Intérêt de l'exploration de la forme libre du dolutegravir, du darunavir et de l'atazanavir chez les patients VIH

Interest in the exploration of the unbound form of dolutegravir, darunavir and atazanavir in HIV patients

• Auteur / Autrice : David Metsu
• Direction : Peggy Gandia, Pierre Delobel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie
• Date : Soutenance le 22/02/2019
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Biologie Santé Biotechnologies (Toulouse)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Pharmacocinétique

Antirétroviraux

Infections à VIH

Mots clés libres

Forme libre

Pharmacocinétique

Antirétroviraux

VIH

Unbound form

Pharmacokinetic

Antiretrovirals

HIV

Résumé

Le suivi thérapeutique pharmacologique des antirétroviraux du VIH est actuellement basé sur le suivi des concentrations totales. Des relations entre les concentrations totales des antirétroviraux et leur efficacité ont été mises en évidence dans plusieurs études. Cependant, certains échecs virologiques ne sont pas expliqués par la concentration totale. Il existe donc un intérêt à rechercher un autre marqueur d'exposition pour expliquer ces situations d'échec virologique. La concentration libre, non liée aux protéines plasmatiques, est considérée comme la forme pharmacologiquement active. Elle est capable de diffuser dans les tissus et de traverser les membranes des cellules pour exercer une activité pharmacologique. Le dolutegravir, le darunavir et l'atazanavir sont fortement liés (>85%) aux protéines plasmatiques. Ainsi, seule une faible proportion de concentration libre est disponible pour exercer une activité pharmacodynamique. Il est donc possible qu'une variabilité de la concentration libre, non perçue avec la concentration totale, puisse expliquer une différence d'efficacité entre des patients présentant des concentrations totales identiques. A ce jour, peu d'études ont explorées la forme libre des antirétroviraux, aussi bien d'un point de vue technique que d'un point de vue pharmacocinétique. Ainsi, les objectifs de l'étude de la forme libre des trois antirétroviraux ont été construits en quatre étapes successives : (i) valider une méthode de séparation de la forme libre de la forme liée et une méthode de dosage assurant une évaluation fiable des concentrations libres et totales (ii) comparer les techniques de dialyse à l'équilibre et d'ultrafiltration, en déterminant les conditions analytiques garantissant des résultats comparables entre les deux techniques (iii) étudier les caractéristiques des liaisons des antirétroviraux aux protéines plasmatique (iv) étudier les relations entre les concentrations libres et totales en DRV chez les patients VIH par une méthode de pharmacocinétique de population Nous avons d'abord exploré les étapes pré-analytiques susceptibles d'interférer sur la liaison antirétroviral/protéine par dialyse à l'équilibre. Ainsi, nous avons démontré que les liaisons des antirétroviraux aux protéines plasmatiques n'étaient pas sensibles aux conditions pré-analytiques (Metsu CCA 2018). Nous avons ensuite établit les conditions d'ultrafiltration assurant des résultats identiques à ceux de la dialyse à l'équilibre. Dans cette seconde partie, nous avons pu démontrer que les facteurs d'ultrafiltration peuvent considérablement modifier les résultats d'ultrafiltration (Metsu soumis dans Sci Rep). Nous avons également exploré les facteurs de variabilité de la liaison protéique (Metsu IWCPAT 2017). Ce travail a ainsi révélé une sensibilité du dolutegravir aux interactions de compétition sur la liaison protéique avec d'autres substances fortement liées à l'albumine. Les liaisons du darunavir et de l'atazanavir n'étaient pas impactées par les interactions. A partir de données forme libre de la littérature et de variations des concentrations en protéines plasmatiques, nous avons proposé des recommandations posologiques pour l'atazanavir et le darunavir chez les femmes enceintes (Metsu JAC 2017). Des travaux de pharmacocinétique de population, combinant les mesures de concentrations libres et totales chez des patients VIH, ont ensuite été menés. Le premier modèle a été construit à partir des données du darunavir. Dans ce travail, un IMC élevé s'est révélé être une covariable explicative majeure dans la pharmacocinétique du darunavir, en expliquant une variabilité inter-individuelle de la clairance intrinsèque et de la constante de dissociation (Metsu IWCPAT 2018). A partir de ce modèle et de données de la littérature, nous avons montré, avec des simulations de Monte-Carlo que les patients à IMC élevé avaient une exposition de darunavir libre dans liquide cérébros-spinal inférieure aux autres patients.

HIV antiretroviral therapeutic drug monitoring is currently based on total concentrations. Relationships between total concentration and efficacy have been reported in several studies. However, some virological failures are still not explained by total concentrations. Therefore, there is an interest to identify an alternative exposure marker in order to explain these virological failures. The unbound concentration is considered as the pharmacologically active form. The unbound form is able to diffuse into tissues and cross cell membranes to exert its pharmacological activity. Dolutegravir, darunavir and atazanavir are highly bound (over 85%) to plasma proteins. Thus, only a small amount of unbound antiretroviral is available to perform the pharmacodynamic activity. Therefore, it can be assume that a slight variability in the unbound concentration, not perceived by total concentrations measurement, may explain a difference in efficacy between patients with similar total concentrations. To date, few studies have explored the unbound form of antiretrovirals, either from a technical or pharmacokinetic point of view. Thus, the objectives of this study were designed to be achieved in four successive steps: (i) Validate a method to isolate the unbound from the bound form and to quantify accurately unbound and total concentrations (ii) Compare equilibrium dialysis and ultrafiltration techniques, and identify ultrafiltration conditions that ensure comparable results between the two methods, (iii) Investigate the properties of antiretroviral binding to plasma protein, (iv) Explore the relationships between unbound and total concentrations of DRV in HIV patients using a population pharmacokinetic method. First, we explored the pre-analytical processes that could interfere with antiretroviral protein binding with equilibrium dialysis. As a result, we observed that antiretrovirals binding to plasma protein were globaly not sensitive to pre-analytical conditions (Metsu et al Clinica Chimica Acta 2018). Then, we established the ultrafiltration conditions ensuring identical results to those achieved by equilibrium dialysis at 37°C. In this second part, we stressed that ultrafiltration conditions may considerably alter ultrafiltration results (Metsu et al submit in Scientific Report). We also explored the factors of variability on antiretroviral binding to plasma protein. In this study, we established that dolutegravir binding can be affected by other substances highly bound to albumin (Metsu et al IWCPAT 2017). Based on results from plasma protein concentrations and unbound concentrations results from published studies, we proposed dosing recommendations for atazanavir and darunavir in pregnant women. A population pharmacokinetic study was then conducted using paired unbound and total DRV concentrations measured in HIV patients' samples. In this study, high BMI was found to be a covariable of interest to explain unbound low exposure by increased intrinsic clearance. Moreover, lower dissociation constant results were observed from patients with high BMI (Metsu et al IWCPAT 2018). Then, based on Monte-Carlo simulations and data from the literature, we showed that patients with high BMI had lower unbound darunavir exposure in cerebrospinal fluid, compared to other patients.