Mathilde Lacroix

Suboptimal pharmaceutical drug performance remains a critical issue in healthcare, contributing to preventable mortality, morbidity, and economic burden. Despite advancements in drug development, a...

Dans le contexte actuel d’émergence de résistance aux antibiotiques, l’utilisation de ces derniers doit être améliorée avec une optimisation de leurs schémas posologiques pour augmenter leur efficacité tout en limitant leur toxicité et en réduisant le développement de résistances. Cette optimisation repose sur une meilleure caractérisation de la relation pharmacocinétique (PK) et pharmacodynamique (PD) des antibiotiques afin de mieux comprendre leurs effets sur les bactéries. Cependant, les études PK/PD reposent sur des tests in vitro standardisés et réalisés dans des conditions expérimentales peu ou pas transposables à l’environnement in vivo ; entrainant un manque de corrélation entre les prédictions faites à partir des études PK/PD et les résultats obtenus in vivo.La première partie de cette thèse a visé à évaluer par des approches de modélisation semi-mécanistique, l’effet des conditions expérimentales in vitro sur la PK/PD de la polymyxine B (PMB), traitement de dernier recours pour traiter les infections multi-résistantes, lors d’expériences de « time-kill » avec Acinetobacter baumannii cité comme pathogène prioritaire par l’OMS. Dans un premier temps, l’impact de l’inoculum bactérien sur l’efficacité de la PMB a été évalué. Une augmentation de l’EC₅₀ (concentration permettant l’obtention de 50% de l’effet maximal) par un facteur 17 a été observée entre les inocula à 10⁵ et 10⁸ UFC/mL. Une seconde étude a évalué l’impact des milieux de culture in vitro riches en nutriment. Les résultats ont montré que la dilution du milieu jusqu’à 10 fois n’affectait pas la croissance des souches sans antibiotique, mais qu’elle entrainait une augmentation de la vitesse de bactéricide due à la PMB, et une réduction de la repousse bactérienne apparente observée habituellement lors des expériences in vitro. Enfin l’impact de l’environnement bactérien au niveau du site d’infection a été caractérisé par l’ajout de mucine (principal composant du mucus retrouvé notamment dans les poumons) dans le milieu de culture in vitro. Les données suggèrent qu’en clinique plus de 90% de la PMB serait liée à la mucine.Afin d’enrichir les modèles PK/PD, le travail de cette thèse a également consisté à caractériser les mécanismes de résistance responsables des repousses bactériennes observées lors des tests in vitro. Les résultats de séquençage ont démontré que les repousses observées n’étaient pas systématiquement dues à l’apparition de mutations dans les gènes de résistance, suggérant la présence de mécanismes alternatifs. L’étude de transcriptomique associée à de la microscopie confocale a permis de mettre en évidence de potentiels mécanismes d’adaptation des souches. Enfin, les modèles PD développés à partir des données de time-kill in vitro ont été connectés à un modèle PK de la PMB obtenu chez la souris afin de simuler l’évolution du nombre de bactéries au cours du temps. Ces prédictions ont ensuite été comparées aux données observées dans des modèles murins d’infection du poumon et de la cuisse. La capacité des modèles PK/PD à prédire les données in vivo était améliorée lorsque l’impact des conditions expérimentales était pris en compte, bien que des recherches complémentaires soient encore nécessaires.Ce travail de recherche s'inscrit dans les efforts d’amélioration continue de la modélisation PK/PD vers des modèles plus mécanistiques afin de mieux caractériser les phénomènes biologiques et de pouvoir extrapoler les observations in vitro ou in vivo à des situations plus larges. Il a ainsi permis de montrer que les variations des conditions expérimentales in vitro avaient un impact conséquent sur la PK/PD, et que pour améliorer la corrélation avec l’in vivo, il était nécessaire de rapprocher les conditions expérimentales in vitro de l'environnement physiopathologique in vivo. Les données mécanistiques apportent des informations pertinentes sur les phénomènes de résistance mais restent encore difficilement intégrables dans les modèles aujourd’hui.