Parmi les stratégies d'amélioration des traitements des infections bactériennes chroniques, visant à accroître l'activité bactéricide ou à limiter la sélection de résistances, le développement de combinaisons d'antibiotiques existants constitue une stratégie prometteuse. L'objectif de cette thèse était d'évaluer l'efficacité d'une combinaison d'antibiotiques sur un biofilm bactérien dans un système in vitro dynamique qui permet de simuler les concentrations d'antibiotiques observées chez les patients traités. Nous avons montré que pour des infections complexes dues à de fortes charges bactériennes ou à la présence d'un biofilm, les études dans le système in vitro dynamique menées sur plusieurs jours apportaient plus d'informations sur l'efficacité d'une combinaison d'antibiotiques que des techniques standardisées menées avec des concentrations d'antibiotiques stables au cours du temps. Nous avons aussi montré que sur un biofilm, même si certaines associations n'ont pas d'impact sur la biomasse du biofilm elles permettent en revanche de maintenir des populations moins sensibles aux antibiotiques à des seuils relativement bas, alors que les mêmes antibiotiques utilisés seuls favorisent l'émergence de résistances au cours du traitement. Enfin, des essais préliminaires pour mimer des infections comme les mammites bovines ou les cystites ont montré que ce système pouvait être plus largement utilisé pour l'optimisation des schémas thérapeutiques en médecine humaine et en médecine vétérinaire. / Among strategies to improve the treatment of chronic bacterial infections by increasing the bactericidal activity or by limiting the selection of resistance, the development of combinations of existing drugs is a promising strategy. The aim of this thesis was to evaluate the efficacy of a combination of antibiotics on a bacterial biofilm in a dynamic in vitro system which allows to simulate the concentrations observed in patients. We have shown that for complicated infections due to large bacterial loads or to biofilms, in vitro dynamic studies over several days provided more information on the efficacy of a combination of antibiotics than classical methods conducted with constant antibiotic concentrations over time. We have also shown that on a biofilm, even if associations do not have an impact on the overall size of the biofilm, they maintain less-susceptible populations at relatively low levels, whereas the same antibiotics promote the emergence of resistance during treatment when used alone. Finally, preliminary trials to mimic infections such as bovine mastitis or cystitis have shown that this system could be more widely used for the optimization of dosage regimens in human medicine and veterinary medicine.

Le protocole TICE (Taxol, Ifosfamide, Carboplatine et Etoposide) représente le traitement standard du cancer germinal réfractaire en première ligne ou en rechute de mauvais pronostic. Une étude de phase II a été réalisée consistant en une adaptation de posologie du carboplatine (utilisé à haute dose) basée sur un suivi thérapeutique pharmacologique (TDM) de ses concentrations ultrafiltrables (UF) alors que les pratiques habituelles se limitent à des doses calculées à partir d'une valeur cible de l'aire sous la courbe (AUC) des concentrations UF et la clairance UF prédite du patient. Les analyses pharmacocinétiques effectuées dans le cadre de cette thèse ont permis de démontrer la faisabilité du TDM ainsi que sa performance dans la maîtrise de l'AUC du carboplatine utilisé dans le protocole TICE. Cependant, la réalisation de cette pratique est limitée, dans certains hôpitaux, par les contraintes matérielles et humaines liées à l'obtention des concentrations UF par l'ultrafiltration des prélèvements plasmatiques. Une méthodologie a donc été développée et validée pour permettre la réalisation du TDM à partir des concentrations plasmatiques totales. Par ailleurs, l'étude pharmacocinétique réalisée pour l'étoposide, médicament associé au carboplatine dans la phase d'intensification de ce protocole, indique que le calcul actuel de la dose en fonction de la surface corporelle s'accompagne d'une variabilité interindividuelle limitée de l'exposition et qu'il n'y a pas lieu de pratiquer un TDM pour ce médicament. Enfin, l'implication de différents facteurs génétiques correspondant, d'une part, à la toxicité auditive du carboplatine et, d'autre part, à la pharmacologie de l'étoposide a été aussi évaluée. En conclusion, ces travaux permettront d'améliorer la prise en charge des patients traités par ce protocole à haute dose de carboplatine et étoposide et, au-delà de cette indication thérapeutique, notre connaissance de ces deux médicaments cytotoxiques importants. / The TI-CE protocol ((Taxol, Ifosfamide, Carboplatin and Etoposide) is the standard treatment of germ cell tumor refractory to first-line chemotherapy or relapsed germ cell tumor having unfavorable prognostic features. A phase II study