Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Il est important de connaître le métabolisme stéréosélectif du R,S-propranolol car le pouvoir b-bloquant de l'énantiomère S(-) est environ 100 fois plus puissant que celui de l'énantiomère R(+). La stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol semble dépendante de la voie d'administration. Ainsi, les surfaces sous la courbe des concentrations plasmatiques (SSCp) de l'énantiomère S(-) suivant l'administration orale et l'injection intraveineuse sont 1,48 et 1,17 fois supérieures à celles de l'énantiomère R(+). Deux hypothèses sont proposées dans le but de connaître les facteurs responsables des différences stéréosélectives dans le métabolisme des énantiomères du propranolol. La première hypothèse est basée sur la capacité des organes extrahépatiques à métaboliser les médicaments. Il a été démontré que les poumons, les reins et les cellules épithéliales de l'intestin contiennent des isoenzymes du cytochrome P-450. Suivant une administration orale, la contribution intestinale au premier passage du propranolol est de 43%, alors que son extraction systémique est de 23%. Nous postulons que le métabolisme préférentiel de l'énantiomère R(+) dans la paroi intestinale est, en grande partie, responsable de la stéréosélectivité suivant l'administration orale. La deuxième hypothèse repose sur le fait que la dose atteignant le foie influence la stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol. En effet, lorsque 0,1 mg/kg ou 5 mg de propranolol sont injectés par la voie intraveineuse, une quantité maximale de 2 à 3 mg atteint le foie. Par contre, lorsque 40 mg ou plus sont administrés par voie orale, le propranolol traverse les cellules épithéliales de l'intestin et, même en tenant compte de la capacité d'extraction de l'intestin, au moins 25 mg atteindront le foie. Afin de déterminer l'effet de la voie d'administration et de la dose sur la stéréosélectivité du métabolisme des énantiomères du propranolol, des lapins conscients ont reçu des doses variables de R,S-propranolol par voie orale (40, 80 et 120 mg/kg) et intraveineuse (0,5 et 10 mg/kg). Des expériences in vitro ont permis de déterminer la capacité des cellules épithéliales de l'intestin, du foie, des poumons et des reins à métaboliser le R,S-propranolol. L'incubation de chaque énantiomère individuellement a permis de déterminer si l'interaction entre les énantiomères ou la saturation du métabolisme d'un énantiomère pourrait influencer la stéréosélectivité du métabolisme. Suivant l'administration orale de 40 mg/kg et l'injection intraveineuse de 0,5 mg/kg, le métabolisme des énantiomères du propranolol n'est pas stéréosélectif. Les doses orales de 80 et 120 mg/kg génèrent une augmentation non-linéaire des SSCp des deux énantiomères et la SSCp du S(-)-propranolol augmente plus rapidement que celle du R(+)-propranolol, signifiant qu'une stéréosélectivité dans le métabolisme des énantiomères du propranolol apparaît lorsque la dose augmente. Suivant l'administration orale de 120 mg/kg, on observe des concentrations plasmatiques de S(-)-propranolol nettement supérieures à celles de son antipode (p < 0,05). L'injection intraveineuse de 10 mg/kg génère également une cinétique d'ordre zéro, mais dans ce cas, les SSCp du S(-)-propranolol sont inférieures à celles du R(+)-propranolol (p < 0,05). In vitro, seuls le foie et la muqueuse intestinale métabolisent le propranolol. Suivant l'incubation de 5,8 et 58 mM de R,S-propranolol dans les cellules épithéliales de l'intestin, les vitesses d'élimination du R(+)-propranolol sont plus rapides que celles du S(-)-propranolol. Aux concentrations de 5,8 mM dans les cellules hépatiques, un métabolisme rapide sans stéréosélectivité est observé. Par contre, suivant l'incubation de 58 mM de R,S-propranolol, une diminution des vitesses d'élimination des deux énantiomères du propranolol et l'apparition d'un métabolisme préférentiel de l'énantiomère R(+) sont notées. Ces résultats suggèrent que la stéréosélectivité de la cinétique des énantiomères du propranolol est dépendante de la dose dans les cellules hépatiques. Par rapport à ces derniers résultats, l'incubation de 2,9 et 29 mM de chaque énantiomère individuellement dans les cellules épithéliales de l'intestin montre que le métabolisme du