Modèles in vitro, modèles in vivo et pharmacocinétique: que pouvons-nous apprendre des modèles in vitro

Les modèles pharmacocinétiques in vitro de l’infection peuvent apporter une contribution importante à l’étude des propriétés pharmacodynamiques d’un agent antibactérien. En conjonction avec des évaluations pharmacodynamiques chez l’animal et chez l’homme, ils fournissent des données permettant l’optimisation des schémas posologiques. Décrire l’effet d’un médicament sur une population bactérienne et fournir des données pour des études plus analytiques, y compris des tests d’hypothèses. Les études analytiques fournissent des informations sur le paramètre pharmacodynamique le mieux associé au résultat choisi, ainsi que sur sa magnitude. les caractéristiques de la méthode modèle d’enlèvement de médicament, la densité d’inoculum et la phase de croissance, les doses simulées, les espèces et la gamme de sensibilité des bactéries, et les méthodes et outils analytiques utilisés pour mesurer l’effet antibactérien auront un effet sur les conclusions rôle futur important pour assurer l’efficacité des antibiotiques et réduire les risques de résistance

Le modèle pharmacocinétique in vitro est l’un des outils utilisés pour explorer la pharmacodynamique antibactérienne. Les modèles pharmacocinétiques in vitro fournissent des données sur les propriétés pharmacodynamiques d’un médicament, ainsi que sur des modèles animaux et des études sur des humains. des données pharmacodynamiques chez l’homme et chez l’animal Dans les rares cas où les données d’un modèle in vitro ne concordent pas avec celles d’autres sources, des précautions doivent être prises Des modèles in vitro peuvent être utilisés pour évaluer l’efficacité – effet antibactérien Ainsi, les modèles in vitro jouent un rôle clé dans l’optimisation de l’efficacité des antibiotiques tout en minimisant le risque d’émergence de résistances. Il existe des types d’études de base utilisant des systèmes modèles in vitro: études descriptives de l’effet d’une dose humaine simulée , et des études analytiques pour trouver l’association optimale d’un facteur pharmacodynamique particulier avec l’action antibiotique, def Les paramètres pharmacodynamiques fréquemment étudiés sont le rapport de la surface sous la courbe de concentration sérique-temps à MIC AUC / MIC, le rapport de concentration sérique maximale à MIC Cmax / MIC, et, enfin, la concentration sérique reste supérieure à la CMI de la souche testée T & gt; MIC T & gt; La CMI est habituellement exprimée en pourcentage. Ces paramètres cherchent à décrire la forme de la courbe optimale du temps antibiotique. Si Cmax / CMI est le paramètre dominant, alors de grandes doses peu fréquentes seront favorisées, mais si T & gt; La MIC est celle qui collabore le mieux avec l’effet antibactérien, puis l’administration d’une petite perfusion fréquente ou continue sera la meilleure. L’ASC / CMI implique que toute fréquence d’administration et de dose aura le même effet, à condition que les AUC soient les mêmes. Ces dernières années, la pharmacocinétique et la Cmax se sont développées pour jouer un rôle central dans l’évaluation des antibiotiques car elles intègrent des données pharmacocinétiques et de sensibilité aux pathogènes pour fournir des informations utiles sur la dose et la fréquence d’administration des médicaments à usage humain. période, les fluoroquinolones ont assumé un rôle clinique clé; par conséquent, ils sont la classe de médicaments la plus étudiée du point de vue pharmacodynamique Par conséquent, dans cette discussion, nous utiliserons comme données les données générées par les études des fluoroquinolones dans des modèles in vitro En outre, bien que la plupart des informations soient disponibles sur les effets antibactériens, sur l’émergence de la résistance sera également examiné

