Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L’aérosolthérapie est une pratique ancienne de plusieurs siècles. Progressivement l’administration inhalée de bronchodilatateurs et de corticoïdes s’est imposé comme le traitement au long cours de référence des maladies pulmonaires obstructives. Plus récemment de nouvelles molécules, comme les antibiotiques ou les mucomodulateurs, ont été administrées avec succès par voie inhalée, particulièrement chez les patients atteints de mucoviscidose. Alors que ces succès de l’aérosolthérapie ont été obtenus chez les patients en ventilation spontanée et traités essentiellement dans le contexte ambulatoire, les données sont beaucoup plus parcellaires concernant l’aérosolthérapie chez les patients admis en réanimation et plus particulièrement ceux soumis à la ventilation artificielle. Néanmoins, l’effet physiologique des bronchodilatateurs et des corticoïdes a été documenté chez les patients soumis à la ventilation artificielle et plusieurs études expérimentales et de recherche clinique [ont] documenté la faisabilité de l’antibiothérapie inhalée chez ces patients. Cinq travaux ont été réalisés dans le cadre de la thèse, faisant appel à des méthodes de recherche expérimentale sur banc, d’expérimentation animale, de recherche clinique et épidémiologique concernant l’aérosolthérapie en réanimation. Les deux premiers travaux ont consisté en une enquête internationale par voie électronique auprès des huit cents médecins exerçant en réanimation et d’une étude prospective observationnelle durant deux semaines dans quatre-vingts services de réanimation. Les résultats principaux de ces travaux sont que l’aérosolthérapie était très fréquente en réanimation et concernait près d’un quart des patients. Les molécules administrées étaient essentiellement des bronchodilatateurs et des corticoïdes, mais l’antibiothérapie inhalée était également pratiquée. […] L’aérosolthérapie est apparue comme bien tolérée à court terme […]. Le troisième travail a consisté en une évaluation sur banc des systèmes de nébulisation pneumatique synchronisée intégrés dans quatre ventilateurs de réanimation. Les résultats principaux de ce travail sont que ces systèmes permettaient un bon contrôle du volume courant délivré au patient durant la nébulisation ; en revanche la synchronisation inspiratoire n’était pas optimale […]. Le quatrième travail a consisté en une étude clinique évaluant la pharmacocinétique sérique de l’amikacine après son administration inhalée à forte dose chez vingt-deux patients soumis à la ventilation artificielle et atteints de pneumonie nosocomiale. L’administration était réalisée à l’aide d’un système de nébulisation pneumatique innovant, adapté à la ventilation artificielle. Le résultat principal de ce travail a été que la nébulisation de 60 mg/Kg d’amikacine s’est avéré faisable chez le patient sous ventilation artificelle et que les concentrations sériques observées étaient inférieures à celles observées après perfusion intraveineuse. […] Enfin, le dernier travail a consisté en une étude animale comparant la pharmacocinétique sérique de l’amikacine après administration intraveineuse, nébulisation et aérosolisation in situ à l’extrémité de la sonde d’intubation de porcelets soumis à la ventilation artificielle avec des poumons non infectés. Le principal résultat est que l’aérosolisation in situ a permis d’administrer de grandes quantitiés d’amikacine en très peu de temps. Néanmoins, les concentrations intra-parenchymateuses étaient très hétérogènes après aérosolisation in situ et fréquemment faibles […]. / Aerosoltherapy is a centuries-old practice. Inhaled bronchodilatators and corticosteroids have become the long-term treatment of choice for obstructive lung diseases. More recently, new molecules, such as antibiotics or mucus modulators have been successfully administrated by inhalation, particularly in patients with cystic fibrosis. While the success of aerosoltherapy were obtained in patients breathing spontaneously and essentially treated in the outpatient setting, data are much scarcer concerning aerosoltherapy in patients admitted to intensive care and especially those undergoing mechanical ventilation. Nevertheless, the physiological effects of bronchodilators and corticosteroids have been documented