S(-)-propranolol est saturé. À une concentration de 2,9 mM dans les cellules hépatiques, les vitesses d'élimination de chaque énantiomère sont le double par rapport au mélange racémique, ce qui signifie que les énantiomères d'un mélange racémique inhibent l'élimination de leur antipode. À une concentration de 29 mM, la saturation de l'élimination de l'énantiomère S(-) et l'apparition d'un métabolisme stéréosélectif sont observées. Nous concluons que l'intestin et le foie sont responsables du métabolisme stéréosélectif des énantiomères du propranolol. La stéréosélectivité dose-dépendante dans les cellules hépatiques est principalement responsable de l'élimination préférentielle du R(+)-propranolol observée in vivo chez le lapin. Finalement, ces résultats démontrent que la stéréosélectivité ne dépend pas d'une différence de clairance intrinsèque pour les deux énantiomères, mais de la saturation du métabolisme du S(-)-propranolol.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Le glyburide est un hypoglycémiant oral utilisé dans le traitement du diabète de type II. La pharmacocinétique de cette molécule est connue comme étant très variable, et le profil de dissolution capricieux est en partie responsable de ce phénomène. Les conséquences sur la pharmacodynamie sont inconnues. D'un autre côté, les études de bioéquivalence sont souvent compliquées par la nécessité d'administrer du glucose pour prévenir les effets secondaires reliés à l'hypoglycémie. Dans cette étude, l'effet d'une perfusion continue de glucose I.V. sur la pharmacocinétique du glyburide a été évaluée. Sept volontaires sains (5 hommes, 2 femmes) ayant un âge moyen de 37 +/- 6 ans ont participé au projet après avoir donné leur libre consentement. Cette étude en chassé-croisé comprenait deux périodes, dont l'ordre d'apparition était assigné de façon aléatoire: une période traitement (glyburide, 5 mg, p.o.) et une période contrôle. Pendant les deux périodes, les volontaires recevaient une perfusion de glucose durant 6 heures ainsi qu'une charge orale de glucose (75 g) une heure après l'administration du médicament à l'étude. Des échantillons sanguins furent collectés à intervalles fréquents et réguliers jusqu'à 24 heures après le début du test. Pour chaque échantillon sanguin recueilli, la mesure des concentrations plasmatiques suivantes était effectuée: glyburide (mesurée par HPLC avec détection en fluorescence), insuline et peptide C (méthode radioimmunologique disponible commercialement) et glucose (méthode automatisée de glucose oxydase). Les surfaces sous la courbe de ces concentrations en fonction du temps furent ensuite mesurées de 0 à 4 heures. Pour chaque paramètre, l'effet net fut calculé en soustrayant la surface sous la courbe obtenue durant la période contrôle de la surface sous la courbe obtenue durant la période traitement et divisée par la surface sous la courbe de la période traitement (AUG glyb - AUG contrôle / AUG glyb). Les paramètres suivants ont été dérivés par analyse pharmacocinétique non compartimentate (moyenne ± SEM): Ti/2: 2.6 ± 0.2 h; Tmax = 3.9 ± 0.7 h; do = 0.24 ± 0.02 Uh.kg; AUCo-4 = 119 ±40 ng.h/mL. Durant la période traitement, une bonne corrélation (r = 0.892, p = 0.007) fut observée entre l'effet hypoglycémiant (AAUCgiucose) et la surface sous la courbe du glyburide. En conclusion, durant l'administration d'une perfusion continue de glucose I.V., nous avons démontré une corrélation significative entre l'effet du glyburide et sa concentration plasmatique chez des volontaires

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 juin 2023) / Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les glucides sont présents dans toutes les sphères de la biologie, mais sous représentés lorsqu'il est question de médicaments. Le développement de médicaments à base de glucides fût freiné initialement par leur complexité et la difficulté de la synthèse organique appliquée aux glucides. Cependant, le travail colossal de mes prédécesseurs a permis de pallier ce problème et les techniques de synthèse sont maintenant à la hauteur des molécules que nous voulons générer. Les désoxyfluoroglucides sont une classe de molécules qui a réussi à se démarquer dans le développement de médicaments à base de saccharide, réglant plusieurs de leurs problèmes. Les