Etudes descriptives

Les études décrivant l’effet antibactérien entrent dans les catégories suivantes: Études de l’activité d’un seul agent contre une seule espèce Ces études sont réalisées pour évaluer l’activité d’un agent antimicrobien contre une espèce particulière, peut-être parce qu’il est un pathogène important ou a développé une nouvelle résistance à l’agent. , fluoroquinolones et Haemophilus influenzae Compte tenu des préoccupations cliniques antérieures concernant l’activité clinique des fluoroquinolones, comme l’ofloxacine et la ciprofloxacine, contre Streptococcus pneumoniae, plusieurs nouveaux fluoroquinolones ont été testés contre S pneumoniae, notamment la lévofloxacine, la grepafloxacine, la moxifloxacine et la trovafloxacine. dans le tableau, des doses simulées de moxifloxacine aux essais cliniques standard dosage de mg donné toutes les h ont un effet significatif et reproductible contre S pneumoniae dans une variété de modèles Des données similaires sont disponibles pour la lévofloxacine et la trovafloxacine Ceci rassure sur l’efficacité probable de ces agents je Études comparatives de l’activité de plusieurs agents sur une seule espèce L’effet de différents agents de la même classe ou de classes différentes peut également être évalué pour montrer si un médicament a des effets pires, équivalents ou meilleurs que les agents déjà utilisés en pratique clinique Les fluoroquinolones, telles que la trovafloxacine, la lévofloxacine et la moxifloxacine, ont une activité antipneumococcique supérieure à celle de l’ofloxacine, de la ciprofloxacine et de la grepafloxacine lorsqu’elles sont testées dans divers modèles. et évalué par rapport à un certain nombre de mesures antibactériennes différentes, telles que le temps nécessaire pour tuer% de l’inoculum initial Δ, l’ampleur de l’éradication bactérienne à différents moments ou l’intensité de l’effet Lorsqu’un certain nombre d’agents sont testés dans le même modèle, On peut émettre des hypothèses sur les médicaments Études sur l’activité d’un seul agent contre des groupes de bactéries On a récemment postulé que la pharmacodynamique du gram-n En particulier, S pneumoniae et les bâtonnets Gram négatif aérobies qui sont traités avec des fluoroquinolones peuvent être différents et l’ASC / CIM nécessaire pour obtenir l’autorisation des modèles in vitro peut être plus faible pour S pneumoniae que pour Escherichia coli ou Pseudomonas aeruginosa [,,] Ce problème ne peut pas être entièrement résolu en raison du nombre de problèmes avec les données générées à ce jour. Premièrement, une gamme relativement étroite de susceptibilité était apparente dans les souches qui ont été testées jusqu’à présent, et la dose complète les courbes de réponse n’ont pas pu être développées; deuxièmement, on ne sait pas si l’AUC / MIC est mieux corrélée avec l’effet antibactérien dans les modèles utilisés; et le troisième et le plus important, S pneumoniae n’a pas été testé en parallèle avec E coli ou P aeruginosa D’autres données provenant de différents modèles indiquent que l’AUC / MIC nécessaire pour éradiquer S pneumoniae peut être équivalente ou supérieure à celle pour les bâtonnets aérobies Gram négatif Nos données, générées à partir du même système modèle utilisant la moxifloxacine, indiquent qu’avec des CMI similaires, les pathogènes à Gram négatif, tels que H influenzae ou Moraxella catarrhalis, sont inhibés dans une plus grande mesure que les bactéries à Gram positif, telles que S pneumoniae, Staphylococcus aureus ou streptocoques β-hémolytiques Par conséquent, différentes espèces peuvent réagir pour produire des effets antibactériens différents étant donné les mêmes expositions médicamenteuses et des CMI similaires. Ces observations ont été faites en utilisant des concentrations fixes de fluoroquinolones et en comparant E. coli, P. aeruginosa , et S aureus À l’heure actuelle, davantage de données sont nécessaires avant de pouvoir tirer des conclusions définitives alcoolodépendance. Études sur les combinaisons d’agents antibiotiques Compte tenu de la complexité de simuler des profils de temps de concentration sérique avec différents médicaments et différentes demi-vies, les combinaisons sont rarement testées en utilisant des modèles in vitro En outre, il n’existe pas de critères clairs pour décider si les combinaisons sont différentes pour les agents individuels. la rifampicine et la trovafloxacine plus l’ampicilline / sulbactam n’ont pas montré de bénéfice clair pour les combinaisons

Table View largeTélécharger la diapositiveActivité de la moxifloxacine contre Streptococcus pneumoniae étudiée dans des modèles in vitroTable View largeDownload slideActivité de la moxifloxacine contre Streptococcus pneumoniae étudiée dans des modèles in vitro

Tableau View largeTélécharger slideL’activité comparée des fluoroquinolones contre Streptococcus pneumoniae étudiée dans des modèles in vitroTable View largeTélécharger une diapositiveActivité comparative des fluoroquinolones contre Streptococcus pneumoniae étudiée dans des modèles in vitroDeux méthodes ont été utilisées pour évaluer l’émergence de résistance, en utilisant des modèles in vitro; le premier dépend de la mesure des CMI de la souche avant et après l’exposition au médicament dans le modèle, et le second consiste à repiquer les bactéries directement du modèle à divers moments d’exposition et à évaluer leur capacité à croître sur de l’agar contenant diverses concentrations d’antibiotiques. Les deux approches ont été utilisées dans l’étude de Marchbanks et al , dans laquelle des souches de P aeruginosa ont été exposées à la ciprofloxacine administrée à des doses simulées de g par heure. Les CMI ont augmenté avec plusieurs doses quotidiennes simulées mg tid ou mg bid, Le nombre de bactéries capables de croître sur gélose contenant mg ​​/ L de ciprofloxacine par rapport à une seule exposition mg qd Ces données suggèrent que des doses importantes et peu fréquentes de fluoroquinolone sont moins susceptibles d’encourager l’émergence d’une résistance que de multiples petites doses administrées pendant la même période de temps; également, ces données soulignent l’importance des concentrations élevées de Cmax dans la prévention de la résistance