was conducted and consisted in adapting the dose of (high dose) carboplatin using therapeutic drug monitoring (TDM) of unbound concentrations instead of the usual method of dose individualization based on a target area under the curve (AUC) of unbound concentrations and predicted unbound clearance. Pharmacokinetic analyses carried out in the context of this thesis have demonstrated the feasibility of conducting the TDM as well as its performance in terms of controlling the variability of AUC of carboplatin in the TI-CE protocol. However, the use of this practice is limited, in some hospitals, by material and human constraints related to the ultrafiltration of plasma samples to obtain unbound concentrations. A method was developed and validated to enable the use of total plasma concentrations for the TDM instead of unbound concentrations. Furthermore, the pharmacokinetic study of etoposide, used in combination with carboplatin during the dose intensification phase of the protocol, showed that the usual dose calculation method based on body surface area is associated with a low interindividual variability of exposure and that TDM is, therefore, not necessary for this drug. Finally, the role of different genetic factors in the ototoxicity of carboplatin and in the pharmacology of etoposide was also assessed. In conclusion, these analyses help to improve the level of care of patients treated with this protocol of high dose carboplatin and etoposide as well as our current knowledge of these two important cytotoxic drugs.

L'utilisation des modèles non linéaires à effets mixtes (MNLEM) ne cesse de croître dans l'étude et le développement des médicaments. Ce travail a permis d'exposer différents domaines d'applications des MNLEM et les avantages qu'ils apportent dans la recherche sur les médicaments antithrombotiques à partir de différentes études cliniques. Une première partie de ce travail présente l'intérêt des MNLEM dans l'estimation de la variabilité pharmacocinétique du fondaparinux au sein d'une population non sélectionnée de patients et d'une population de patients insuffisants rénaux. Une deuxième partie présente l'utilisation des MNLEM pour résumer un modèle de réponse complexe de relation pharmacocinétique - pharmacodynamique en prenant pour exemple la fluindione et l'acénocoumarol, associé à la prise en compte des sources de variabilités génétiques. Une dernière partie présente une application de ces mêmes modèles pour évaluer des interactions médicamenteuses à partir de deux études : l'interaction acénocoumarol-amoxicilline plus acide clavulanique et l'interaction clopidogrel-fluoxétine

L'aspect expérimental de la pharmacocinétique nécessite le développement de techniques analytiques dans les milieux biologiques pour la quantification des médicaments dans les échantillons prélevés à des temps choisis. L'interprétation des données pharmacocinétiques implique ensuite le développement de modèles et de méthodes statistiques permettant l'évaluation des paramètres pharmacocinétiques caractéristiques des molécules considérées. Dans la première partie de ce travail, une méthode LC/MS/MS sensible et spécifique, a été développée et validée pour le dosage simultané de pralidoxime, diazépam et atropine dans le plasma. Une étude pharmacocinétique de chacun des trois composés chez le sujet sain recevant par voie intramusculaire l'association avizafone-atropine-pralidoxime, traitement recommandé pour l'intoxication par les agents organophosphorés, a ensuite été conduite. Les données issues du dosage plasmatique ont été analysées afin de caractériser la cinétique d'hydrolyse de l'avizafone et la pharmacocinétique de la pralidoxime. La modélisation individuelle, sujet par sujet, a permis de déterminer le meilleur modèle pharmacocinétique de la transformation d'avizafone en diazépam après injection intramusculaire d'avizafone seule ou en association avec atropine et pralidoxime. Une approche de pharmacocinétique de population a enfin été appliquée pour caractériser la pharmacocinétique de la pralidoxime après injection intramusculaire seule ou en association avec atropine et avizafone. Dans la deuxième partie de cette thèse, l'approche non compartimentale et la modélisation individuelle ont été appliquées à des données obtenues au cours d'une étude de pharmacocinétique évaluant l'administration orale de 50 mg de riluzole chez des enfants atteints d'amyotrophie spinale. Par simulations, il a été possible de montrer que l'administration de riluzole, à la dose de 50 mg deux fois par jour se traduirait par des concentrations résiduelles et maximales comparables à celles obtenues chez l'adulte après une dose de 100 mg deux fois par jour. La dose de 50 mg une fois par jour a donc été retenue pour l'étude clinique évaluant l'efficacité du riluzole chez les patients atteints d'amyotrophie spinale infantile. Mots-clés : Pharmacocinétique, Organophosphorés, Amyotrophie spinale infantile, Riluzole.

