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.

En transplantation d'organes solides ou en greffe de moelle osseuse, la ciclosporine et letacrolimus ont prouvé leur efficacité. Ils sont cependant de maniement délicat du fait d'unintervalle thérapeutique étroit et d'une grande variabilité pharmacocinétique inter et intraindividuelle.Un suivi thérapeutique et une adaptation des posologies de ces médicaments sontnécessaires pour diminuer le risque de rejet et limiter leur toxicité.Un modèle PBPK est construit à partir de considérations anatomiques, physiologiques etbiochimiques. Il permet d'apporter des informations sur les cinétiques tissulaires et sur lesrépercussions des altérations physiologiques ou pathologiques.Les modalités optimales d'administration de la ciclosporine en greffe de moelle osseusepédiatrique, ainsi que les zones thérapeutiques à atteindre, font l'objet de débats. Un modèlePBPK-PD pour la ciclosporine construit à partir de données chez le rat puis extrapolé etvalidé chez l'homme a permis d'estimer l'exposition à la ciclosporine dans les organes ciblesde la GVH, de comparer les modalités d'administration en perfusion intraveineuse, et dedéfinir des concentrations cibles en fonction des indications. L'adaptation posologique du tacrolimus en transplantation hépatique par la méthodeBayésienne reste relativement imprécise dans la période initiale après la greffe, parce que lesfacteurs de variabilité sont imparfaitement connus. Un modèle PBPK a été construit et évaluéafin de rechercher les covariables pertinentes par une approche bottom-up : la fonctionhépatique, l'hématocrite, le génotype du cytochrome P450 3A5 du donneur, la fraction libre etcertaines comédications ont été retrouvées. / In solid organ or bone marrow transplantation, cyclosporine and tacrolimus have proven theireffectiveness. However, their handling remains difficult because of a narrow therapeuticwindow and high inter- and intra-individual pharmacokinetic variabilities. Therapeutic drugmonitoring and dose adjustments of these drugs are necessary to reduce the risk of rejectionand minimize their toxicity.A PBPK model is built from anatomical, physiological and biochemical data. It can provideinformation on the kinetics in tissues and on the effects of physiological or pathologicalalterations.How to best administer cyclosporine in pediatric bone marrow transplantation, as well astherapeutic ranges to achieve, are discussed. A PBPK-PD model for cyclosporin built fromdata in the rat and then extrapolated and validated in humans was used to estimate exposure tocyclosporine in the target organs of GVHD, to compare schedules of administration byintravenous infusion, and to define target blood concentration based on therapeuticindications.Dose adjustment of tacrolimus in liver transplant patients by the Bayesian method is relativelyinaccurate in the initial period after transplantation because factors of variability areincompletly understood. A PBPK model was constructed and evaluated in order to findrelevant covariates by a bottom-up approach. Liver function, hematocrit, cytochrome P4503A5 genotype of the donor, the unbound fraction and some comedications were found. Newdosing regimen recommendations have been developed from this model.

