Modélisation

Equipe du Pr. G. Lebuffe

 

Axe 1 : Mise au point et développement de la synthèse de chélateurs nécessaires au radiomarquage d'anticorps monoclonaux : intérêt dans le diagnostic des Lymphomes Non-Hodgkiniens

Images scintigraphiques séquentielles
après administration d’un anticorps radiomarqué
  • La prise en charge des lymphomes non hodgkiniens disséminés constitue un exemple remarquable de pathologie pour laquelle le recours à une immunothérapie par anticorps anti-CD20 nus ou radioconjugués a permis une nette amélioration des paramètres de survie. Pour progresser dans leur modélisation PK/PD et optimiser leur dosage et schéma d'administration en thérapeutique, l'imagerie quantitative par immuno-tomographie à émission de positons est envisagée. L'immuno-TEP, technologie la plus prometteuse pour le suivi et la quantification in vivo des anticorps monoclonaux dans chaque organe, consiste à les conjuguer avec des radiotraceurs diagnostiques comme le Zirconium 89 puis à suivre leur devenir par acquisitions scintigraphiques séquentielles.

Axe 2 : Etude de la mécanique des fluides lors de perfusion simple et complexe 

Le débit de perfusion des médicaments est déterminé lors de leur développement. Il est calculé de manière à obtenir l’effet pharmacodynamique voulu, tout en minimisant les effets indésirables. Les exigences requises en termes de performances sont foncièrement différentes entre les systèmes de perfusion électriques et la gravité.

En ce qui concerne les nécessaires pour alimentation par gravité, il n’existe, à ce jour, aucune prescription limitant la variation du débit. Il a été préalablement démontré que le débit des perfusions par gravité avait naturellement tendance à diminuer au cours du temps, résultant en un allongement de la durée de perfusion. Or, il est important de bien comprendre la théorie de l’écoulement dans la tubulure d’un perfuseur afin de pouvoir par la suite interpréter les résultats des études in vitro et les extrapoler à la clinique. Nous avons ainsi modélisé l’écoulement du liquide en fonction de la forme du récipient contenant la solution à perfuser (flacons rigides, poches).

Divers modèles mathématiques ont été développés pour modéliser la variation du débit des perfusions par gravité. Il a été précédemment démontré que l’écoulement des solutés pour perfusion était conditionné par le type de récipient.

Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’impact de ces données in vitro en clinique. Nous avons ainsi étudié chez des patients hospitalisés en pneumologie et ayant eu une perfusion d’amikacine, l’impact de ces modes de perfusion. Nous avons ainsi démontré que la perfusion par gravité conduit à l’obtention de concentrations maximales plus faibles que le même traitement administré par pompe.

Pour investiguer les paramètres uniquement liés aux techniques de perfusion, nous essayons actuellement de mettre au point un modèle d'évaluation des modes de perfusion. Nous avons ainsi mené une première série d'expériences sur la rampe et le Multiline en ayant recours à la tomographie par émission de positons (TEP) couplée au scanner pour analyser la perfusion simultanée avec du sérum salé isotonique contenant du 18Fluorodésoxyglucose 18 FDG. 

 

Axe 3 : modélisation de la toxicité endothéliale des injectables

Les veinites sont l’effet indésirable le plus commun des cathéters périphériques chez les patients polyperfusés, avec des problèmes de veinite aseptique sur cathéter périphérique souvent mal expliqués.

De nombreuses études montrent le potentiel toxique veineux de certains médicaments, notamment les antibiotiques. Notre hypothèse est que l’irritation de la veine serait dûe à une association de plusieurs facteurs : la durée de perfusion, l’association avec des médicaments potentiellement agressifs vis à vis de l’endothélium, et les variations du débit perfusion lors de déplacements du patient ou d’arrêt/reprise de la perfusion. Le but de notre travail est donc, avec une molécule test, la vancomycine, premièrement, de mesurer les variations de concentrations dans le temps en fonction des variations de débit de perfusion de la vancomycine, à concentration normale +/- en situation de multiperfusion avec arrêt/reprise de la perfusion, et deuxièmement de déterminer la toxicité cellulaire de la vancomycine en fonction du couple concentrations et durée de perfusion.