Les polluants organiques persistants (POP), dont les biphényles polychlorés (PCB) et le 1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorophényl)éthane (DDT), sont des contaminants lipophiles qui résistent à la dégradation et s'accumulent dans les tissus des organismes exposés. Malgré le fait que plusieurs de ces composés aient été retirés du marché, ils se retrouvent toujours en quantité mesurable dans les échantillons environnementaux et humains prélevés partout dans le monde. La toxicité de ces composés a été démontrée dans des études in vitro et chez les animaux. Parmi les différents effets de ces composés, on compte la perturbation endocrinienne, l'altération du neurodéveloppement, l'affaiblissement du système immunitaire ainsi que la promotion de certains cancers. Certains de ces effets ont aussi été observés dans des études épidémiologiques suite à des expositions accidentelles, occupationnelles et environnementales. Par contre, les études ne parviennent pas à un consensus quant à l'implication des POP dans l'étiologie de plusieurs problèmes de santé, notamment le cancer du sein et l'altération du neurodéveloppement suite à une exposition postnatale par l'allaitement. Les études épidémiologiques sur les effets des POP se basent habituellement sur des échantillons de sang ou de lait maternel pour évaluer l'exposition. Dans le cas du cancer du sein, les échantillons sanguins sont généralement prélevés au moment du diagnostic ou quelques années avant. Quant à l'évaluation de l'exposition postnatale par l'allaitement, les études de neurodéveloppement ont jusqu'à maintenant estimé l'exposition des enfants en multipliant la concentration dans le lait maternel par la durée d'allaitement ou en prélevant des échantillons sanguins chez les enfants. Puisque les POP sont très persistants, ces échantillons sont considérés comme des marqueurs d'exposition chronique. Par contre, la capacité à représenter le profil d'exposition des sujets enrôlés dans des études épidémiologiques à partir de ces échantillons peut être gênée par différents phénomènes physiologiques pouvant changer les niveaux internes en POP, notamment les changements de poids corporel (ex: perte de poids, croissance) et l'allaitement. De plus, ces échantillons ne permettent pas d'évaluer l'exposition durant certaines périodes où les individus pourraient être plus susceptibles aux atteintes chimiques. Il était donc primordial de mettre sur pied une approche qui permette de détailler le profil d'exposition des individus afin d'évaluer les associations entre l'exposition durant certaines périodes critiques et la prévalence de certains problèmes de santé. Les objectifs de ce projet étaient donc i) de développer des modèles pharmacocinétiques à base physiologique (PBPK) permettant d'estimer l'exposition à différentes périodes de la vie et ii) d'appliquer ces modèles au sein d'études épidémiologiques afin d'évaluer les associations entre l'exposition durant certaines fenêtres de temps et certains indicateurs de santé et de développement. La modélisation PBPK consiste en une représentation mathématique des phénomènes d'absorption, de distribution, de métabolisme et d'excrétion régissant le déplacement d'un composé chimique dans l'organisme exposé. Deux modèles PBPK ont été développés dans le cadre de ce projet : un modèle décrivant la cinétique des POP chez les femmes et un modèle décrivant le transfert postnatal mère-enfant par l'allaitement. Le modèle PBPK de la femme permet de simuler la cinétique des POP en fonction des changements de poids, des grossesses et des allaitements. À partir d'une concentration sanguine au moment du diagnostic et d'informations récoltées dans les questionnaires épidémiologiques, le modèle PBPK génère des profils desquels il est possible d'extraire des concentrations à n' importe quel moment de la vie de la femme. Ce modèle a été utilisé afin de retracer des profils d'exposition aux PCB dans une étude cas-témoins sur le cancer du sein basée en France. Une analyse de corrélation a permis de quantifier la capacité d'une concentration sanguine au moment du diagnostic à représenter les concentrations simulées à différents moments de la vie. Cet exercice a permis de montrer que de tels échantillons sanguins perdent leur capacité à représenter l'exposition 1) plus la période d'intérêt est loin (ex: puberté) et 2) plus la durée d'allaitement totale est