P-glycoprotein modulations and drug pharmacokinetic variability : development of in-vitro approaches

Abstract

Les transporteurs d’efflux jouent un rôle clé dans la pharmacocinétique des médicaments et sont impliqués dans de nombreuses variabilités intra-et inter-individuelles. Ainsi, plusieurs modèles in-vitro de barrière ont été validés comme standards pour prédire le transport des médicaments, leur application reste cependant limitée aux interactions et concernent principalement des modèles d’absorption. De ce fait, l’objectif de ce travail de thèse consistait principalement à caractériser un modèle in-vitro de barrière rénale appliqué à l’étude du transport des médicaments et de ses modulations. La première étude était axée sur la caractérisation pharmacologique de la lignée rénale humaine RPTEC/TERT1. Ce modèle présentait les principaux critères d’un modèle de barrière rénale. L’étanchéité du modèle, les perméabilités membranaires ainsi que l’expression des transporteurs d’efflux ont été validés. Cependant, seule la fonctionnalité de P-gp a été clairement établie dans notre étude, limitant son application à l’étude de ce transporteur. La seconde étude a donc permis d’évaluer l’application du modèle RPTEC/TERT1 à des études d’interactions médicamenteuses liées à la P-gp rénale. L’évaluation du potentiel inhibiteur de médicaments connus pour interagir ou non avec la P-gp, en utilisant un substrat spécifique, a ainsi permis de considérer le modèle pour étudier le transport rénal des médicaments médié par la P-gp. Par ailleurs, une comparaison des IC50 estimés au sein du modèle rénal avec le modèle de référence Caco-2 a révélé l’intérêt de développer des modèles humains plus physiologiques pour améliorer l’extrapolation des données à l’in-vivo. Enfin, après avoir démontré la pertinence du modèle RPTEC/TERT1, la troisième étude visait à étudier l’impact de l’inflammation sur l’expression et l’activité de P-gp en exposant les cellules à des cytokines pro-inflammatoires. La barrière intestinale était également évaluée ici en utilisant le modèle Caco-2. Dans notre étude, des effets opposés ont été observés entre le TNF-α et l'IL-1β qui ont induit respectivement, une induction et une répression de la P-gp. Enfin, nous avons pour la première fois exposé les cellules RPTEC/TERT1 et Caco-2 à des plasmas de patients inflammatoires. Une approche originale qui a mis en évidence une répression de l’expression et de l’activité de P-gp. Finalement, ce travail a permis de considérer le modèle RPTEC/TERT1 comme outil pertinent pour étudier l’efflux rénal des médicaments mais a aussi ouvert la voie à de nouvelles approches in-vitro.Efflux transporters play a key role in drug pharmacokinetics and are involved in many intra- and inter-individual variabilities. Thus, several in-vitro barrier models have been validated as standards for predicting drug transport, but their application remains limited to interactions and mainly concerns absorption models. Therefore, the aim of this work was mainly to characterize an in-vitro renal barrier model applied to the study of drug transport and its modulations. The first study focused on the pharmacological characterization of the human renal cell line RPTEC/TERT1. This model presented the main criteria of a renal barrier model. The tightness of the model, the membrane permeabilities as well as the expression of drug efflux transporters were validated. However, only the functionality of P-gp was clearly established in our study, limiting its application to the study of this transporter. The second study therefore evaluated the application of the RPTEC/TERT1 model to renal P-gp-related drug interaction studies. The evaluation of the inhibitory potential of drugs known to interact or not with P- gp, using a specific substrate, thus allowed the model to be considered to study P-gp-mediated renal drug transport. Furthermore, a comparison of the estimated IC50s within the renal model with the reference model Caco-2 revealed the interest of developing more physiological human models to improve the extrapolation of data to in-vivo. Finally, the impact of inflammation on P-gp expression and activity was assessed by exposing cells to pro-inflammatory cytokines. In our study, opposite effects were observed between TNF-α and IL-1β which induced, respectively, induction and repression of P- gp. Finally, we exposed for the first time RPTEC/TERT1 and Caco-2 cells to inflammatory plasmas from patients. This original approach revealed a repression of P-gp expression and activity. Finally, this work allowed to consider the RPTEC/TERT1 model as a relevant tool to study renal drug efflux but also opened the field to new in-vitro approaches