabolite in samples from the MHI Biobank. A single, random sample per patient was used. Multivariable modeling validated the concept that large observational cohorts collecting biospecimens could be utilized to identify PGx associations of drug concentrations with genome-wide significance. Further analyses in our cohort indicated that the tested PGx associations influenced resting heart rate and metoprolol daily drug dosage across CYP2D6 phenotypes and for single genetic determinants, regardless of interfering comedications. However, such PGx associations with clinical parameters could not achieve genome-wide significance. In summary, the body of work presented in this thesis suggested that, using a previously validated PGx association, the identification of novel genetic determinants predictive of drug concentrations and dosage could be discovered and identified at the genome-wide level with large observational cohorts. These approaches would help develop more accurate predictive models of drug exposure and response, which could favor PGx discoveries and the translational potential of a personalized approach to treatments according to a patient’s genetic profile.

Thèse en cotutelle / Thesis under joint supervision / Les Peuples autochtones à travers le monde sont disproportionnellement touchés par le diabète. Parmi ces peuples, les Cris d’Eeyou Istchee et les Pekuakamilnuatsh, au Québec (Canada), ainsi que les Parikwene, en Guyane française (France), recourent à leur médecine locale pour soigner cette maladie. En 173 entrevues semi-dirigées, 208 participants venant de ces communautés et/ou travaillant dans leurs services de santé ont décrit ces médecines. Une méthode de recherche mixte, combinant des analyses thématiques à des statistiques multivariées, est développée pour analyser ces descriptions. Ces analyses ont montré que les participants cris, ilnu et parikwene décrivent leurs médecines en lien avec le diabète tant par les différents éléments du monde naturel, que les pratiques et coutumes locales qui en découlent, que les concepts les liant au territoire. Les pharmacopées à base animales et végétales font parties des thèmes les plus discutés. Plus de 381 espèces (109 animaux, 267 plantes, cinq lichens et champignons) lient les systèmes médicinales et alimentaires ensemble via des notions associées au bien-être ou aux propriétés organoleptiques. Au Québec, là où la population autochtone est plus impliquée dans les services de santé, il existe un rapprochement de la description des médecines locales entre le secteur de la santé et ses usagers. De façon générale, la place de l’alimentation dans les médecines locales ne peut être négligée dans le contexte du diabète. De plus, ces médecines sont indissociables du territoire qui offre un espace de guérison, de subsistance, et de continuité culturelle. Cela renvoie, in fine, à des questions importantes sur la reconnaissance des droits autochtones et des droits fonciers. / Indigenous Peoples around the world are disproportionately affected by diabetes. Amongst them, the Cree of Eeyou Istchee and the Pekuakamilnuatsh, from Québec (Canada), and the Parikwene, from French Guiana (France), resort to their local medicines to treat this disease. In 173 semi-structured interviews, 208 participants from these communities and/or working in their healthcare services described these medicines. A mixed-methods research approach, combining thematic analyses with multivariate statistics, was developed to analyse these descriptions. These analyses showed that Cree, Ilnu and Parikwene participants described their medicines related to diabetes through different elements of the natural world, the local practices and customs which result from them, as well as concepts linking them to the Land. Animal and plant-based pharmacopoeias are among the most discussed topics. In total, more than 381 species cited, including 109 animals, 267 plants, as well as five lichens and mushrooms, link the local dietary and medicinal systems together via notions associated with well-being or their organoleptic properties. In Québec, where Indigenous Peoples are more involved in their healthcare services, the representation of local medicines is much closer between healthcare workers and users. In general, the place of food in local medicines cannot be neglected in the context of diabetes. In addition, these medicines are inseparable from the Land which offers a space for healing, subsistence, and cultural continuity. This brings up important questions about the recognition of Indigenous rights and land rights.