longue. Une limitation de ce modèle est que, puisque des données sanguines répétées n'étaient pas disponibles, sa validité n'a pu être établie. Le modèle PBPK décrivant le transfert mère-enfant de POP a quant à lui été validé avec des données provenant d'une cohorte d'enfants Inuits du nord du Québec. À l'aide du modèle PBPK, les profils d'exposition postnatale ont été tracés pour les enfants enrôlés dans l'étude. Leur concentration sanguine mesurée à environ six mois a ensuite été comparée aux valeurs simulées. Une analyse de corrélation de Spearman entre les niveaux simulés et mesurés a démontré que le modèle estimait adéquatement les niveaux de différents congénères de PCB (r = 0.87-0.89), de DDT/E (r = 0.90/0.77) et de HCB (r = 0.83). Suite à la validation du modèle, les profils générés pour le PCB-153 (le congénère de PCB prédominant dans les échantillons humain et fortement corrélé aux autres congénères) ont été utilisés pour évaluer l'association entre les niveaux sanguins simulés à chacun des mois postnataux et des indicateurs d'attention et d'activité spontanée chez les enfants de 11 mois. L'exposition prénatale, telle qu'indiquée par les niveaux dans le sang du cordon ombilical, était associée à une réduction de l'attention alors que l'exposition postnatale, particulièrement durant le 4e mois, était associée à une augmentation de l'activité spontanée. Cette nouvelle approche a donc permis d'évaluer la validité des méthodes traditionnelles d'évaluation de l'exposition et d'identifier une nouvelle fenêtre de susceptibilité aux atteintes neurotoxiques des PCB. Les modèles PBPK présentés dans cette thèse sont déjà en application dans plusieurs autres études épidémiologiques afin de vérifier la reproductibilité des associations observées et de générer de nouveaux résultats. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Modélisation pharmacocinétique à base physiologique (PBPK), polluants organiques persistants (POP), variabilité interindividuelle, exposition, cancer du sein, neurodéveloppement.

Des modifications physiologiques importantes interviennent au cours de la grossesse. Ces modifications ont un impact sur la pharmacocinétique et/ou la pharmacodynamique des traitements administrés. Chez la femme infectée par le virus du VIH, un traitement antirétroviral adéquat et efficace est indispensable pour la santé de la mère et pour assurer la prévention de la transmission du virus au nouveau-né. Pour un traitement optimal, en termes d’efficacité et de non-toxicité, la connaissance de l’effet de la grossesse sur les concentrations des antirétroviraux chez la mère ainsi que leur passage transplacentaire est primordiale. Dans cette thèse nous avons utilisé une méthodologie adaptée pour cette population : la modélisation non linéaire à effets mixtes. Des données de suivi thérapeutique pharmacologique, ainsi que les données d’un essai clinique multicentrique (TEmAA) ont été analysées grâce à deux logiciel : NONMEM et Monolix.Dans la première étude présentée, nous nous sommes intéressés à la pharmacocinétique dutenofovir chez la femme enceinte. Nous avons mis en évidence un effet relativement important de la grossesse, en effet une augmentation de 39% de la clairance est observée chezla femme enceinte et la femme parturiente. Une augmentation de la dose serait donc souhaitable chez ces femmes. Dans la deuxième étude, nous avons mis en évidence une légère augmentation de l’exposition à la lamivudine au cours de la grossesse, ne nécessitant pas d’adaptation de posologie. Dans la troisième étude, les concentrations de névirpaine chez la mère et son nouveau-né ont été analysées et le schéma d’administration a été évalué.Dans la dernière étude, à partir des concentrations de tenofovir et d’emtricitabine dans le lait maternel qui sont ici reportées pour la première fois chez l’homme, nous avons simulé les profils de concentrations obtenus chez le nourrisson. / Important physiological changes occur during pregnancy. These changes may affect the pharmacokinetics and/or pharmacodynamics of the administered medication. In HIV infected women, antiretroviral treatment adequacy and effectiveness is essential for the health of the mother and for the prevention of HIV transmission to the newborn. For optimal treatment interms of efficacy and tolerance, the effect of pregnancy on antiretroviral concentrations in themother and their transplacental passage