in patients undergoing mechanical ventilation and several experimental and clinical researches documented the feasibility of inhaled antibiotic therapy in these patients. The thesis comprises five works carried out using methods of experimental bench research, animal experimentation so as clinical and epidemiological research concerning aerosoltherapy in the intensive care setting. The first two works consisted of an international electronic survey among eight hundred physicians working in intensive care and a two-week prospective cross-sectional study in eighty intensive care units. The main results of those works are that aerosoltherapy appeared very common in the intensive care unit and concerned about a quarter of all admitted patients. The molecules administrated were essentially bronchodilatators and corticosteroids, but inhaled antibiotic therapy was also practiced. Although implementation of aerosoltherapy, especially during mechanical ventilation, appeared frequently at odds with optimal practice, or even dangerous, it was well tolerated in the short term since only a hundred side effects were observed during the nine thousand aerosol administrations collected in the prospective study. The third work evaluated, in a bench model of mechanical ventilation, synchronized pneumatic nebulization systems integrated in four intensive care ventilators. The main results of this work are that these systems provided good control of the tidal volume during nebulization ; however inspiratory synchronization was not optimal since a significant proportion of nebulization occurred during expiration, due ti gas compression/decompression upstream of the nebulizer. The fourth work consisted of a clinical study evaluating serum pharmacokinetics of amikacin after high dose inhalation in twenty-two patients undergoing mechanical ventilation and suffering nosocomial pneumonia. Administration was carried out using an innovative pneumatic nebulization system adapted to mechanical ventilation. The main result of this work was that nebulization of 60 mg / kg of amikacin proved feasible in patients on mechanical ventilation and serum concentrations observed were lower than those observed after intravenous infusion. An increase in the dose and / or the yield of the nebulization system may be considered to promote greater lung deposition in order to favour improved efficacy. The presence or absence of a heated humidifier did not influence the results, thus allowing considering active humidification during prolonged nebulization within a high-dose strategy. Finally, the last work was an animal study comparing serum pharmacokinetics of amikacin after intravenous administration, nebulization and in situ aerosolisation at the end of the endotracheal tube in piglets with healthy lungs undergoing mechanical centilation. The main results are that in situ aerosolisation allowed administrating large amounts of amikacin in a very short time. Nevertheless, intra-parenchymal concentrations were very heterogeneous after in situ aerosolisation and often low, while nebulization allowed observing globally more homogeneous concentrations. Immuno-histological amikacin staining allowed observing lung deposition of amikacin at the tissue level.

Malgré les progrès réalisées en matière de traitement et de diagnostic, le cancer du poumon demeure le plus répandu et le plus mortel dans le monde. La chimiothérapie conventionnelle, associant un composé de platine (cisplatine ou carboplatine) à un autre agent antinéoplasique est utilisée à quasiment tous les stades. Comme celle-ci est administrée par voie intraveineuse (IV), elle entraîne des effets secondaires systémiques importants dont certains sont dose- limitant (DLT) comme la néphrotoxicité pour le cisplatine ou la myélotoxicité pour le doublet carboplatine-paclitaxel. Par conséquent, ces agents sont administrés selon des cycles bien espacés pendant lesquels les tissus se rétablissent, et ce incluant la tumeur ;conduisant à une repopulation tumorale. En effet, une corrélation significative a été établie entre la concentration de platine dans les tumeurs pulmonaires et l’efficacité du traitement. Le but de ce travail était d’évaluer le potentiel de combiner une poudre sèche pour inhalation (CIS-DPI-50) avec le traitement de chimiothérapie