Le traitement par BRAF-inhibiteur (BRAFi) et MEK-inhibiteur (MEKi) en association a permis d’améliorer significativement la survie des patients atteints de mélanome métastatique muté BRAFV600. Cette mutation est présente chez 50 % des patients. Les BRAFi et MEKi sont des inhibiteurs de protéines kinase, dont le métabolisme fait intervenir le CYP 3A4, à l’origine de grandes variabilités des concentrations plasmatiques inter-patients pour une même dose administrée. La moitié des patients répondent au traitement, et 90% des patients présentent des effets indésirables, nécessitant une diminution de la posologie dans 33% des cas. Dans ce contexte, nous avons décrit les effets indésirables de chacun des BRAFi et MEKi et, pour ceux qui sont dose-dépendants, nous avons cherché à établir un lien entre concentration plasmatique et survenue d’effet indésirable. Grace à la mise au point d’une méthode analytique en chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse, nous avons mesuré prospectivement les concentrations plasmatiques des BRAFi et MEKi chez les patients bordelais. Ces données permis de définir un seuil de toxicité de 48 ng/ml pour le dabrafenib. La définition de ce seuil constitue une étape essentielle à la conduite d’une étude randomisée visant à évaluer l’intérêt du suivi thérapeutique pharmacologique. / The combination of BRAF-inhibitors (BRAFi) and MEK-inhibitors (MEKi) has significantly improved the survival of patients with metastatic melanoma with BRAFV600 mutation. About 50% of patients harbour BRAFV600 mutation. BRAFi and MEKi are kinase inhibitors, metabolized by CYP 3A4, responsible for large between-patients variability in plasma concentrations for the same administered dose. About half of patients respond to treatment, and 90% of patients present adverse drug reactions (ADR), requiring dose reduction in 33% of cases. In this context, we described ADR profiles of each of the BRAFi and MEKi in the global pharmacovigilance database, and for ADR that are dose-dependent; we looked for the link between plasma exposure to the drug and the occurrence of ADR. Using the assay method developed, we prospectively measured the plasma concentrations of BRAFi and MEKi in Bordeaux patients, which allowed us to define a toxicity threshold of 48 ng / ml for dabrafenib. This work allowed to deepen the knowledge on the profiles and the occurrence of the ADR for each BRAFi and MEKi. The definition of a toxicity threshold for dabrafenib is a prerequisite for a randomized study to evaluate the value of therapeutic drug monitoring.

La variabilité pharmacocinétique liée à une élimination des médicaments par glucuronoconjugaison a été peu étudiée. Nous avons donc choisi d’étudier les caractéristiques pharmacocinétiques de deux médicaments glucuronoconjugués, l’acide mycophénolique (MPA, prodrogue, mycophénolate mofétil ou MMF) et le raltégravir, dans certaines situations cliniques spécifiques. Deux études cliniques ont été réalisées avec le MMF. En transplantation hépatique pédiatrique, des AUC0-12 de MPA supérieures à 30 mg.h/L ont été obtenues chez tous les enfants avec une dose de 600 mg/m² de MMF administrée par voie orale deux fois par jour. L’estimation de l’AUC0-12 par méthode non compartimentale étant particulièrement