have to be assessed.In this work we used the appropriate methodology in this population: non linear mixed effects modeling. Data from therapeutic drug monitoring, as well as data from a multicenter clinical trial (TEmAA) were analyzed using: NONMEM or Monolix. In the first study presented, we investigated the pharmacokinetics of tenofovir in pregnant women. We observed a relatively large effect of pregnancy, a 39% increase of the apparent clearance in pregnant and parturient woman. A dose increase should be therefore investigated in these women. In the second study, we demonstrated a slight increase in lamivudine exposure during pregnancy. This increase does not require dose adjustment. In the third study, the concentration of nevirapinein the mother and her newborn were analyzed and the administration scheme was evaluated.In the last study, based on concentrations of tenofovir and emtricitabine in breast milk that arereported here for the first time in humans, we simulated the concentration profiles obtained ininfants.

Les modifications physiopathologiques induites par l’obésité sont susceptibles de modifier la pharmacocinétique d’un grand nombre de médicaments. Toutes les étapes peuvent-être touchées : modification des compartiments de l’organisme, de la fonction rénale et de l’expression des protéines du métabolisme. L’intensité des variations induites reste difficile à anticiper en l’absence d’études spécifiques, ce qui pose également la question du choix du meilleur estimateur de poids dans l’expression du schéma posologique du médicament chez le sujet obèse. Nous avons évalué l’impact de différents descripteurs de poids sur les variabilités inter-individuelles de trois médicaments couramment utilisés en diabétologie, dans la douleur et en cancérologie. Une modélisation a été faite en pharmacocinétique de population (Monolix®) avec une évaluation des descripteurs de poids (poids de masse maigre, poids idéal, poids total, surface corporelle…). Pour la metformine (n=105 patients), molécule fortement hydrophile, CL/F et V/F augmentent avec le poids. Le poids de masse maigre est le meilleur descripteur de poids pour les deux paramètres et permet d’abaisser de manière importante la variabilité inter-individuelle. Dans le cas de la morphine (n=31), aucun descripteur n’est corrélé à CL/F ou V/F dans une population de sujets atteints d’obésité morbide. L’analyse de l’imatinib (n=54), de lipophilie plus importante, et de son métabolite actif montre que le poids idéal est la covariable la plus performante. Son impact n’explique cependant qu’une part minime de la variabilité de CL/F et ne remet pas en cause le principe d’une dose fixe. Les résultats confirment l’intérêt des méthodes de pharmacocinétique de population dans l’évaluation des covariables morphologiques, et indiquent qu’il n’existe pas de descripteur de poids universel. Ces résultats doivent nous encourager à évaluer systématiquement l’impact de l’obésité avec des modèles de population. Dans certains cas, des études de confirmation comparant différents schémas devraient-être mises en place. / Pharmacokinetic of drugs may be altered by pathophysiological changes associated with obesity: renal function, body compartments, expression of metabolism proteins. Real impact may be difficult to appreciate due to small number of specific studies. What is the best size-descriptor for optimal dosing in obesity remains a question of importance. Impact of different size descriptors was studied for three drugs currently used in diabetology, pain and oncology. Population pharmacokinetic modeling was done using Monolix® software to evaluate different covariates (LBW, TBW, BSA, …). CL/F and Vd/F of metformin, highly hydrophilic drug, increases positively with body weight (n=105). LBW was the best size-descriptor leading to substancial decrease in the between-subject variability BSV. No size-descriptors showed significant impact for morphine (n=31). Ideal body weight is the best size-descriptor for imatinib and its main metabolite (n=54), lipophilic drug. It explains only a small part of BSV and fixed dosing stays justified. Population PK analysis are the most formal assessment of morphological covariates and no single size descriptor can described all variabilities. Results must lead us to more systematic population PK analysis. Confirmation studies comparing different dosing regimens have to be done.

