2.7 Etude de la résistance acquise au CPT11
2.7.6 Résultats expérimentaux sur culture de cellules Caco-2
Nous avons étudié expérimentalement l’induction des transporteurs ABC par le CPT11 dans des cellules Caco-2 non synchronisées. L’objectif des expé- riences présentées ci-après est de déterminer si le CPT11 induit l’expression de ses principaux transporteurs d’efflux, à savoir ABCB1, ABCC1, ABCC2 et ABCG2.
Méthodes
Quatre jours après l’obtention de la confluence, les cellules non synchro- nisées ont été exposées, ou non, à 120 µM de CPT11 pendant 96 heures. Les prélèvements de cellules ont été effectués après 0, 2, 6, 12, 24, 36, 48, 72 et 96 h d’exposition.
Résultats
Aucune différence statistiquement significative n’a été observée entre l’ex- pression des transporteurs ABCB1, ABCC1, ABCC2 et ABCG2 dans les cellules témoins et dans les cellules exposées au CPT11 (Figure 2.17). Les niveaux d’expression des transporteurs ABCB1 et ABCC2, dans les cellules traitées ou non, augmentent jusqu’à environ 12 h puis diminue jusqu’à 36 h pour augmenter plus modérément jusqu’à 96 h. ABCC1 présente ce com- portement uniquement dans le groupe témoin. Le niveau d’expression du transporteur ABCG2 varie peu dans le temps, et semble similaire dans les cellules contrôles ou exposées au CPT11.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Time (hours) [ABCB1]/[36B4] (u.a.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Time (hours) [ABCC1]/[36B4] (u.a.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Time (hours) [ABCC2]/[36B4] (u.a.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Time (hours) [ABCG2]/[36B4] (u.a.)
Fig.2.17: Quantité d’ARN messagers des principaux transporteurs d’ef-
flux du CPT11, en présence (rouge) et absence (bleu) du médicament. Les résultats présentés sont la moyenne (± SEM) de deux points de données pro- venant d’une même expérience.
2.8
Etude de l’équilibre des formes lactone et car-
boxylate du CPT11
Le CPT11 existe sous deux formes selon le pH : lactone ou carboxylate. Un pH acide favorise la formation de la forme lactone, alors qu’un pH alcalin favorise celle de la forme carboxylate ([26]).
Le modèle mathématique
Un modèle mathématique à base d’équations différentielles ordinaires a été construit pour étudier l’équilibre entre les formes lactone et carboxylate du CPT11 en fonction du pH de la solution. Nous supposons la tempéra- ture égale à 37oC. Nous considérons que les réactions se produisent dans un
système contenant une solution tampon, de sorte que le pH reste constant. C’est notamment le cas du milieu extracellulaire en culture de cellules.
Deux réactions chimiques inverses se produisent : À pH haut : CP Tlactone+ HO− kc −→CP Tcarboxylate À pH bas : CP Tcarboxylate+ H3O+ kl −→CP Tlactone+ H2O
La vitesse de ces réactions dépendent clairement de la concentration en ions [H3O+] et [HO−], et donc du pH.
Nous notons CP Tl et CP Tc les concentrations des formes lactone et car-
boxylate du CPT11 respectivement. Elles sont exprimées en µM. Nous consi- dérons un système fermé dans lequel la quantité totale de CPT11 est conser- vée : CP Tc+ CP Tl= CP Ttot.
Nous supposons que les réactions considérées suivent la loi d’action de masse et utilisons la loi de conservation de la quantité de CPT11 pour obtenir l’équation suivante pour CP Tl:
dCP Tl
dt = −(kl[H3O
+] + k
c[HO−])CP Tl+ kl[H3O+]CP Ttot
Par définition, les concentrations des ions [H3O+] et [HO−] dépendent
du pH comme suit : [H3O+] = 10−pH et [HO−] = 10pH−14.
Nous introduisons ces expressions dans l’équation 2.21 :
dCP Tl
dt = −(kl10
−pH+ k
Le pH peut être considéré comme constant puisque nous sommes en pré- sence d’une solution tampon. L’équation ci-dessus peut alors être résolue analytiquement : CP Tl(t) = (CP Tl(0) − B A)e −At+B A (2.21) avec A = kl10−pH+ kc10pH−14 et B = kl10−pHCP Ttot
A l’équilibre, CP Tl admet la valeur suivante :
CP T∗
l = BA =
kl10−pH
kl10−pH+kc10pH−14CP Ttot Estimation des paramètres et validation du modèle
Nous avons utilisé les données expérimentales présentées dans les ta- bleaux I et II de [26] pour estimer kc et kl par une méthode des moindres
carrés, utilisant l’algorithme CMAES pour la tâche de minimisation (cf. chapitre 5). Les valeurs de paramètres obtenues sont : kl = 19300 h−1 et
kc = 8.54 10−6 h−1 (Figure 2.18, 1 et 2). Nous avons ensuite validé notre
modèle en le comparant aux résultats expérimentaux de la figure 6 dans [26] qui présente le pourcentage de forme lactone à l’équilibre en fonction du pH (Figure 2.18, 3).