Introduction : La prééclampsie (PE) est un trouble hypertensif caractérisé par une tension artérielle au-dessus de 140/90 mmHg et touche 2 à 8% des grossesses globalement. À ce jour, la plupart des médicaments ne peuvent traiter ou prévenir la PE. La thrombospondine-1 (THBS1) est un facteur anti-angiogénique et un activateur principal du TGF-β, ce qui pourrait également être impliqué dans l'altération de l'angiogenèse dans les placentas prééclamptiques. Objectif : Notre objectif est de décrire l'expression de la THBS1 et de tester l’effet d’un inhibiteur, le peptide LSKL, sur la vascularisation placentaire dans les placentas d'un modèle murin de PE (in vivo) et sur la capacité angiogénique des cellules endothéliales placentaires humaines (in vitro). Méthodes : L'expression de THBS1 a été mesurée dans les placentas de souris par western blot et dans les placentas humains par immunohistochimie (IHC). Des cellules endothéliales placentaires (pECs) extraites de placentas humains et des souris enceintes hétérozygotes femelles surexprimant la rénine et l’angiotensinogène humaines (hR+A+) sont traitées avec LSKL, ou son peptide témoin SLLK (cellules : 30 μmol/L pendant24h ; animal 129 μmol/mL s.c. au jour de gestation 14,5). Des pEC ont été soumises à des conditions contrôle (8% d’oxygène) ou hypoxie (0,5% d’oxygène) ou thrombine (10 unités/mL) pendant 24 h. L’angiogenèse cellulaire a été évaluée sur matrigel, les protéines évaluées par western blot et la localisation de la THBS1 ainsi que la vascularisation placentaire par IHC. Résultats : Le traitement avec LSKL augmente le nombre de tubes formées dans les pECs exposées à la thrombine ou à l’hypoxie. L’inhibiteur de la voie canonique du TGF-β, ALK5/Smad2/3 (SB-505124, SB), n’a pas modifié la capacité de formation de tubes, contrairement à l’inhibiteur de la voie non canonique, TAK1/p38 ((5Z) -7-oxozeaenol, (OXO) qui a réduit la capacité angiogénique (p<0,05). Chez le modèle de souris de PE, LSKL a significativement amélioré la vascularisation placentaire, évaluée par le contenu des cellules endothéliales CD31+ marquées par IHC (p<0,05), qui s’est accompagnée d’une phosphorylation réduite de TAK1 et ERK dans ce tissu. Conclusion : Nos résultats indiquent une augmentation de l’expression de la THBS1 dans les vaisseaux et cellules endothéliales placentaires des grossesses atteintes de PE, ainsi qu’un effet pro-angiogénique placentaire du LSKL par inhibition de la vie non-canonique du TGF-β. Ces résultats contribueront à identifier de nouvelles cibles thérapeutiques capables d'améliorer la vascularisation placentaire dans PE. / Introduction: Pre-eclampsia (PE) is a hypertensive disorder characterized by blood pressure above 140/90 mmHg and affects 2% to 8% of pregnancies globally. To date, most drugs cannot treat or prevent PE. Thrombospondin-1 (THBS1) is an anti-angiogenic factor and a major activator of TGF-β, which may also be involved in impaired angiogenesis in pre-eclamptic placentas. Objective: Our aim is to describe the expression of THBS1 and to test the effect of its inhibitor, LSKL peptide, on placental vascularization in placentas from a mouse model of PE (in vivo) and on the angiogenic capacity of human placental endothelial cells (in vitro). Methods: THBS1 expression was measured in placentas of mouse by western blot and in human placentas by immunohistochemistry (IHC). Placental endothelial cells (pECs) extracted from hu-man placentas and pregnant female heterozygous mice overexpressing human renin and angio-tensinogen (hR+A+) were treated with LSKL or its control peptide SLLK (cells: 30 μmol/L for 24h; animals: 129 μmol/mL subcutaneously on gestation day 14.5). pECs were subjected to control conditions (8% oxygen) or hypoxia (0.5% oxygen) or thrombin (10 units/mL) for 24 hours. Cellular angiogenesis was assessed on Matrigel, proteins were evaluated by western blot, and the locali-zation of THBS1 as well as placental vascularization were examined by immunohistochemistry (IHC). Results: Treatment with LSKL increased the number of tubes formed in pECs exposed to thrombin or hypoxia. The inhibitor of the canonical TGF-β pathway, ALK5/Smad2/3 (SB-505124, SB), did not alter tube formation capacity, unlike the inhibitor of the non-canonical pathway, TAK1/p38 ((5Z)-7-oxozeaenol, (OXO)), which reduced angiogenic capacity. In the mouse model of PE, LSKL significantly improved placental vascularization, assessed by CD31+ endothelial cell content marked by IHC, which was accompanied by reduced phosphorylation of TAK1 and ERK in this tissue. Conclusion: Our results indicate an increase in THBS1 expression in the vessels and placental endothelial cells of pregnancies affected by PE, as well as a pro-angiogenic effect of LSKL through the inhibition of the non-canonical TGF-β pathway. These findings contribute to identifying new therapeutic targets capable of improving placental vascularization in PE.