Mon projet de thèse repose sur l'idée de l'optimisation du rapport bénéfice /risque (fonction d'utilité) des doses de traitements ciblés en oncologie en intégrant la notion de l'efficacité dans les essais de phase précoce plus que la toxicité. Ceci est réalisé par le choix d'un schéma d'administration/dose optimal en se basant sur la modélisation pharmacocinétique-pharmacodynamique (PK-PD). L'application pratique de ce concept fait l'objet de mon projet de thèse, qui se présente par un essai multiparamétrique de phase 1, dont l'objectif principal est d'évaluer la tolérance de l'association de deux agents anticancéreux, évérolimus et sorafenib, à différentes doses et selon différents schémas d'administration, chez des patients ayant un cancer solide métastatique. Dans ce contexte, un modèle mathématique, multi-échelle de translation destiné à quantifier les relations entre différentes doses, pharmacocinétique, pharmacodynamie des effets radiologiques et cliniques est développé pour explorer les intéractions PK-PD ; ce qui permettra ensuite de choisir le protocole d'administration optimal de cette association. Ceci demande une bonne maîtrise de l'approche de population, une méthodologie basée sur un modèle d'effet mixte non linéaire en utilisant le logiciel (NONMEM 7), qui sert à ajuster les modèles aux données ainsi que les analyses pharmacocinétiques des données / The development of everolimus and sorafenib combination was stopped by drug companies, due to the high toxicity index and the lack of a clear benefit/toxicity ratio to guide dose recommendations for a phase II trial.We designed the first multi-parameter phase I study (EVESOR), based on mathematical modeling of data provided from an adequately designed trial. We aimed to identify optimal doses and dosing schedules for the everolimus ands orafenib combination and maximize the simulated benefit/toxicity ratioThere is strong rationale to combine everolimus and sorafenib in treatment of solid tumor patients. Indeed these drugs block 2 important interacting signaling pathways involved in tumor growth: PI3K-AKT-mTor and RAS-RAF-ERK pathways. The determination of the best drug doses and dosing schedules of this combination is a challenge.The combination has been assessed in several phase 1 trials. Preliminary outcomes suggest promising efficacy but potential limiting toxicities such as hand foot syndrome and biological disorders. In these trials, the impact of administration sequences of one drug with respect to other one has not been assessed. Daily monotherapy regimens of both drugs were used. However sorafenib dosing schedule may impact on everolimus tumor delivery and thus on toxicity & efficacy. It should be possible to determine the optimized doses and dosing schedules of both drugs, which are able to maximize the benefit/toxicity ratio using modeling and simulation studies. Adequate data from a phase 1 trial designed with this objective are requiredMathematical modeling may be a promising tool for establishing the links between doses, dosing schedules, pharmacokinetics, pharmacodynamics, pharmacogenomics, radiological and clinical effects and for simulating the benefit/toxicity ratio induced by different doses and dosing schedules of drug combinations

Le bon usage des antibiotiques en réanimation est un véritable défi. Le sepsis et l’épuration extra-rénale peuvent modifier le comportement des anti-infectieux exposant le patient au risque de sous ou de surdosage. Une meilleure compréhension des altérations liées au sepsis et aux défaillances d’organe permet d’adapter les posologies d’antibiotiques. L’augmentation des posologies d’antibiotiques est nécessaire à la phase initiale du sepsis en raison d’un volume de distribution augmenté. Les adaptations posologiques vont ensuite dépendre des propriétés physico-chimiques de l’anti-infectieux plus que du type d’épuration extra-rénale appliquée. La modélisation pharmacocinétique de population couplée à des simulations de Monte Carlo est une approche pharmaco-statistique élaborée permettant de définir pour une population spécifique les paramètres influençant la PK de l’antibiotique et de prendre en considération la variabilité inter-individuelle. Cette analyse permet également de tester différents schémas posologiques pour un antibiotique donné afin de déterminer la posologie optimale en fonction de différentes fonctions d’organe et selon la susceptibilité des germes