IV, afin d’exposer la tumeur à l’agent cytotoxique de manière continue.La première partie de ce travail a permis de développer le CIS-DPI-50. Afin d’éviter qu’une haute concentration en cisplatine ne soit complètement solubilisée une fois dans les poumons, et afin d’assurer une exposition suffisante, il était essentiel de développer des formulations à libération contrôlée et à rétention pulmonaire suffisante. Ceci consistait en l’optimisation d’une formulation à base de microparticules lipidiques solides (CIS-DPI-TS) préalablement développée par Levet et al. Cette formulation a été reproduite afin d’évaluer son efficacité chez des souris greffées avec le modèle M109-HiFR (0.5 mg/kg, trois fois par cycle pendant deux cycles) et a démontré une survie similaire au CIS-IV (1.5 mg/kg, une fois par cycle pendant deux cycles). Cela a été effectué en (i) utilisant des excipients de grade pharmaceutique, reconnus comme sûrs (GRAS) (49,5 % (w/w) d’HCO et 0,5 % (w/w) de TPGS) selon un processus facilement transposable, et (ii) en augmentant la libération initiale afin d’améliorer la réponse antitumorale. Le CIS-DPI-50 a montré une performance aérodynamique prometteuse à des débits d’air différents (100 et 40 L/min) avec une fraction de particules fines par rapport à la dose délivrée (FPF_d) de 86 ± 1 % et de 74 ± 1 %, respectivement. La reproductibilité du procédé a été démontrée sur 3 lots différents et la stabilité maintenue pendant les 6 mois de stockage avec une FPF_d variant de 81,0 ± 0,6 % au T0 à 81 ± 2 % après 6 mois. Ceci était lié à (i) la stabilisation de la forme β de HCO et de l’état cristallin du cisplatine, et (ii) à la faible teneur en solvant résiduel (< 0,2 % w/w). De plus, cette formulation était caractérisée par une libération initiale plus marquée qu’avec CIS-DPI-TS ainsi que par des propriétés de libération contrôlée in vitro puisque 48 ± 2% ont été dissous en 2 h, vs. 35 ± 11 % pour CIS-DPI-TS et 76 ± 5 % pour les microcristaux de cisplatine non enrobés. Cela a été confirmé in vivo et a prouvé que le changement vers HCO a diminué le Tmax dans le sang de 120 min pour CIS-DPI- TS à 1 min pour le CIS-DPI-50. De plus, la rétention pulmonaire a été maintenue pendant 4 heures avec une aire sous la courbe (AUC) dans les poumons de 4 611 ± 932 ng.min.mg1 vs. 6 072 ng.min.mg-1 pour CIS-DPI-TS. Par conséquent, cette formulation a été choisie pour la suite des investigations.La deuxième partie de ce travail visait tout d’abord à évaluer la biodistribution après l’administration de CIS-DPI-50 à 0.5 mg/kg chez des souris greffées avec le modèle LLC1- Luc. Suite à cette administration, une exposition plus soutenue et dix fois plus élevée a été retrouvée dans les tumeurs par rapport au tissu sain (AUC0-∞ de 10 683 ± 5 826 ng.min.mg-1, vs. 1 071 ± 825 ng.min.mg-1, respectivement). Le deuxième objectif était de sélectionner le schéma d’administration du CIS-DPI-50 le plus adapté à sa combinaison avec la chimiothérapie IV. Le CIS-DPI-50 a été administrée 5 fois par cycle pendant deux cycles à 0,3, 0,5 et 1 mg/kg, ou à 0,5 mg/kg 3 fois par cycle pendant deux cycles. Après le premier cycle de traitement, aucune différence en termes de concentrations en platine n’a été observée dans les tumeurs ou dans les organes sains entre les groupes traités de manière répétée et ceux administrés une seule fois. Cependant, un cycle plus tard, toutes les concentrations en platine ont augmenté dans les organes sains et diminué dans les tumeurs. Ceci était lié à une augmentation de la taille tumorale d’un facteur de 23 entre les deux cycles (533 ± 23 mg vs. 23 ± 3 mg), ainsi qu’à la dégradation de l’état général des animaux. De plus, aucun des schémas n’a démontré une toxicité pulmonaire ou une efficacité. Cette efficacité limitée était liée à la faible sensibilité du modèle LLC1-Luc au cisplatine. Par conséquent, les schémas caractérisés par la plus faible dose cumulée (0,5 mg/kg trois fois par cycle et 0,3 mg/kg cinq fois par cycle) ont été sélectionnés afin d’évaluer leur efficacité chez des souris greffées avec le modèle M109-HiFR-Luc2. Une réduction significative de la taille tumorale dans les groupes traités (p < 0,0001) par rapport au groupe non traité a été observée ;confirmant la réponse de ce modèle au cisplatine. Cependant, aucune différence en