Implication in vivo des transporteurs pulmonaires sur la pharmacocinétique des anti-infectueux

In vivo involvement of pulmonary efflux transporters in the pharmacokinetics of anti-infectives agents

• Auteur / Autrice : Romain Carrez
• Direction : Sandrine Marchand, Julien Brillault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie et sciences du médicament
• Date : Soutenance le 09/12/2019
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d’investigation clinique - CIC (Poitiers ; 2002-....) - CIC - Poitiers
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR de médecine et de pharmacie
• Jury : Président / Présidente : Blandine Rammaert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandrine Marchand, Julien Brillault, Michel Laurentie
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Fanchon Bourasset, David Ternant

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nébulisation

Pompes d'efflux

Poumon

Pharmacocinétique

Agents anti-infectieux

Mots clés libres

Modélisation pharmacocinétique

Poumon

Transporteur d'efflux

Nébulisation oseltamivir

Oxazolidinones

Pharmacokinetics modeling

Lung

Efflux transporters

Nebulisation

Oseltamivir

Oxazolidinones

Résumé

Face à la pénurie de nouveaux anti-infectieux et à l’émergence toujours plus importante d’agents infectieux multi-résistants, il est primordial de mieux utiliser l’arsenal thérapeutique à notre disposition. Cela peut passer par l’utilisation de nouvelles voies d’administration afin d’agir plus efficacement localement. Pour traiter des infections pulmonaires, l’inhalation ou la nébulisation apparaissent comme des voies logiquement intéressantes. Il a été montré précédemment que les molécules plutôt hydrophiles étaient des bonnes candidates à cette voie d’administration car l’épithélium pulmonaire leur était peu perméable et que le principe actif était séquestré au niveau du poumon. A l’inverse, pour les composés lipophiles qui diffusent rapidement à travers l’épithélium, l’administration pulmonaire ne présente que peu d’intérêt thérapeutique. La situation se complexifie dans le cas de la nébulisation de promédicaments et/ou lorsque des pompes d’efflux interviennent dans la distribution pulmonaire des anti-infectieux. Afin de mieux caractériser le rôle des pompes d’efflux dans la distribution pulmonaire des anti-infectieux in vitro et leur impact in vivo, la distribution pulmonaire de plusieurs anti-infectieux a été évaluée selon un protocole standardisé chez le rat, permettant de mesurer et donc de comparer les concentrations libres plasmatiques et dans le liquide épithélial pulmonaire (ELF) après administrations systémique et intratrachéale. Le premier travail porte sur la distribution pulmonaire de l’oseltamivir, un anti-viral actif contre la grippe, qui est administré sous forme de promédicament (oseltamivir phosphate (OP)). Il a été montré in vitro que l’OP (non actif) est substrat de pompes d’efflux et que ce transport actif se caractérise in vivo par des concentrations locales plus élevées d’OP dans l’ELF que dans le plasma quelle que soit la voie d’administration (intraveineuse ou nébulisation). Cependant, ces fortes concentrations pulmonaires en promédicament n’ont que peu d’effet sur les concentrations pulmonaires en molécule active (oseltamivir carboxylate (OC)), du fait d’une faible conversion locale en composé actif et de la perméabilité pulmonaire de l’OC. La deuxième étude présente le cas des oxazolidinones (linézolide et tédizolide) utilisées pour traiter les infections à Gram positif pour lesquels des études in vivo préalablement réalisées chez l’homme avaient montrées des concentrations locales (ELF) supérieures aux concentrations plasmatiques après administration orale. Ces données ont été retrouvées chez le rat selon notre protocole standardisé et complétées avec des données après nébulisation, suggérant un rôle majeur des transporteurs dans ladiffusion pulmonaire notamment du tedizolide. Cependant, les études de perméabilité membranaire et d’inhibition in vitro réalisées sur un modèle cellulaire (NCI-H441) n’ont pas pu mettre en évidence le rôle de ces transporteurs d’efflux sur les concentrations pulmonaires élevées. D’autres explications ont été envisagées comme la liaison à des protéines dans l’ELF ou encore la pénétration intracellulaire des principes actifs. En conclusion, ces études in vivo et in vitro sur 4 composés nous ont permis d’améliorer nos connaissances sur les paramètres qui gouvernent la diffusion pulmonaire des anti-infectieux telles que la perméabilité et l’affinité pour des transporteurs d’efflux et de montrer la complexité d’extrapolation in vitro/in vivo.

In the face of the shortage of new anti-infectives and the ever-increasing emergence of multi-resistant infectious agents, it is essential to make better use of the therapeutic arsenal at our disposal. This may involve the use of new routes of administration in order to act more effectively locally. To treat lung infections, inhalation or nebulisation appear to be a good option. It has been shown previously that rather hydrophilic molecules were good candidates for this route of administration because the pulmonary epithelium was not very permeable to them and that the active drug was sequestered in the lung. On the other hand, for lipophilic compounds that diffuse rapidly through the epithelium, pulmonary administration is of little therapeutic interest. The situation becomes more complex in the case of prodrug nebulization and/or when efflux pumps are involved in the pulmonary distribution of anti-infectives. In order to better characterize the role of efflux pumps in the pulmonary distribution of anti-infectives in vitro and their impact in vivo, the pulmonary distribution of several anti-infectives was evaluated according to a standardized protocol in rats, allowing measurement and comparison of free plasma and pulmonary epithelial fluid (ELF) concentrations after systemic and intratracheal administration. The first study focuses on the pulmonary distribution of oseltamivir, an anti-viral active against influenza, which is administered as a prodrug (oseltamivir phosphate (OP)). It has been shown in vitro that OP (non-active) is a substrate for efflux pumps and that this active transport is characterized in vivo by higher local concentrations of OP in ELF than in plasma regardless of the route of administration (intravenous or nebulization). However, these high pulmonary prodrug concentrations have little effect on pulmonary concentrations of the active molecule (oseltamivir carboxylate (OC)), due to low local conversion to the active compound and pulmonary permeability of the OC. The second study presents the case of oxazolidinones (linezolide and tedizolide) used to treat Gram-positive infections for which in vivo studies in humans had previously shown local concentrations (ELF) higher than plasma concentrations after oral administration. These data were found in rats according to our standardized protocol and supplemented with post-nebulization data, suggesting a major role for transporters in the pulmonary diffusion of tedizolide. However, membrane permeability and in vitro inhibition studies conducted in a cellular model (NCI-H441) were unable to demonstrate the role of these efflux transporters on high pulmonary concentrations. Other explanations have been considered such as protein binding in ELF or intracellular penetration of active compound. In conclusion, these in vivo and in vitro studies on 4 active compounds have allowed us to improve our knowledge of the parameters that govern the pulmonary diffusion of anti-infectives such as permeability and affinity for efflux transporters and to show the complexity of extrapolation in vitro/in vivo.