La vancomycine est un antibiotique fréquemment utilisé dans le contexte hospitalier pour les infections cutanées et nosocomiales. Son utilisation nécessite un suivi thérapeutique pharmacocinétique (TDM) de la part du clinicien, étant donné l’index thérapeutique étroit et la variabilité de son profil pharmacocinétique entre les individus. Alors que le risque de néphrotoxicité associée à la vancomycine s’accroît avec sa durée de traitement, sa clairance et son volume de distribution deviennent difficiles à prédire dans le contexte des traitements prolongés, ce qui est souvent requis chez les patients avec infections ostéoarticulaires. Avec l’approche de modélisation pharmacocinétique de population (popPK), ce projet de maîtrise a cherché à évaluer les changements longitudinaux des paramètres pharmacocinétique de la vancomycine dans une population de patients atteints d’infections ostéoarticulaires. Dans un premier temps, nous avons décrit la pratique de TDM chez les patients qui recevaient de la vancomycine intraveineuse (IV) pour les infections ostéoarticulaires à l’Hôpital Général de Montréal entre décembre 2020 et décembre 2022. Dans un deuxième temps, nous avons identifié deux modèles popPK longitudinaux dans la littérature et évalué leur performance prédictive dans cette population. Bien que ces modèles proposent des approches intéressantes pour décrire les changements longitudinaux de la vancomycine, ils se sont avérés inadéquats pour décrire les paramètres pharmacocinétiques de cet antibiotique dans notre population. D’autres travaux seront nécessaires pour développer et valider des modèles longitudinaux de la vancomycine qui devront tenir compte des variables qui décrivent l’état inflammatoire du patient et des méthodes alternatives pour intégrer une structure longitudinale dans le modèle popPK. / Vancomycin is commonly used in the hospital setting to treat skin and soft tissues infections as well as nosocomial infections. As vancomycin has a small therapeutic window and its pharmacokinetic properties vary significantly across individuals, clinicians must ensure close therapeutic drug monitoring (TDM). As the risk of vancomycin induced nephrotoxicity increases with duration of therapy, clearance and distribution of vancomycin become difficult to predict in the context of long term treatment which is often required for osteoarticular infections. With the use of population pharmacokinetic (popPK) modeling, we aimed to examine the longitudinal changes in the pharmacokinetic properties of vancomycin in patients with osteoarticular infections. In the first part of this master’s project, we described the local practices of TDM in patients receiving intravenous (IV) vancomycin for osteoarticular infections at the Montreal General Hospital between December 2020 et December 2022. In the second part, we identified two longitudinal popPK models in the literature and assessed their predictive performance in this population. Although these models offer an interesting approach to integrate a longitudinal component in their structure, they were ultimately not applicable to our population. Further efforts to address the time related changes of vancomycin’s pharmacokinetics should take into account clinical factors such as the degree of systemic inflammation and consider alternative methods to integrate the duration of treatment and longitudinal components in the model structure.