propriétés pharmaco-cinétiques améliorées attribuées à ces molécules par l'atome de fluor en font également un outil de choix dans l'exploration des processus biologiques. Afin d'avoir une vue d'ensemble de l'influence de la désoxyfluoration d'un glucide, la synthèse de tous les analogues mono-, di- et trifluorés du glucose en position C2, C3, C4, C6 a été réalisée. La lipophilie des analogues de glucoses fluorés a été déterminée expérimentalement et comparée avec la valeur calculée par des outils de calculs de lipophilie en ligne. Puisque les valeurs expérimentales différaient des valeurs calculées, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) a été utilisée afin de développer un outil de calcul de la lipophilie. L'utilisation de l'énergie de désolvatation d'un glucide de la phase organique et aqueuse vers une phase gazeuse a permis de résoudre le problème des calculateurs en ligne pour les fluoroglucides. De plus, l'exploration de la chimie du lévoglucosan a permis l'élaboration d'une nouvelle voie synthétique pour un intermédiaire clé dans la synthèse d'inhibiteurs de galectines, le 3-azido-3-désoxy-α/β-ᴅ-galactopyranose. La synthèse utilisant une cascade réactionnelle en trois étapes (époxydation, réarrangement de Payne, azoturation) a permis de simplifier et de raccourcir la synthèse de deux inhibiteurs de galectine-3 prometteurs pour le traitement de maladies pulmonaires. Par le fait même, cette voie de synthèse permet d'obtenir rapidement un point de départ pour une grande partie des inhibiteurs de galectines. L'application des connaissances obtenus lors de l'études des fluoroglucides sur la nouvelle voie de synthèse de l'intermédiaire clé d'inhibiteurs de galectine a permis le développement de nouveaux motifs homo- et hétérodimérique de thiodigalactosides fluorés. Ces structures pourront être utilisées pour le développement de nouveaux inhibiteurs de galectines avec des propriétés pharmaco-cinétiques optimisées. / Carbohydrates are present in every part of biology but underrepresented when it comes to drugs. The development of carbohydrate-based drugs was initially halted by the complexity and difficulty of organic synthesis associated to carbohydrates. However, the colossal work of my predecessors solved this problem. The synthetic techniques now allow the preparation of the molecules we want to generate. Deoxyfluorinated carbohydrates are a class of molecules which have stand out in the development of carbohydrate-based drugs by solving numerous problems. The improved pharmacokinetics properties attributed to the fluorination of these scaffolds make it a tool of choice in the exploration of biological processes as well. In order to get an overview of the influence of the deoxyfluorination on carbohydrates, the synthesis of all mono-, di-, and trifluorinated glucose analogues at C2, C3, C4, and C6 has been done. The lipophilicity of fluorinated glucose analogues has been experimentally determined and compared to the calculated value obtained by online lipophilicity calculation tools. Since experimental and calculated values differed, DFT was used to develop a lipophilicity calculation tool. Solvation free energy of carbohydrate from the organic and aqueous phase to a gaseous phase were calculated and allowed to solve the problem of online calculators for fluorinated carbohydrates. Furthermore, the exploration of the levoglucosan chemistry led to the elaboration of a new synthetic pathway for a key intermediate in the synthesis of galectin inhibitors, the 3-azido-3-deoxy-α/β-ᴅ-galactopyranose. The synthesis using a three-step reaction cascade (epoxidation, Payne rearrangement, azidation) simplified and shortened the synthesis of two promising galectin-3 inhibitors for the treatment of idiopathic pulmonary fibrosis. Therefore, this synthetic pathway allows to quickly obtain a starting point for a considerable number of galectin inhibitors. The application of the knowledge obtained during the studies of fluorinated carbohydrates on the new synthetic pathway of the key intermediate of galectin inhibitors allows the development of new motifs of homo- and heterodimers of fluorinated thiodigalactosides. Theses scaffolds could be used in the development of new galectin inhibitors with optimized pharmacokinetics properties.

