Imagerie du transport d'efflux par la P-glycoprotéine au niveau de la barrière hémato-encéphalique : vers un biomarqueur de l'épilepsie pharmaco-résistante

Imaging P-glycoprotein-mediated efflux transport at the blood-brain barrier as a biomarker of drug-resistant epilepsy

• Auteur / Autrice : Louise Breuil
• Direction : Nicolas Tournier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pharmacologiques
• Date : Soutenance le 25/09/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Innovation thérapeutique : du fondamental à l'appliqué (Châtenay-Malabry, Hauts-de-Seine ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'imagerie biomédicale multimodale Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté de pharmacie (Orsay, Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Delphine Joseph
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Valérie Besson, Luc Zimmer, Nicolas Arlicot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Valérie Besson, Luc Zimmer

Mots clés

Mots clés contrôlés

Glycoprotéine P

Barrière hématoencéphalique

Épilepsie

Imagerie

Neuropharmacologie

Mots clés libres

Neuropharmacologie

Imagerie

Recherche clinique

Barrière hémato-Encéphalique

Epilepsie

Imaging

Neuropharmacology

Clinical research

Epilepsy

Blood-Brain barrier

Résumé

La P-glycoprotéine (P-gp) est un transporteur d'efflux exprimé au niveau de la barrière hémato-encéphalique (BHE), qui limite le passage cérébral de nombreux médicaments. Ce travail de thèse a eu pour objectif d'étudier, de valider puis d'optimiser l'utilisation de l'imagerie TEP (tomographie par émission de positons) au [11C]métoclopramide, un nouveau radiopharmaceutique pour l'imagerie quantitative de la P-gp. Ce projet translationnel a eu pour finalité de permettre l'évaluation de l'imagerie TEP au [11C]métoclopramide en tant que biomarqueur de l'épilepsie pharmaco-résistante (EPR), dans le cadre d'un protocole clinique.Dans un premier temps, une comparaison in vitro et in vivo a été réalisée pour évaluer la sensibilité des sondes d'imagerie TEP actuellement disponibles pour usage clinique à détecter de faibles changements d'activité de la P-gp. Les résultats ont révélé que le [11C]métoclopramide a présenté une plus grande vulnérabilité à l'inhibition que les autres radiotraceurs étudiés ([11C]vérapamil, [11C]N-desmethyl-loperamide et [11C]dompéridone). Étant donné que l'inhibition ou la déplétion partielle de la P-gp au niveau de la BHE est une situation clinique plus probable qu'une inhibition totale, la vulnérabilité à l'inhibition a été proposée comme nouveau critère d'évaluation des performances de substrats de la P-gp radiomarqués afin d'anticiper leur capacité à détecter des changements physiologiquement pertinents de la fonction du transporteur in vivo. Dans un deuxième temps, afin d'anticiper les répercussions d'éventuelles interactions médicamenteuses inhérentes à une étude clinique chez des patients atteints d'épilepsie, l'impact de puissants modulateurs des cytochromes (CYPs) sur la cinétique plasmatique et cérébrale du [11C]métoclopramide a été étudié. Les résultats obtenus soutiennent l'utilisation du [11C]métoclopramide pour des études chez les patients traités par des inducteurs de CYPs.Ensuite, la constante d'élimination cérébrale (KE,brain), dérivée des images TEP dynamiques, a été évaluée comme paramètre pour l'interprétation des données TEP au [11C]métoclopramide. Le paramètre KE,brain, qui peut être calculé sans prélèvement sanguin artériel, a permis d'estimer l'activité fonctionnelle de la P-gp et de mettre en évidence les répercussions de l'inhibition sur l'activité d'efflux chez l'animal et chez l'Homme.Dans l'ensemble, ce travail souligne l'importance de développer des critères d'évaluations pertinents, qui prennent en compte la pharmacologie des transporteurs et du contexte clinique, pour développer et évaluer les performances de radiotraceurs destinés à l'imagerie de transporteurs comme la P-gp. Les résultats renforcent l'intérêt du [11C]métoclopramide et justifient son utilisation pour l'étude fonctionnelle de la P-gp au niveau de la BHE dans un protocole clinique recrutant des patients atteints d'EPR.

The P-glycoprotein (P-gp), an efflux transporter expressed at the blood-brain barrier (BBB), limits the cerebral passage of many drugs. This thesis aimed to study, validate, and optimize positron emission tomography (PET) imaging with [11C]metoclopramide, a novel radiopharmaceutical for quantitative imaging of P-gp. This translational project aimed to enable the evaluation of [11C]metoclopramide PET imaging as a biomarker for pharmacoresistant epilepsy (DRE) in a clinical protocol.An in vitro and in vivo comparison was initially performed to assess the sensitivity of currently available PET imaging probes for clinical use in detecting small changes in P-gp activity. The results revealed that [11C]metoclopramide showed greater vulnerability to inhibition than other studied radiotracers ([11C]verapamil, [11C]N-desmethyl-loperamide, and [11C]domperidone). Considering that partial inhibition or depletion of P-gp at the BBB is a more likely clinical situation than total inhibition, vulnerability to inhibition was proposed as a new criterion for evaluating the performance of P-gp radiolabeled substrates to anticipate their ability to detect physiologically relevant changes in transporter function in vivo. Next, to anticipate the impact of potential drug interactions inherent in a clinical study in patients with epilepsy, the effect of potent cytochromes (CYPs) modulators on the plasma and brain kinetics of [11C]metoclopramide was studied. The results supported using [11C]metoclopramide for studies in patients treated with CYPs inducers.Subsequently, the brain elimination rate constant (KE,brain), derived from dynamic PET images, was evaluated as a parameter for interpreting [11C]metoclopramide PET data. The KE,brain parameter, which can be calculated without arterial blood sampling, allowed the estimation of P-gp functional activity and highlighted the effects of inhibition on efflux activity in animals and humans.Overall, this work emphasizes the importance of developing relevant evaluation criteria that consider the pharmacology of transporters and the clinical context to develop and assess the performance of radiotracers intended for imaging transporters like P-gp. The results strengthen the interest in [11C]metoclopramide and justify its use for the functional study of P-gp at the BBB in a clinical protocol recruiting patients with DRE.