Le méthylphénidate est un des médicaments les plus prescrits pour les patients ayant un trouble déficitaire de l’attention (TDAH). Comme la réponse au méthylphénidate peut varier d’un patient à l’autre, l’optimisation de la dose passe souvent par une période de titration. Au cours de cette titration, le clinicien, guidé par son expertise, prescrit différents niveaux de dose jusqu’à trouver celle qui convienne au patient. Ceci en fait un processus lourd pour le patient. L’individualisation des doses de méthylphénidate peut donc être améliorée par l’utilisation d’approches pharmacométriques. Ces approches cristallisent les informations connues sur le médicament dans un langage condensé basé sur les mathématiques et statistiques. Ainsi, leur utilisation dans le contexte du méthylphénidate fournit un outil numérique permettant de comprendre sa pharmacocinétique (ce que le corps fait au méthylphénidate) et sa pharmacodynamie (ce que le méthylphénidate fait au corps). Cette thèse se met à la quête de l’enrichissement de ces approches pharmacométriques en trois volets. La première problématique abordée concerne la grande variabilité interindividuelle dans le traitement du méthylphénidate. Le début de la thèse s’attaque à l’interchangeabilité des médicaments novateurs et génériques ayant une grande variabilité interindividuelle. Une nouvelle méthode est proposée pour comparer efficacement les médicaments selon leur pharmacocinétique. Celle-ci se base sur une méthode établie qui tient compte non seulement de la réponse moyenne d’une population à un médicament, mais aussi de la variabilité interindividuelle dans cette réponse. Cette nouvelle méthode ajoute un paramètre modulable selon le médicament étudié et corrige les problèmes de permissivité des méthodes actuelles. La pharmacodynamie du méthylphénidate est étudiée dans les deuxième et troisième volets de cette thèse. Il a été rapporté que l’efficacité du méthylphénidate décroît en fin de journée, malgré des concentrations plasmatiques similaires aux premières heures d’administration. Ainsi, suite à la prise de méthylphénidate, une tolérance aigüe se développe dans une même journée. Ce phénomène, observé sur des échelles de mesure cliniques mesurant la réduction des symptômes du TDAH, a déjà été décrit par des approches pharmacométriques. La deuxième partie de cette thèse explore la présence de cette tolérance aigüe au niveau des cibles thérapeutiques du méthylphénidate : les transporteurs de dopamine et norépinéphrine. Un modèle pharmacométrique est créé, décrivant l’interaction du méthylphénidate avec les transporteurs de dopamine et de norépinéphrine. Ce modèle est utilisé pour calculer la performance de différents régimes posologiques et explore le rôle de la norépinéphrine sur les doses nécessaires pour le traitement du TDAH. Finalement, le troisième volet ajoute la pharmacodynamie sur une échelle clinique, notamment celle du score SKAMP. Grâce au modèle pharmacométrique du deuxième volet, la dernière partie de cette thèse cherche à répondre à la question : comment l’interaction du méthylphénidate avec les transporteurs de dopamine se traduit en effet clinique? Nos résultats indiquent que l’interaction avec les transporteurs se traduit partiellement en effet clinique et que la relation entre ces deux éléments est plus significative en début de journée comparativement au soir. En somme, cette thèse a exploré les différentes facettes des méthodes pharmacométriques et leur application dans les prescriptions du méthylphénidate chez les patients atteints de TDAH. Les résultats de cette recherche démontrent l’utilité des approches pharmacométriques et ouvrent la porte à une recherche plus poussée afin de guider l’individualisation du méthylphénidate. / Methylphenidate is one of the most prescribed medications for patients with attention deficit hyperactivity disorder (ADHD). Because the response to methylphenidate varies greatly among patients, dose optimization often involves a titration period. During this titration period, the clinicians, guided by their expertise, prescribes different levels of dose until they find the one that works best for the patient. This makes it a burdensome process for the patient. Individualization of methylphenidate doses can be improved by using pharmacometric approaches. These approaches crystallize the known information about the medication into a condensed language based on mathematics and statistics. Thus, their use in the context of