Dans le milieu clinique des soins intensifs, l’induction du coma médicamenteux (i.e. iatrogénique) par les sédatifs et les analgésiques est souvent associée à une augmentation significative du délirium. De plus, l’utilisation de sédatifs et d’analgésiques comme le fentanyl et le midazolam sans interruption et sans ajustement aux besoins du patient augmentent la durée de séjour, les coûts et la mortalité. Le but de cette étude était d’explorer les facteurs de variabilité pouvant influencer la survenue du coma iatrogénique et du délirium tel que : les facteurs génétiques/sociodémographiques et la co-administration de médicaments substrats ou inhibiteurs de CYP3A4/3A5 ou de la glycoproteine P. L’étude prospective à visée observationnelle a été effectuée à l’unité de soins intensifs de l’hôpital Maisonneuve-Rosemont avec 53 patients perfusés avec fentanyl ou midazolam. La faisabilité du modèle pharmacocinétique du fentanyl a été mise en évidence à partir des échantillons sanguins des patients et était compatible avec les données cliniques. Cette étude montre donc que contrairement au profil génomique de CYP3A5 (p value = 0,521) et MDR1 (p value = 0,828), les effets des interactions médicamenteuses entre les inhibiteurs CYP3A4/CYP3A5 et fentanyl/midazolam représentent un facteur de risque pour le coma iatrogénique (p value = 0,014). Ces effets peuvent être facilement identifiés et sont prévisibles; résultats qui seront utiles aux praticiens – intensivistes dans le choix d’une thérapie pharmacologique appropriée pour prévenir les complications morbides comme le coma iatrogénique et le délirium. / When sedatives such as midazolam or opiate analgesics such as fentanyl administered to critically ill patients and medication-induced coma occurs, increased delirium is observed. In addition, there is an increase in the length of stay in ICU, in costs and mortality. The purpose of this study was to explore the factors of variability affecting the incidence of iatrogenic coma and delirium: genetics/socio demographics factors, co-administration of substrates/inhibitors of CYP3A4/3A5 or P-gp. We performed a prospective cohort observational study of 53 hospitalized patients treated with fentanyl or/and midazolam in the intensive care unit of the Maisonneuve-Rosemont hospital The feasibility of pharmacokinetics modeling using blood samples from critically ill patients was demonstrated and was compatible with clinical data. This study suggests that contrary to genomic variants in the CYP3A5 (p value = 0,521) and MDR1 (p value = 0,828) genes, the effect of drugs and drugs interactions between inhibitors of CYP3A4/3A5 and fentanyl/ midazolam constitutes the main risk factor for iatrogenic coma (p value - 0,014). These effects are easily identifiable and predictable, and are very important for intensive care workers to make the appropriate choice of medication in order to prevent morbid complications such as iatrogenic coma and delirium.

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

L'augmentation des résistances aux antibiotiques ces dernières années et le faible nombre de nouveaux antibiotiques récemment approuvés ont suscité un intérêt considérable pour les associations médicamenteuses. Parmi celles-ci, les associations β-lactamine-inhibiteur de β-lactamases, comme l’aztréonam-avibactam (ATM-AVI), visent à surmonter la résistance due à la production de β-lactamases, l'un des principaux mécanismes de résistance chez les bactéries à Gram négatif. Cependant, les interactions PD entre molécules associées peuvent être complexes. Afin de mieux comprendre la PK/PD de l’ATM-AVI, deux problématiques ont été abordées dans cette thèse :i. La PK de l’ATM-AVI au site infectieux. Une étude de microdialyse réalisée chez le rat avec ou sans péritonite a montré que la distribution de l’ATM-AVI dans le liquide péritonéal était rapide et que les concentrations au site infectieux pourraient être prédites à partir des concentrations sanguines.ii. L’interaction PD entre ATM et AVI. Des études de checkerboard analysées avec un modèle Emax ont permis de caractériser l’effet de l’AVI sur la CMI de l’ATM en termes d’efficacité et de puissance en présence de souches multi-résistantes. Pour compléter ces résultats, un modèle PK/PD a été développé à partir de données in vitro afin d’évaluer l’évolution de l’effet combiné de l’ATM-AVI au cours du temps et d’étudier la contribution individuelle de chacun des effets de l’AVI à l’activité combinée. Selon les résultats de cette modélisation, l’activité bactéricide de l’association serait principalement expliquée par l’effet potentialisateur de l’AVI