Pour atteindre ces objectifs, un modèle de toxicité endothéliale a été développé à l’aide d’un modèle connu de culture de cellules endothéliales de veines ombilicales humaines (HUVEC) et en mesurant la survie cellulaire par fluorimétrie. Nos premiers résultats montrent une toxicité cellulaire directe de la vancomycine dépendante de la concentration après 24h de mise en contact. Cette toxicité cellulaire est aussi temps-dépendante avec une diminution de la viabilité cellulaire jusque 91% après 3 jours de traitement. L’association de la vancomycine avec d’autres antibiotiques injectables, notamment l'érythromycine, montre également une augmentation de la toxicité endothéliale. Ces études peuvent être complétées par d’autres modèles cellulaires in vitro.

L’unité a plus particulièrement l’expérience de la pharmacologie in vitro de la réaction inflammatoire. Les cibles possibles sont nombreuses : espèces réactives de l’oxygène, prostaglandines, cytokines… Nous avons élaboré différents modèles cellulaires et acellulaires permettant de reproduire in vitro une réaction inflammatoire avec plus particulièrement la production d’espèces réactives de l’oxygène (anion superoxyde, peroxyde d’hydrogène, radical hydroxyl, acide hypochloreux) et de protéases (élastase), molécules produites au cours de réaction inflammatoire.

Les cellules que nous utilisons sont des polynucléaires neutrophiles humains ou animaux (lapins) stimulés par différents agents (PMA, fMLP, Ca ionophore, zymosan).

Axe 4 : Modélisation de la pharmacocinétique des biothérapies injectables 

Dans le cadre des études ADME, nous développons un modèle cellulaire sur hépatocytes isolés de rat permettant d’évaluer la production de métabolites à partir de la molécule mère que nous séparons et identifions par HPLC. Ce même modèle est utilisé pour évaluer la cytotoxicité de produits actifs à l’aide de test de viabilité (Bleu trypan, LDH). Une étude récente de métabolisme a été menée sur une nouvelle classe chimique d’inhibiteurs de tubuline avec un modèle microsomial et hépatocytaire.

Les modèles in vivo sur l’animal de laboratoire sont possibles grâce à l’utilisation d’une animalerie agréée disponible au sein du laboratoire de pharmacologie.  Les espèces animales disponibles sont les petits rongeurs (souris, rat, cobaye) et le lapin. Ainsi, les études pharmacocinétiques sur le lapin peuvent être réalisées par voie intraveineuse après administration et prélèvements sanguins réguliers pour suivre la cinétique d’élimination du produit de l’organisme de l’animal.

Une centrifugation adaptée permet de séparer le plasma ou le sérum et de rechercher la molécule mère et ses métabolites par HPLC. L’analyse des données permet ensuite grâce à l’emploi de logiciel informatique d’évaluer les paramètres pharmacocinétiques ainsi que les microconstantes de transfert. La possibilité d’étudier les voies d’élimination des substances étudiées est également envisageable avec l’utilisation de cages à métabolisme.

Depuis quelques temps, nous avons débuté des travaux sur la modélisation de la pharmacocinétique des anticorps monoclonaux. 

Au vu de notre expérience antérieure avec le Zevalin (90Y-ibritumomab), nous avons conçu avec l’équipe de Manchester un nouvel essai de première ligne dans l’indication lymphome folliculaire en ciblant des patients avec des critères de forte masse tumorale. Cet essai clinique multicentrique (regroupant six centres en France et au Royaume-Uni) dénommé FIZZ (Fractionated Initial Zevalin)  a permis de confirmer l’efficacité et la tolérance d’une RIT fractionnée de première intention mais aussi d’évaluer la relation entre la dose et l’efficacité ou la toxicité par le biais d’une étude dosimétrique personnalisée chez 30 patients.

La modélisation de ces données a permis une étude pharmacocinétique de cet anticorps murin radiomarqué sans prélèvement tissulaire.Par la technique compartimentale, nous avons actuellement réussi à modéliser les flux de cet anticorps entre le sang et l’os spongieux. 

La prédiction de cette myelotoxicité peut nous permettre à l’avenir une prise en charge personnalisée voire une augmentation des doses avec support par cellules souches hématopoïétiques pour des patients bien définis.