Équilibres dans les conditions expérimentales de culture des cellules Caco-2
La solution mère de CPT11 qui a été utilisé pour les expériences sur les Caco-2 a un pH de 4.4. Or, la culture des cellules s’est faite dans un milieu extracellulaire de pH 7.8. Il a donc fallu ajouter la solution mère au milieu de culture avant l’exposition aux cellules de sorte que l’équilibre des formes lactone et carboxylate soit atteint au moment de celle-ci. Nous avons utilisé le modèle mathématique présenté ci-dessus pour estimer la durée nécessaire à l’obtention de l’équilibre.
En termes numériques, dire que la concentration de la forme lactone de CPT11 CP Tl est à l’équilibre au temps t∗ se traduit par :
CP Tl(t∗) − CP Tl∗≤eps, où eps peut typiquement être fixé à 10−3.
À pH 4.4, toutes les molécules de CPT11 sont sous forme lactone ([26]) : [CP Tl](0) = [CP Ttotal]. En utilisant l’équation 2.21, nous obtenons la for-
mule suivante pour t∗ :
t∗ ≥ 1
A(ln(CP Tl(0) − B
0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 Time (hours) CPT11 carboxylate ( µ
g/ml) Data from [32]Model
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 0 5 10 15 20 Time (hours) CPT11 lactone ( µ g/ml) 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 80 100 pH CPT11 lactone (% of CPT11 total quantity)
Fig. 2.18: Estimation des paramètres et validation du modèle mathé-
matique de l’équilibre des formes lactone et carboxylate du CPT11 1 : évolution temporelle de la transformation de la forme carboxylate en forme lactone à pH 4 ( ), 5 (•) et 6 (). 2 : évolution temporelle de la transformation de la forme lactone en forme carboxylate à pH 6 (), 7 (), 8 (•) et 9 ( ). 3 : Rapport de la forme lactone sur la quantité totale de CPT11 à l’équilibre, en fonction du pH. Les données expérimentales proviennent de [26].
Pour une concentration de CPT11 égale à 115 µ M, qui est la plus grande considérée dans nos expériences, nous obtenons : t∗ ≥2.9 h. Nous concluons
donc que la solution mère de CPT11 doit être ajoutée au milieu extracellu- laire au moins 3 h avant l’exposition des cellules, pour que l’équilibre lac- tone/carboxylate soit atteint au moment de celle-ci.
Chapitre 3
Vers l’optimisation de
l’administration
chronomodulée du CPT11 chez
la souris
3.1
Motivations
Les rythmes circadiens de la toxicité à l’irinotecan ont été étudiés dans six groupes de souris à savoir les trois lignées, C57BL/6, B6D2F1 et B6CBAF1, mâles et femelles. L’étude expérimentale de la survie, de la perte de poids, et des toxicité colique et hématologique en réponse à l’administration du médicament à plusieurs heures circadiennes a permis la détermination de trois classes de chronotoxicité . La classe 1, les souris de la lignée B6D2F1 femelles, présentent la pire tolérabilité au CPT11 après une administration à ZT3, et la meilleure pour une administration à ZT15. La classe 2, les souris B6D2F1 mâles, montrent une pire heure d’administration à ZT23 et une meilleure à ZT11. Enfin, la classe 3, les B6CBAF1 femelles présentent la pire tolérabilité pour une injection à ZT7, et la meilleure pour ZT15 ([101]).
Nous proposons ici une approche pluridisciplinaire mathématique et ex- périmentale dont le but est la détermination de schémas d’administration chronomodulés optimaux pour chaque classe de chronotoxicité. Notre étude permettra également l’investigation de biomarqueurs moléculaires des trois classes, par la mise en évidence des rythmes circadiens de protéines jouant un rôle prépondérant dans la réponse circadienne au médicament.
L’approche de modélisation que nous avons entrepris consiste en la concep- tion d’un modèle PK-PD "corps entier" à base physiologique, qui est basée
sur une étude au niveau tissulaire, réalisée préalablement in vitro ([102, 57, 59]). Le modèle mathématique mis au point pour une population de cel- lules en culture, présenté au chapitre 2, a été adapté pour la conception du modèle "corps entier" de la PK-PD de l’irinotecan. Les paramètres du mo- dèle doivent ensuite être déterminés pour chaque classe de chronotoxicité à partir des données expérimentales. La comparaison des trois ensembles de paramètres pourrait permettre la détermination de biomarqueurs molécu- laires caractérisant chaque classe. Enfin, le modèle ainsi calibré peut ensuite être utilisé dans des procédures d’optimisation thérapeutique permettant de concevoir des schémas d’administration chronomodulés optimaux pour chaque classe.
Nous présentons ici le modèle mathématique, puis l’estimation de para- mètres à partir de deux ensembles de résultats expérimentaux : la PK san- guine et tissulaire du CPT11 et du SN38 après injection aux pire et meilleure heures de tolérabilité, et les profils circadiens des protéines de la pharmacolo- gie du CPT11. Un ensemble de paramètres a été déterminé pour la classe 2, les souris B6D2F1 mâles, la même étude étant en cours pour les deux autres classes.