et ce malgré sa capacité à prévenir la dégradation de l’ATM de manière efficace. / The rapid increase in antibiotic resistance during the last decades and the few numbers of recently approved new antibiotics lead to a significant interest to drug combinations. Among these combinations, the β-lactam-β-lactamase inhibitor combination, such as aztreonam-avibactam (ATM-AVI), is one strategy that aims to overcome the resistance due to β-lactamases production, one of the most relevant mechanisms of resistance in Gram-negative bacteria. However, drug interactions can be complex. To better understand the PK/PD of ATM-AVI, two issues have been addressed in this thesis: i. ATM-AVI PK at the infection site. A microdialysis study performed in rats with or without peritonitis showed that ATM and AVI distribution in intraperitoneal fluid was rapid and that concentrations at the target site could be predicted from blood concentrations.ii. PD interaction between ATM and AVI. Checkerboard experiments analyzed with an Emax model have been used to characterize AVI effect on ATM MIC in terms of efficacy and potency in the presence of various multi-drug resistant strains. A PK/PD model was developed based on in vitro data to describe the time-course of ATM-AVI combined effect and to investigate the individual contribution of each of the AVI effects to the combined activity. According to the modeling results, the combined bactericidal activity was mainly explained by AVI enhancing effect, even though AVI demonstrated high efficiency to prevent ATM hydrolysis.

Dans le milieu clinique des soins intensifs, l’induction du coma médicamenteux (i.e. iatrogénique) par les sédatifs et les analgésiques est souvent associée à une augmentation significative du délirium. De plus, l’utilisation de sédatifs et d’analgésiques comme le fentanyl et le midazolam sans interruption et sans ajustement aux besoins du patient augmentent la durée de séjour, les coûts et la mortalité. Le but de cette étude était d’explorer les facteurs de variabilité pouvant influencer la survenue du coma iatrogénique et du délirium tel que : les facteurs génétiques/sociodémographiques et la co-administration de médicaments substrats ou inhibiteurs de CYP3A4/3A5 ou de la glycoproteine P. L’étude prospective à visée observationnelle a été effectuée à l’unité de soins intensifs de l’hôpital Maisonneuve-Rosemont avec 53 patients perfusés avec fentanyl ou midazolam. La faisabilité du modèle pharmacocinétique du fentanyl a été mise en évidence à partir des échantillons sanguins des patients et était compatible avec les données cliniques. Cette étude montre donc que contrairement au profil génomique de CYP3A5 (p value = 0,521) et MDR1 (p value = 0,828), les effets des interactions médicamenteuses entre les inhibiteurs CYP3A4/CYP3A5 et fentanyl/midazolam représentent un facteur de risque pour le coma iatrogénique (p value = 0,014). Ces effets peuvent être facilement identifiés et sont prévisibles; résultats qui seront utiles aux praticiens – intensivistes dans le choix d’une thérapie pharmacologique appropriée pour prévenir les complications morbides comme le coma iatrogénique et le délirium. / When sedatives such as midazolam or opiate analgesics such as fentanyl administered to critically ill patients and medication-induced coma occurs, increased delirium is observed. In addition, there is an increase in the length of stay in ICU, in costs and mortality. The purpose of this study was to explore the factors of variability affecting the incidence of iatrogenic coma and delirium: genetics/socio demographics factors, co-administration of substrates/inhibitors of CYP3A4/3A5 or P-gp. We performed a prospective cohort observational study of 53 hospitalized patients treated with fentanyl or/and midazolam in the intensive care unit of the Maisonneuve-Rosemont hospital The feasibility of pharmacokinetics modeling using blood samples from critically ill patients was demonstrated and was compatible with clinical data. This study suggests that contrary to genomic variants in the CYP3A5 (p value = 0,521) and MDR1 (p value = 0,828) genes, the effect of drugs and drugs interactions between inhibitors of CYP3A4/3A5 and fentanyl/ midazolam constitutes the main risk factor for iatrogenic coma (p value - 0,014). These effects are easily identifiable and predictable, and are very important for intensive care workers to make the appropriate choice of medication in order to prevent morbid complications such as iatrogenic coma and delirium.

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.

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.