methylphenidate provides a digital tool for understanding its pharmacokinetics (what the body does to methylphenidate) and its pharmacodynamics (what methylphenidate does to the body). This thesis seeks to enrich these pharmacometric approaches in three parts. The first part of this dissertation concerns the high interindividual variability in methylphenidate response. The beginning of the thesis tackles the interchangeability of innovative and generic drugs with high interindividual variability. A new method is proposed to effectively compare drugs based on their pharmacokinetics. This method is based on an established method that takes into account not only the average response of a population to a drug, but also the interindividual variability in that response. This new method adds a modifiable parameter depending on the drug being studied and corrects the problems of permissiveness in current methods. The pharmacodynamics of methylphenidate are studied in the second and third parts of this thesis. It has been reported that the efficacy of methylphenidate decreases at the end of the day, despite similar plasma concentrations to those in the early hours of administration. Thus, after taking methylphenidate, acute tolerance develops within the same day. This phenomenon, observed on clinical measurement scales measuring the reduction of ADHD symptoms, has already been described by pharmacometric approaches. The second part of this thesis explores the presence of this acute tolerance at the therapeutic targets of methylphenidate: dopamine and norepinephrine transporters. A pharmacometric model is created, describing the interaction of methylphenidate with dopamine and norepinephrine transporters. This model is used to calculate the performance of different dosage regimens and explore the role of norepinephrine in the doses needed for ADHD treatment. Finally, the third part adds pharmacodynamics on a macroscopic scale, particularly the clinical effect of methylphenidate. Using the pharmacometric model from the second part, the end of this thesis seeks to answer the question: how does the interaction of methylphenidate with dopamine transporters translate into clinical effects? Our results indicate that the interaction with transporters partially translates into clinical effects and that the relationship between these two elements is more significant in the morning compared to the evening. Overall, this thesis has explored the various facets of pharmacometric methods and their application in the prescriptions of methylphenidate for patients with ADHD. The results of this research demonstrate the utility of pharmacometrics approaches and open the door to further research to guide the individualization of methylphenidate.

Les sols boréaux représentent l’un des plus grands stocks de carbone terrestre à l’échelle globale. Ainsi, l'un des principaux transferts de matière des écosystèmes terrestres vers les écosystèmes aquatiques concerne le transport du carbone organique. Le carbone organique dissous (COD) joue un rôle crucial dans les cycles du carbone des systèmes aquatiques boréaux, reliant les écosystèmes terrestres et aquatiques. Il constitue une source d'énergie pour les micro-organismes présents dans le sol et dans l'eau. La matière organique dissoute (MOD) dans les lacs et les sols présente diverses compositions influencées par leur source et leur temps de résidence. Elle se compose principalement de matière organique allochtone caractérisée par des composés résistants de type humique et de matière organique autochtone contenant des composés facilement dégradables de type protéique. Les processus biogéochimiques le long du continuum terre-eau boréal influencent le cycle global du carbone et, par conséquent, le climat de la Terre. Les zones riveraines (ZR) constituent des passages critiques pour le transport hydrologique latéral de la matière organique dans les écosystèmes boréaux, facilitant la connexion entre les puits de matière organique terrestres et aquatiques. Les sols riches en matières organiques des ZR sont des processeurs biogéochimiques importants dans les bassins versants, influençant considérablement la concentration et la composition de la matière organique le long du continuum terre-eau. Malgré notre compréhension du budget de carbone dans les écosystèmes terrestres et aquatiques, la transformation de la MOD le long du gradient terre-eau, en particulier aux interfaces terre-eau, demeure mal comprise.. Dans