contraignante en pédiatrie, nous avons développé une stratégie de prélèvements limités permettant une estimation à partir de seulement trois prélèvements. Chez des patients adultes transplantés rénaux, nos travaux ont permis de caractériser le polymorphisme génétique des transporteurs ABCC2 et ABCB1 et l’albuminémie comme étant des facteurs de variabilité inter et intra-individuelle de la pharmacocinétique du MPA. Les concentrations intracellulaires moyennes de MPA dans les cellules mononuclées du sang périphérique étaient élevées et largement supérieures à la concentration de MPA inhibant 50% de l’activité de l’IMPDH. Nos premiers résultats concernant le raltégravir montrent que ses paramètres pharmacocinétiques sont caractérisés par une variabilité inter-individuelle importante chez des patients infectés par le VIH. Nous avons établi que le raltégravir ne se fixe pas du tout sur l’alpha-1-glycoprotéine acide mais se fixe à 60% sur l’albumine, cette fixation étant dépendante du pH plasmatique. Cependant, cette forte liaison du raltégravir à l’albumine n’empêche pas une bonne diffusion du médicament dans le compartiment séminal. En conclusion, les études de pharmacocinétique clinique que nous avons menées montrent que la variabilité de la pharmacocinétique de ces deux médicaments glucuronoconjugués est aussi importante que pour des médicaments métabolisés par le cytochrome P450 3A4. L’identification des facteurs de variabilité de ces médicaments contribue à l’optimisation des traitements. / Pharmacokinetic variability was poorly studied for drugs eliminated by glucuronidation. We therefore chose to study the pharmacokinetic parameters of two glucuronidated drugs, mycophenolic acid (MPA, prodrug, mycophenolate mofetil or MMF) and raltegravir, in specific clinical situations. Two clinical studies were conducted with MMF. In pediatric liver transplantation, MPA AUC0-12 above the target AUC of 30 mg.h/L were obtained in all children with a MMF dosing regimen of 600 mg/m² administered orally twice a day. As extensive AUC monitoring is laborious, especially in children, we developed a limited sampling strategy to calculate MPA AUC0-12 with only three samples. In adult renal transplantation, our work allowed us to characterize genetic polymorphism of ABCC2 and ABCB1 genes and serum albumin as factors of inter and intraindividual variability in MPA pharmacokinetics. We demonstrated that MPA concentrations in peripheral blood mononuclear cells were high and well above the concentration of MPA responsible for a 50%-inhibition of the activity of IMPDH. Our first results show that the raltegravir pharmacokinetics is characterized by a wide interindividual variability in HIV-infected patients. Raltegravir does not bind to alpha-1-acid glycoprotein but binds to 60% to albumin and this binding is pH-dependent. Despite this high protein binding, a good penetration into the seminal compartment was evidenced. In conclusion, these clinical pharmacokinetic studies demonstrated that the variability in the pharmacokinetics of these glucuronidated drugs is as important as the one exhibited by drugs metabolized by cytochrome P450 3A4. Identifying factors of variability of these glucuronidated drugs contributes to optimizing patient care.