termes de croissance tumorale (tendances similaires), de proportion de répondeurs (33 % pour les deux groupes) ou de survie (31 jours pour les groupes traités vs. 23 jours pour le groupe non traité) n’a été rapportée entre ces deux groupes. Par conséquent, le schéma le moins fréquent a été choisi pour éviter une éventuelle accumulation de platine et une atteinte rénale aigue (AKI).La troisième partie de ce travail avait pour but d’étudier la tolérance pulmonaire et rénale du CIS-DPI-50, du CIS-IV et de leurs combinaisons. Les résultats de quantification des cytokines pro-inflammatoires (TNF-α, IL-6, IL-1β) dans le fluide de lavage bronchoalvéolaire (BALF) ont montré une meilleure tolérance pour le CIS-DPI-50 par rapport au CIS-IV. Les neutrophiles granulocytes (NT-GRA) ont augmenté proportionnellement à la dose pour tous les groupes traités avec le CIS-DPI-50. Ces augmentations étaient réversibles une semaine plus tard uniquement pour les monothérapies et le groupe combiné, dont les administrations ont été espacées de 24h. Compte tenu des résultats d’inflammation et de cytotoxicité, l’ajout de CIS- DPI-50 au CIS-IV à sa dose maximale tolérée (MTD) semblait avoir un plus grand impact que si CIS-DPI-50 était ajouté à une dose IV réduite de 25%. Les résultats de quantification des biomarqueurs AKI plasmatiques (NGAL, cystatine C et créatinine) ont augmentés lorsque les deux monothérapies ont été administrées à leur DMT le même jour ou 24 heures plus tard. Par conséquent, la MTD du CIS-IV devait être réduite de 25% et les administrations séparées de 24h pour préserver la tolérance. L’efficacité de ce schéma a été évaluée sur des souris greffées avec le modèle M109-HiFR-Luc2 en combinant le CIS-DPI-50 au doublet IV cisplatine- paclitaxel. Malgré le fait que ces résultats n’étaient pas significativement différents, des tendances intéressantes en termes de réduction de la croissance tumorale, de survie (31 jours pour le groupe combiné vs. 26 pour le doublet IV, vs. 21 jours pour le groupe non traité) et de proportion de répondeurs (67 % pour le groupe combiné, vs. 50 % pour le doublet IV) ont été observés pour le groupe combiné.Comme les différentes adaptations ont probablement pu entraver le potentiel des combinaisons, il était intéressant d’étudier l’association de CIS-DPI-50 avec un doublet moins néphrotoxique (carboplatine-paclitaxel), et qui nécessiterait éventuellement moins d’ajustements. Compte tenu de la DLT du carboplatine et du paclitaxel, l’évaluation de la myélotoxicité était incluse dans cette étude. Les résultats ont montré que l’ajout de CIS-DPI-50 au doublet carboplatine- paclitaxel IV le même jour à leur MTD ont induit une augmentation du nombre de globules blancs et de cellules totales dans le BALF, une proportion plus élevée de NT-GRA dans le BALF et une anémie régénérative plus précoce qu’avec le doublet IV. Ces effets étaient réversibles. La stratégie de réduction de la dose IV de 25 % et la séparation des administrations par 24h ont permis d’éviter le développement d’une anémie régénérative et/ou l’augmentation de globules blancs ou du nombre de cellules totales dans le BALF par rapport aux doublets IV. De plus, toutes les combinaisons ont induit une cytotoxicité non réversible tout en étant mieux tolérées que celles avec le CIS-IV. Leurs efficacités devraient donc être testées sur des modèles de cancer pulmonaire murin seuls ou en combinaison avec l’immunothérapie (inhibiteurs de checkpoint).Ce travail a démontré la faisabilité de combiner une modalité de traitement locorégionale avec les traitements de chimiothérapie conventionnelle par voie IV à base de cisplatine et de carboplatine contre les tumeurs pulmonaires. Ceci a été effectué en optimisant les combinaisons afin d’éviter des toxicités pulmonaire, rénale et hématologique (pour la chimiothérapie à base de carboplatine) tout en démontrant une tendance vers une efficacité (pour le doublet cisplatine- paclitaxel) dans un modèle préclinique agressif. Par conséquent, ces résultats ouvrent la voie à plusieurs autres possibilités de combinaisons (traitements localisés et inhibiteurs de checkpoint) qui doivent être investiguées afin de sélectionner les indications pour lesquelles ce traitement serait le plus efficace. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished