Une fois le diagramme réalisé, la construction d’un modèle PBPK s’effectue à partir de paramètres physiologiques, physico-chimiques et biochimiques.
a) Les paramètres physiologiques
Les débits et volumes et/ou poids des organes des animaux peuvent être obtenus directement par mesure ou indirectement en utilisant la méthode allométrique. Les débits des organes sont exprimés en pourcentage du débit cardiaque total et les poids des organes sont liés au poids corporel total et sont également exprimés en pourcentage. Pour les organes regroupés en un seul compartiment, le volume et le débit de ce compartiment est la somme des volumes et des débits des tissus impliqués. La loi de conservation de masse doit être observée et vérifiée (168).
b) Les paramètres d’ADME
Pour établir un modèle PBPK, il faut connaître les paramètres spécifiques de chaque phase : - Pour l’absorption, selon la voie d’administration, différents paramètres in vitro ou in vivo doivent être déterminés. Pour une administration intraveineuse, le modèle ne nécessite pas d’information particulière outre, la dose et la durée d’injection pour une perfusion.
Parmi toutes les voies d’administration, la voie orale est particulièrement étudiée du fait du nombre important de médicaments administrés de cette façon. De plus cette voie est particulièrement intéressante en sécurité alimentaire. Une revue des stratégies visant à estimer l’absorption des médicaments a récemment été réalisée (28). Les méthodes décrites incluent des modèles in silico, des membranes artificielles comme modèle d’absorption, des modèles in vitro tels que la chambre de Ussing et les monocouches de cellules intestinales Caco-2, la perfusion d’intestin de rats in situ et des études in vivo. La phase d’absorption dépend de nombreux mécanismes physiologiques (vidange gastrique) et biochimiques (pH du tractus intestinal) ainsi que des propriétés physico-chimiques de la molécule (lipophilie, pKa). En groupant les données in vitro (perméabilité membranaire) et les données in silico (propriétés physico-chimiques et solubilité à différents pH) injectées dans un programme IDEA (Navicyte, Sparks, USA), de bonnes prédictions d’absorption ont été rapportées chez l’homme (231). Les expériences de perméabilité avec des membranes artificielles offrent la possibilité de grouper les composés selon qu’ils sont faiblement ou fortement perméables. Après cette étape d’évaluation à haut débit des molécules, Les composés hautement perméables requièrent des investigations supplémentaires avec les cellules Caco-2 du fait que
les membranes artificielles soient dépourvues de systèmes actifs de transport et de mécanismes d’efflux tels que la Pgp. Les méthodes des sacs éversés et de la chambre de Ussing sont des méthodes plus élaborées dans le sens où elles fournissent également des informations sur le métabolisme intestinal. Autrement, l’absorption in vivo peut être estimée à partir d’études de biodisponibilité en utilisant la constante d’absorption de la voie orale.
- La distribution est un phénomène important : tous les produits après avoir atteint la circulation systémique se distribuent dans les différents tissus de l’organisme. Le paramètre pharmacocinétique habituellement employé pour décrire la distribution est le volume de distribution à l’état d’équilibre : Vss. Il représente le volume des tissus dans lequel le produit se distribue, multiplié par le coefficient de partage tissu/sang (Kp). Le Kp indique le degré d’accumulation d’un produit dans le tissu par rapport au plasma dans des conditions d’équilibre. Il est utilisé comme paramètre d’entrée du modèle PBPK en complément des volumes des organes et tissus pour permettre la description de la phase de distribution. Il est possible de déterminer ces Kp in vivo par la méthode des aires (91) mais cela nécessite des conditions expérimentales relativement contraignantes. Ces difficultés d’obtention des Kp ont longtemps entravé l’utilisation des modèles PBPK. Récemment, des travaux (183) ont permis de mettre au point une nouvelle méthode de détermination des Kp chez les animaux de laboratoire et l’homme basée sur les caractéristiques propres à chaque molécule : la lipophilie (Log P), la fraction libre plasmatique (fu) et sur des données physiologiques liées à la composition des tissus (eau, lipides neutres, phospholipides). Ces données sont issues de la littérature. L’intérêt de cette méthode in silico est l’absence de manipulation et la transposition inter-espèces à partir de données physiologiques propres à chaque espèce. Le rôle de transporteur des érythrocytes pour certains médicaments tels que les agents cytotoxiques utilisés en chimiothérapie (208), le valproate ou le phénytoine ont conduit à déterminer l’importance quantitative de ce phénomène dans la cinétique de ces produits de manière reproductible (113) par l’établissement d’un ratio sang/plasma qu’il est possible d’incorporer aisément au compartiment plasmatique d’un modèle PBPK.
- La description du métabolisme hépatique au sein d’un modèle PBPK est plus aisée depuis l’utilisation de méthodes in vitro pour la détermination de la clairance intrinsèque. Ces méthodes utilisent l’incubation d’hépatocytes ou de microsomes. Dans le modèle PBPK, la clairance métabolique est exprimée à partir des données in vitro et de facteurs d’extrapolation qui tiennent compte des différences d’activité enzymatique entre la structure utilisée in vitro et le foie. L’activité d’enzymes spécifiques comme celles des cytochrome P450 ou la gluthatione S transférase peut également être déterminée dans les poumons et les reins. Il est également possible d’utiliser des microsomes pulmonaires ou rénaux si le métabolisme de la molécule dans ces organes est important à décrire.
- Enfin, pour l’excrétion, les organes impliqués sont identifiés et décrits dans le modèle. Les paramètres d’excrétion : constante d’excrétion biliaire ou urinaire sont déterminées après des premières expériences in vivo, ils peuvent également être estimés à partir du modèle (168). La clairance biliaire est un processus important qui est rarement modélisé explicitement dans les approches courantes de simulation bien qu’il y ait eut des travaux sur les processus impliqués dans la capture et la sécrétion des médicaments dans la bile. En effet quelques simulations ont été publiées sur la recirculation des acides biliaires endogènes, qui pourraient utiliser les mêmes systèmes que ceux adoptés par l’organisme pour l’élimination des médicaments (220). La clairance d’un médicament du plasma dans la bile est un phénomène complexe (23) qui est dépendant des propriétés intrinsèques de transport de la molécule autant que de l’étendue de son métabolisme et de la conjugaison. Les composés ayant une lipophilie suffisante sont supposés s’équilibrer librement entre le plasma et la bile du fait de leur forte perméabilité transcellulaire. La clairance biliaire de tels composés sera donc dépendante des concentrations
plasmatiques et du débit biliaire. Un système de transport actif pour les composés à fort poids moléculaire a également été décrit (99).