Dans la pratique courante, la posologie des anticancéreux est le plus souvent normalisée parrapport à la surface corporelle du patient (parfois son poids). Cependant, cette adaptation de dose neprend pas en compte la variabilité interindividuelle pharmacologique du médicament. Les facteursmodulant cette dernière sont nombreux, dont notamment les capacités individuelles de métabolisme etd’élimination. A dose égale, l’exposition systémique du patient peut donc varier, et entraîner un risquede surdosage pour certains patients, avec la survenue de toxicités, ou de sous-dosage pour d’autres,associée à une limitation de l’efficacité thérapeutique. Des alternatives à l’utilisation de la surfacecorporelle ont donc été proposées afin de prendre en compte de façon plus importante la variabilitéinterindividuelle des patients, tel que le suivi thérapeutique pharmacologique ou lapharmacogénétique. Les polymorphismes des gènes codants pour des enzymes impliquées dans lemétabolisme ou le transport des cytotoxiques peuvent modifier leur activité et donc influer sur lapharmacocinétique d’un médicament donné. Le développement des connaissances dans ces domainespourrait permettre la mise en place, de façon progressive, de nouvelles méthodes d’ajustement de laposologie.Ce projet de thèse porte sur l’individualisation de la posologie des anticancéreux ens’intéressant aussi bien aux chimiothérapies cytotoxiques, avec pour modèle l’irinotecan, qu’auxthérapies ciblées, en distinguant dans cette même classe les inhibiteurs de tyrosine kinase et lesanticorps monoclonaux (modèle du bévacizumab). Afin d’optimiser l’index thérapeutique de cestraitements, l’adaptation de la posologie a été abordée selon le profil pharmacogénétique maiségalement selon le profil pharmacocinétique.Une étude clinique a été mise en place afin d’évaluer, en terme de toxicité et d’efficacité,l’intérêt d’une adaptation de posologie de l’irinotécan dans le cadre d’une polychimiothérapie dans letraitement du cancer colorectal (FOLFIRI +/- bévacizumab ou cétuximab), en se basant sur unpolymorphisme génétique de l’UGT1A1, enzyme impliquée dans son métabolisme. Les résultats del’étude intermédiaire de cet essai de phase II, mené chez 16 patients, sont en faveur de la poursuite del’étude avec 12,5% de toxicités hématologiques de grade 4 et un taux de réponse objective de 58,3 %.L’objectif secondaire a été l’étude de la pharmacocinétique de l’irinotécan et de ses métabolites lorsd’une des cures de chimiothérapie. Ces dosages ont été réalisés par chromatographie liquide couplée àla spectrométrie de masse. Cette technique, largement utilisée pour la quantification plasmatique desmédicaments, a été développée et validée selon les normes en vigueur. Le dosage du bévacizumab, unanticorps monoclonal associé au FOLFIRI dans le traitement du cancer colorectal, a lui aussi étédéveloppé par cette technique et a fait l’objet d’un travail de mise au point avec l’identification despeptides spécifiques, ainsi que l’optimisation des étapes de prétraitement de l’échantillon et de latechnique analytique.En parallèle, la mise en place du dosage des inhibiteurs de tyrosine kinase par spectrométrie demasse, ainsi que sa validation, ont fait partie de ce travail de thèse, et autorisent son utilisation enroutine hospitalière dans le cadre du suivi thérapeutique pharmacologique.Mots-clés : suivi thérapeutique pharmacologique, pharmacogénétique, irinotécan, chromatographie / Usually, the dosage of anticancer is normalized with used to the patient's body surface area(sometimes its weight). However, this adaptation does not take into account the interindividualpharmacological variability in the pharmacokinetics of the drug. Factors modulating thispharmacokinetics are numerous, including interindividual capacities of metabolism and elimination.At the same dosage, the systemic exposure of the patient can thus be changed, and cause a risk ofoverdosing for some patients, with the development of toxicities, or under dosing for others, withlimiting the therapeutic efficacy. Alternatives to the use of the body surface area have been proposedin order to more take account of inter-individual variability of patients, such as therapeutic drugmonitoring or pharmacogenetics. Genetic polymorphisms of enzymes involved in the metabolism ortransport of a cytotoxic, can change and modify their activity, and impact on drug’s metabolism. Thedevelopment of knowledge in these areas could allow the establishment of new methods to dosage’sadjustment.This PhD project focuses on individualizing dosage of anticancer focusing in both cytotoxicchemotherapies with the model of irinotecan, as targeted therapies, distinguishing in this same classtyrosine kinase inhibitors and monoclonal antibodies (bevacizumab model). To optimize thetherapeutic index of these therapies, the dose adjustment was according to pharmacogenetics profile,but also according to the pharmacokinetics profile.A clinical study was developed to studying, in terms of toxicity and efficacy, the interest ofadapting dosage of irinotecan in combination of chemotherapy to traitement of metastatic colorectalcancer (FOLFIRI +/- bevacizumab or cetuximab), based on a genetic polymorphism of UGT1A1, anenzyme involved in its metabolism. Results of the interim study of this phase II trial, conducted in 16patients, are in favor of study continuation with 12.5% grade 4 hematological toxicities, and objectiveresponse rate of 58.3%. The secondary objective was to study the pharmacokinetics of irinotecan andits metabolites during one cycle. These assays were performed by liquid chromatography-massspectrometry. This technique, widely used for quantification of drug in plasma was developed andvalidated according to standards. The dosage of bevacizumab, a monoclonal antibody used tocolorectal cancer treatment (associated to FOLFIRI) was also developed by this technique, withspecific peptide identification, and optimization of sample preparation and analytical technique.In parallel, the implementation of the determination of tyrosine kinase inhibitors by massspectrometry and its validation were part of this PhD project, and allow its use in hospital routine intherapeutic drug monitoring.

Durant la dernière décennie, les inhibiteurs de tyrosine kinases (ITK) ont radicalement changé l’évolution de certains cancers comme la leucémie myéloïde chronique (LMC) ou les tumeurs stromales gastro-intestinales (GIST). Ils sont aujourd’hui largement utilisés dans le traitement de diverses pathologies malignes, permettant un allongement de la survie globale. Cependant, certains patients ne montrent pas d’amélioration au cours du traitement par ITK. Les mécanismes évoqués sont multifactoriels et possèdent une origine pharmacocinétique, pharmacodynamique ou pharmacogénétique. En effet, l’une des causes majeures de variabilité commune à tous ces ITK réside dans un métabolisme impliquant le cytochrome 3A4, dont l’expression est soumise à de nombreux facteurs. L’objectif de cette thèse a été d’approfondir ces mécanismes et d’évaluer certaines stratégies afin d’augmenter l’efficacité de ces médicaments. Ce travail a consisté en premier lieu à développer une méthode chromatographique sensible et rapide permettant le dosage de neufs ITK commercialisés ou en phase avancée de développement. Cet outil, à la base du suivi thérapeutique pharmacologique, a été utilisé dans le cadre de la LMC pour mesurer les concentrations plasmatiques d’imatinib de plus de 3000 patients. Les informations cliniques de ces patients ont été saisies dans une base de données servant de support à l’évaluation de la réponse en fonction de la concentration. Nous avons ainsi confirmé que les patients présentant des concentrations supérieures au seuil d’efficacité de 1000 ng/mL avaient une plus grande probabilité de réponse. Dans la continuité de ce projet, nous avons évalué la relation concentration-efficacité de l’imatinib dans les GIST et trouvé un seuil d’efficacité voisin de 800 ng/mL. Tous les facteurs de variabilités ne sont cependant pas maitrisables avec un dosage plasmatique. La littérature rapporte en effet que certains ITK sont des substrats de transporteurs cellulaires potentiellement impliqués dans la résistance au traitement. Nous avons donc entrepris de doser ces ITK à l’intérieur même des cellules, d’abord in vitro afin d’évaluer ces mécanismes de transport, puis in vivo dans les cellules de patients traités par ces ITK. Un lien a ainsi été montré entre la capacité d’incorporation des molécules et la réponse au traitement. Enfin, le versant pharmacogénétique de l’un de ces transporteurs (MDR1) a été étudié, indiquant une relation entre certains haplotypes ou polymorphismes et la concentration plasmatique d’une part et la réponse à l’imatinib d’autre part. En conclusion, ces différentes stratégies basées sur le dosage plasmatique ou intracellulaire et sur la pharmacogénétique semblent apporter des éléments permettant l’amélioration de la réponse au ITK ou la détection précoce de mauvaise réponse. / During the last decade, tyrosine kinases inhibitors (TKI) have dramatically changed the prognosis of several cancers such as chronic myeloid leukaemia (CML) or gastro-intestinal stromal tumours (GIST). They are widely used in the treatment of various malignant pathologies, leading to a prolonged overall survival. However, some patients do not show improvement when treated with TKI. The supposed mechanisms are multifactorial and could have an origin in pharmacokinetics, pharmacodynamics or pharmacogenomics. Indeed, one of the major reasons of common variability of these TKI involves their metabolism by cytochrome 3A4, whose expression is subjected to many factors. The aim of this thesis was to deepen these mechanisms and to assess some strategies to increase the efficacy of these drugs. This work consisted first in developing a rapid and sensitive chromatographic method allowing determination of nine commercialised (or in advanced clinical development) TKI. Serving as a basis for therapeutic drug monitoring, this was used as part of CML management to measure imatinib plasmatic concentration of more than 3000 patients. The clinical information of these patients was recorded in a database and used as support for the evaluation of the response according to concentration. Thus, we confirmed that patients having concentration higher than the effectiveness threshold of 1000 ng/mL got higher probability of response. In the same way, we assessed relationship between imatinib concentration and efficacy in GIST and found an effectiveness threshold closed to 800 ng/mL. However, several factors of variability remain unmanageable with only plasmatic determination. Indeed, literature reported that some TKI were substrates of cellular transporters, potentially involved in the resistance to treatment. We therefore decided to determine concentration of these TKI into the cells, first in vitro to assess these mechanisms of transport, and then in vivo into the cells of patients treated by these TKI. A link was shown between the incorporation ability of molecules and the response to the treatment. Finally, a pharmacogenetic approach showed a relationship between some haplotypes or polymorphisms of a transporter (MDR1) and plasmatic concentration on one hand, and response to the imatinib on the other hand. In conclusion, these different strategies based on plasmatic or intracellular determination of TKI and on pharmacogenomics contribute to improvement of the response to TKI or early detection of non-response.

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) au Fluoro-déoxyglucose marqué au Fluor 18 (¹⁸F-FDG), analogue du glucose, permet d'obtenir une image de la consommation de glucose dans l'organisme. La plupart des foyers tumoraux présentant une consommation excessive de glucose, son utilisation en oncologie permet d'améliorer la prise en charge des patients en diminuant le temps nécessaire pour évaluer l'efficacité des traitements tels que la chimiothérapie et la radiothérapie. Mon projet de recherche visait à proposer et améliorer des méthodes de quantification en TEP au ¹⁸F-FDG afin de caractériser au mieux l'évolution métabolique des volumes tumoraux.De nombreux facteurs biaisent la quantification en TEP. Parmi eux, l'Effet de Volume Partiel (EVP) reste difficile à corriger, notamment à cause de la faible résolution spatiale des images TEP. Afin de déterminer l'impact de la correction de l'EVP sur l'évaluation des réponses des tumeurs, une étude sur données simulées par Monte Carlo a tout d'abord été effectuée. Cette étude a été complétée par l'analyse de données TEP/TDM (Tomodensitométrie) acquises chez 40 patients atteints de cancers colorectaux métastatiques (CCM), traités par chimiothérapie à l'Institut Jules Bordet (Bruxelles). L'analyse de 101 tumeurs a montré que les critères tels que le SUV, n'incluant pas de correction de l'EVP, et qui reflètent alors le volume tumoral et son activité, prédisaient mieux l'évolution tumorale que les critères corrigés de l'EVP. Compte tenus des résultats prometteurs récents de méthodes de caractérisation de l'hétérogénéité de la fixation du FDG dans les tumeurs, un second volet de notre travail a consisté à étudier l'intérêt de la prise en compte de la texture dans le cadre du suivi thérapeutique. L'application de l'analyse de texture aux cas de CCM étudiés précédemment n'a pas permis de démontrer une valeur ajoutée des indices de texture par rapport aux index quantitatifs couramment employés en clinique. Nous avons montré que cette conclusion s'expliquait en partie par la non-robustesse des indices de texture vis-à-vis des paramètres impliqués dans leur mesure. Nous avons enfin cherché à évaluer une méthode d'Analyse Factorielle de Séquences d'Images Médicales (AFSIM), appliquée au contexte du suivi thérapeutique, pour caractériser l'évolution tumorale tout au long du traitement. Cette étude a porté sur 9 séries de 4 à 6 examens TEP/TDM de patients traités par radiothérapie au Centre Hospitalier Universitaire Henri Becquerel de Rouen. Outre l'information visuelle globale apportée par cette méthode, l'analyse quantitative des résultats obtenus a permis de caractériser l'hétérogénéité de la réponse vue par l'AFSIM. L'échec des index classiques, provenant entre autres de leur incapacité à distinguer les processus inflammatoires de l'activité métabolique tumorale, a permis de monter la valeur ajoutée de l'AFSIM par rapport aux index tels que le SUV maximal ou moyen.

La polyneuropathie amyloïde familiale à transthyrétine (FAP-TTR) est une maladie rare héréditaire à transmission autosomique dominante liée à la production de formes mutantes de la transthyrétine (TTR). Ces mutations sont à l’origine d’un changement de conformation de la protéine qui, in vivo, se présente sous forme de tétramère. Celui-ci est alors déstabilisé et évolue vers la formation de fibrilles amyloïdes qui s'accumulent au niveau du système nerveux autonome, des nerfs périphériques et des organes. Ces dépôts sont responsables de la pathologie. Dans le but d’évaluer l’efficacité des thérapies pouvant être mises en œuvre, nous avons développé des stratégies analytiques visant à concevoir un système « point of care » à usage hospitalier permettant de quantifier les formes mutante et native circulantes de la TTR. La méthodologie développée consiste à réaliser la séparation électrocinétique de fragments ciblés de la TTR, obtenus par digestion enzymatique de la protéine. Cette approche analytique a été développée en se focalisant sur une mutation fréquente en France : la TTR Thr49Ala où une thréonine est remplacée par une alanine en position 49. Au cours de cette thèse, deux types de microréacteurs enzymatiques ont été étudiés, i.e. (i) un lit fluidisé contenant des particules magnétiques fonctionnalisées par des molécules de trypsine et (ii) une puce monolithique à base de thiol-ène fonctionnalisée également par la trypsine. Le pouvoir catalytique de ces microsystèmes a été comparé en mesurant l’efficacité de digestion du BApNA (substrat modèle) et de la TTR à l’aide de méthodes analytiques telles que la spectrophotométrie d’absorption UV-Visible, l’électrophorèse capillaire couplée à une détection UV (EC-UV) et la chromatographie liquide couplée à la détection par spectrométrie de masse (UHPLC-SM). Les résultats obtenus ont montré que le microréacteur enzymatique monolithique à base de thiol-ène était le plus performant pour digérer la TTR. Par ailleurs, nous avons réalisé, au cours de cette étude, l’optimisation d’une méthode EC-UV, adaptée à l’analyse des digestats recueillis en sortie de microréacteur. Elle a permis de séparer et de quantifier les peptides d’intérêt pour déterminer le rapport de TTR mutante (Thr49Ala) sur TTR native. / Transthyretin familial amyloid polyneuropathy (TTR-FAP) is a hereditary rare disease with an autosomal dominant transmission, related to the production of mutant forms of transthyretin (TTR). These mutations lead to a conformational change of the protein whose in vivo form is a tetramer. As a consequence, this tetramer is destabilized and evolves towards the formation of amyloid fibrils that aggregate on the autonomic nervous system, peripheral nerves, and organs. These deposits are responsible for the pathology. In order to evaluate the efficiency of possible therapies, we developed analytical strategies aiming at designing a “point of care” system for hospital use, which would enable the quantification of circulating mutant and native forms of TTR. The methodology that we developed consists in undertaking the electrokinetic separation of targeted TTR fragments obtained through the enzymatic digestion of the protein. This analytical approach has been developed while focusing on a frequent mutation in France: the TTR Thr49Ala mutation in which a threonine is substituted by an alanine in position 49. In this thesis, two types of enzymatic microreactors have been studied, i.e. (i) a fluidized bed containing magnetic particles functionalized by trypsin molecules and (ii) a thiol-ene-based monolithic chip also functionalized by trypsin. The catalytic power of these microsystems has been compared by measuring the digestion efficiency of BApNA (model substrate) and TTR through analytical methods such as UV-visible absorption spectrophotometry, capillary electrophoresis with UV detection (CE-UV), and liquid chromatography with mass spectrometry detection (UHPLC-MS). The results showed that the thiol-ene-based monolithic enzymatic microreactor was the most efficient system to digest TTR. Besides, during this study, we undertook the optimization of a CE-UV method which is adapted to the analysis of digested sample collected directly out of the microreactor. This allowed us to isolate and quantify the peptides of interest to measure the ratio of mutant TTR (Thr49Ala) versus the wild one.

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.

La Tomographie par Emission de Positons (TEP) au Fluoro-déoxyglucose marqué au Fluor 18 (¹⁸F-FDG), analogue du glucose, permet d'obtenir une image de la consommation de glucose dans l'organisme. La plupart des foyers tumoraux présentant une consommation excessive de glucose, son utilisation en oncologie permet d'améliorer la prise en charge des patients en diminuant le temps nécessaire pour évaluer l'efficacité des traitements tels que la chimiothérapie et la radiothérapie. Mon projet de recherche visait à proposer et améliorer des méthodes de quantification en TEP au ¹⁸F-FDG afin de caractériser au mieux l'évolution métabolique des volumes tumoraux.De nombreux facteurs biaisent la quantification en TEP. Parmi eux, l'Effet de Volume Partiel (EVP) reste difficile à corriger, notamment à cause de la faible résolution spatiale des images TEP. Afin de déterminer l'impact de la correction de l’EVP sur l’évaluation des réponses des tumeurs, une étude sur données simulées par Monte Carlo a tout d’abord été effectuée. Cette étude a été complétée par l’analyse de données TEP/TDM (Tomodensitométrie) acquises chez 40 patients atteints de cancers colorectaux métastatiques (CCM), traités par chimiothérapie à l'Institut Jules Bordet (Bruxelles). L’analyse de 101 tumeurs a montré que les critères tels que le SUV, n’incluant pas de correction de l'EVP, et qui reflètent alors le volume tumoral et son activité, prédisaient mieux l’évolution tumorale que les critères corrigés de l’EVP. Compte tenus des résultats prometteurs récents de méthodes de caractérisation de l’hétérogénéité de la fixation du FDG dans les tumeurs, un second volet de notre travail a consisté à étudier l’intérêt de la prise en compte de la texture dans le cadre du suivi thérapeutique. L’application de l’analyse de texture aux cas de CCM étudiés précédemment n’a pas permis de démontrer une valeur ajoutée des indices de texture par rapport aux index quantitatifs couramment employés en clinique. Nous avons montré que cette conclusion s’expliquait en partie par la non-robustesse des indices de texture vis-à-vis des paramètres impliqués dans leur mesure. Nous avons enfin cherché à évaluer une méthode d’Analyse Factorielle de Séquences d’Images Médicales (AFSIM), appliquée au contexte du suivi thérapeutique, pour caractériser l’évolution tumorale tout au long du traitement. Cette étude a porté sur 9 séries de 4 à 6 examens TEP/TDM de patients traités par radiothérapie au Centre Hospitalier Universitaire Henri Becquerel de Rouen. Outre l’information visuelle globale apportée par cette méthode, l’analyse quantitative des résultats obtenus a permis de caractériser l’hétérogénéité de la réponse vue par l’AFSIM. L’échec des index classiques, provenant entre autres de leur incapacité à distinguer les processus inflammatoires de l’activité métabolique tumorale, a permis de monter la valeur ajoutée de l’AFSIM par rapport aux index tels que le SUV maximal ou moyen. / Positron Emission Tomography (PET) using ¹⁸F-FluoroDeoxyGlucose (¹⁸F-FDG), a radiolabelled analogue of the glucose, is used to get an image of the glucose consumption in the body. As most tumor masses show a high glucose consumption, PET is widely used in oncology for diagnosis and patient monitoring. In the context of patient monitoring, the motivation is to decrease the time interval needed to assess treatment (radiotherapy or chemotherapy efficieny) compared to therapeutic follow-up based only on anatomic imaging only (Computed Tomography or Magnetic Resonance Imaging). My research project aimed at proposing and improving quantitative methods in FDG-PET to better characterize tumor evolution.In PET, many factors affect the accuracy of parameters estimated from the images. Among them, Partial Volume Effect (PVE) remains difficult to correct, mainly due to the low spatial resolution of PET images. To determine the impact of PVE on treatment response evaluation, a preliminary study was performed using Monte Carlo simulated PET scans. An additional study was conducted based on the analysis of the PET/CT (Computed Tomography) data of 40 Metastatic Colorectal Cancer (MCC) patients treated with chemotherapy at the Jules Bordet Institute (Brussels, Belgium). The analysis of the 101 tumors showed that criteria such as the Standardized Uptake Value (SUV), which does not include PVE correction, were better predictors of tumors evolutions than PVE corrected criteria. This is because without PVE correction, SUV includes information on both metabolic volume and metabolic activity, which are two relevant pieces of information to characterize the tumor. A second part of our work was to study the potential of tumor texture analysis in patient monitoring, following promising results reported in the literature. Texture analysis was applied to the MMC patients data previously mentioned but did allow to a better segregation of tumors responses as compared to indices currently used in the clinics. We found that this was partly due to the lack of robustness of the textures indices.Finally, we evaluated a Factor Analysis in Medical Images Series (FAMIS) method to characterize tumor evolution during treatment. This study focused on 9 series of 4 to 6 PET/CT scans acquired all along the radiotherapy/radio-chemotherapy of patients treated at the Centre Hospitalier Universitaire Henri Becquerel (Rouen, France). In addition to the rich visual information brought by this method, a quantitative analysis of the results made it possible to characterize response heterogeneity as seen using FAMIS. In particular, FAMIS clearly demonstrated the occurrence of inflammatory processes. In addition, due to the low metabolic activity of the tumors at the end of the treatment, many conventional indices could not describe the tumor changes, while FAMIS gave a full assessment of the tumor change over time.