traités. La prescription individualisée faisant appel à des logiciels de modélisation PK/PD pourrait permettre à l’avenir d’optimiser l’utilisation des antibiotiques tant en terme d’efficacité que de toxicité tout en limitant l’émergence de résistance. / Prescribing antibiotics in an appropriate way is a massive challenge for the intensivists. Sepsis and renal replacement therapy may alter antibiotics pharmacokinetics exposing critically ill patients to under or overdosing. A better understanding of sepsis and organ failure related alterations could help optimizing antibiotic drug dosing. Increased dosing regimens are often necessary at the early phase of sepsis due to increased volume of distribution. Dosing adjustment will then depend on the physicochemical properties of the anti-infective agent rather than renal replacement therapy modalities. A population pharmacokinetic analysis coupled to Monte Carlo simulations consists in a pharmaco-statistic approach aiming to identify covariates influencing antibiotics PK and to consider inter-individual variability. This analysis allows testing different dosing scenarios to determine the optimal dosing regimen according to different levels of organ dysfunction and according to pathogen susceptibility. Individual drug dosing optimisation, using PK/PD modelling software could improve antibiotic efficacy while limiting antibiotic-related toxicity and antimicrobial resistance.

L'émergence de la résistance des cellules tumorales, bactéries et parasites aux médicaments peut être prévenue par l'utilisation d'association médicamenteuse. L'objectif de ce travail est de décrire de manière formelle avec des modèles mathématiques, les phénomènes de résistance rencontrés en oncologie, infectiologie et parasitologie. Plusieurs modèles ont été développés à partir des données cliniques de patients atteints de cancer colorectaux, de patients infectés par le Plasmodium falciparum, ou à partir de données expérimentales obtenues à partir d'un système in vitro PK/PD. Les différents paramètres de ces modèles ont été estimés en utilisant une approche individuelle avec MATLAB® et/ou une approche de population avec NONMEM®. En oncologie, on montre que le « mixture » modèle développé est apte à décrire les cinétiques de 5FU et de son métabolite. Néanmoins ce modèle ne peut pas être utilisé en prospectif en utilisant l'approche Bayesienne, pour adapter les chimiothérapies à base de 5FU. En infectiologie un modèle PK/PD complet et unique a été développé pour décrire la dynamique des sous-populations bactériennes et l'émergence de la résistance. Le modèle permet de caractériser de manière réaliste l'interaction antibiotique-bactérie en comparaison à un modèle de référence. En parasitologie, un outil simple a été développé, en complément des méthodes génotypiques, pour identifier les infections polyclonales, support de la résistance. La flexibilité des modèles développés peut aider à concevoir des protocoles d'administration de médicaments optimisés et aider au choix des combinaisons thérapeutiques les plus efficaces pour freiner l'émergence de la résistance. / The emergence of drug-resistant, tumor cell, bacteria and parasite could be prevented with drug combination therapy. The aim of this work is to describe drug resistance with developed mathematical models, in oncology, infectiology and parasitology. Several models were developed based on clinical data from colorectal cancer patients, Plasmodium falciparum infected patients, or from experimental data provided by an in vitro PK/PD system. Model parameters were estimated using an individual approach with MATLAB® and/or a population approach with NONMEM®. In oncology, a "mixture"model was developed to describe 5FU and its metabolite kinetics. However this model couldn't be used in a prospective Bayesian approach for 5FU based chemotherapy. In infectiology, a complete and a unique PK/PD model was developed to characterize bacterial sub-population dynamics and resistance emergence. The model provides a more realistic description of the inter-relation between antibiotic effect and the targeted bacteria compared to a reference model. In parasitology a simple tool was developed, in addition to genotyping techniques, to detect polyclonal infection. Flexibility of the model developed could help to design drug optimized protocol or in the choice of the most effective combination therapy to slow down resistance emergence.