notre étude portant sur 16 bassins versants des bassins des rivières La Romaine et Eastmain des régions de la Côte-Nord et de la Baie James, respectivement, nous avons déterminé la concentration, la composition et la réactivité de la MOD dans des compartiments clés des bassins versants: le sol forestier, la ZR, les cours d'eau et les lacs. Nous avons observé des différences significatives dans la concentration et la variabilité du COD entre les compartiments du bassin versant (forêt, ZR, ruisseau, lac). Dans l'ensemble, il y a eu une diminution des concentrations et de la variabilité du COD des milieux terrestres aux milieux aquatiques, accompagnée de changements prononcés lors du passage dans la ZR. Nos recherches ont révélé le rôle central des interfaces terre-eau sur les transformations quantitatives et qualitatives de la MOD. Les diminutions rapides des concentrations totales de COD et des 4 proportions de COD dégradable pendant le passage vers les cours d'eau indiquent des pertes immédiates se produisant soit dans les cours d'eau eux-mêmes, soit par dégradation dans la ZR. Cependant, nous avons observé une présence relativement persistante de MOD d'origine terrestre dans de multiples compartiments du bassin versant. En outre, nos résultats montrent des concentrations élevées de MOD de type protéique dans les échantillons de la forêt et de la ZR, ce qui permet de mieux comprendre les sources de la MOD potentiellement terrestres de type protéique. En résumé, notre recherche met en lumière la dynamique complexe de la MOD le long des continuums terre-eau, en fournissant des informations qui améliorent notre compréhension de ces éléments vitaux au sein des écosystèmes aquatiques. / A considerable portion of the Earth's carbon is stored within boreal soils. Thus, one of the predominant transfers of mass from terrestrial to aquatic ecosystems involves the movement of organic carbon. Dissolved organic carbon (DOC) is a crucial contributor to the carbon cycles of boreal aquatic systems, linking land and water ecosystems and representing an energy source for microorganisms in both soil and water. Dissolved organic matter (DOM) in lakes and soil embodies diverse compositions influenced by their source and residence time. It predominantly consists of allochthonous DOM characterized by resistant humic-like compounds and autochthonous DOM featuring easily degradable, protein-like compounds. The biogeochemical processes along the boreal land-water gradient influence the global carbon cycle and, consequently, the Earth's climate. The riparian zones (RZ) act as critical passages for lateral hydrological transport of DOM within boreal ecosystems, facilitating the connection between diverse terrestrial DOM pools and stream DOM pools. The organic-rich soils in RZ, highlighted as biogeochemical hotspots in watersheds, significantly influence the concentration and composition of DOM along the land-water continuum. Despite our grasp of carbon budgets in terrestrial and aquatic ecosystems, the processing of DOM along the land-water gradient, particularly at land-water interfaces, remains unclear. In our study across 16 watersheds in the "La Romaine" and "Eastmain" catchments, we identified the concentration, composition, and reactivity of DOM in key watershed compartments: forest soil, RZ, streams, and lakes. We observed significant distinctions in DOM concentration and variability across watershed compartments (forest, RZ, stream, lake). Overall, there was a decrease in DOC concentrations and variability from land to aquatic environments, accompanied by abrupt shifts as it passed through the RZ. Our research revealed the pivotal role of land-water interfaces on both the quantitative and qualitative changes observed in DOM. The rapid declines in total DOC concentrations and degradable DOC proportions during the transition to streams indicate immediate losses occurring either within the streams themselves or through degradation within the RZ. However, we observed a relatively persistent presence of terrestrially derived DOM in multiple compartments within the watershed. Additionally, our finding shows high concentrations of protein-like DOM in forest and RZ samples, providing insights into the probable terrestrial sources of protein-like DOM elements. In summary, our research illuminates 6 the complex dynamics of DOM along land-water continua, enhancing our understanding our comprehension of these vital elements within aquatic ecosystems.