Études analytiques

Les ions Cmax / MIC ou T & C sont autorisés à varier Une telle approche a été adoptée avec la ciprofloxacine, pour laquelle des simulations de g une fois par jour ou de mg deux fois par jour ont été comparées Dans ce modèle, on savait La CMI était liée au résultat, mesurée par la surface sous la courbe de destruction bactérienne AUBKC. Comme on pouvait s’y attendre, la comparaison des résultats déterminés par AUBKC indiquait que les deux régimes étaient équivalents. Cependant, comparaison des paramètres qui mesuraient la clairance bactérienne au début des simulations. réduction maximale du nombre Δ max, réduction du nombre de bactéries à h Δ, ou pente initiale de la courbe du temps de comptage viable S-indiqué que les doses journalières étaient supérieures On a récemment émis l’hypothèse que Cmax / CMI détermine les résultats pour les fluoroquinolones si la valeur est & gt ;, alors que AUC / MIC détermine le résultat si le Cmax / MIC est & lt; Ceci est partiellement supporté par les données notées précédemment, dans lesquelles, pour la plupart des simulations, / Cmax / MIC était & lt; et AUC / MIC sont mieux corrélés avec les résultats Le tableau montre les résultats des doses simulées de mg de gémifloxacine administrées par voie buccale et mg qd pour les souches de S pneumoniae avec une gamme de CMI de gémifloxacine Les méthodes étaient similaires à celles de MacGowan et al. Pour les souches ayant les CMI les plus faibles et les Cmax / CMI les plus élevées, l’administration une fois par jour a entraîné une AUBKC plus faible et, par conséquent, un effet antibactérien plus important que des doses de deux fois par jour. Rapport de CMI, l’AUBKC était similaire Ceci étaye davantage l’hypothèse proposée par Drusano et al Sensibilité des souches utilisées Souches qui représentent la distribution de susceptibilité de type sauvage, souches sélectionnées avec des mécanismes de résistance connus, ou une gamme de valeurs MIC Des souches sensibles à résistantes peuvent être utilisées [,,] Lorsqu’aucune souche résistante n’est disponible, des mutants isogéniques peuvent être créés à partir de souches sensibles Si les souches sont représentatives de la population native et d’un singulier. La simulation de dosage est utilisée, ce qui produit souvent une gamme insuffisante de paramètres pharmacodynamiques pour produire une analyse utile. Mesures de l’effet antibactérien L’une des principales contributions de Firsov et Zinner au développement de modèles pharmacocinétiques in vitro améliorés de l’infection a été de mesure de l’effet antibactérien a été le plus utile pour les corrélations pharmacodynamiques Les mesures d’effet antibactérien tombent dans les types suivants: Ceux qui dépendent des changements dans le compte viable à divers moments tout au long de la simulation; par exemple, changement de compte à h Δ Le changement maximum de compte viable peut également être calculé Δ max, bien que cela se produise à n’importe quel moment pendant la simulation de la doseParamètres dépendant du temps pour tuer% de l’inoculum initial Δ ou ΔArea mesure ces paramètres intègrent à la fois le temps et le nombre de colonies de log, de sorte qu’ils sont habituellement mesurés en log cfu / mL par heure Rustige et Weideman ont proposé la zone au-dessus de la courbe de destruction bactérienne AAC; En revanche, d’autres chercheurs ont mesuré l’AUBKC Lorsque la reproductibilité d’une variété de mesures d’effets antibactériens a été comparée dans des expériences répétées de moxifloxacine et de gémifloxacine, le coefficient de variation en pourcentage de l’AUBKC était inférieur aux autres mesures avec le travail utilisant des concentrations d’antibiotiques statiques dans des expériences de time-kill, où AUC s’est avérée être la mesure la plus fiable Intensité de l’effet IE est une autre mesure de zone, mais, à la différence de AUBKC ou AAC, les bactéries se développent après l’exposition à l’antibiotique IE est la zone située entre une courbe de croissance témoin sans médicament et une courbe dans laquelle les bactéries sont exposées à un antibiotique jusqu’au moment où elles atteignent la même densité de population que le témoin [, ] Il dépend principalement de T & gt; MIC AAC et IE varient directement avec la taille de l’effet antibactérien, alors que AUBKC varie inversement avec la taille de l’ef antibactérien fect Paramètres pharmacodynamiques sélectionnés AUC / MIC, Cmax / MIC, et T & gt; MIC sont les principaux paramètres pharmacodynamiques utilisés, bien que d’autres, tels que AUC & gt; MIC et pondéré AUC T & gt; CMI × AUC / CMI, peut également être utilisé Méthodes analytiques utilisées Un certain nombre de méthodes analytiques ont été employées en utilisant des données de modèles in vitro L’analyse univariée montre souvent que T & C, MIC, AUC / MIC, Cmax / MIC et MIC Tableau des effets antibactériens Effet maximum sigmoïde Les modèles Emax peuvent être utilisés pour ajuster ces données, ce qui permet généralement à l’AUC / MIC de produire un effet% à calculer Parfois, il n’est pas possible d’adapter le T & gt MIC à un effet antibactérien. en utilisant un modèle sigmoïde Les modèles Sigmoid Emax peuvent également être utilisés pour montrer que l’émergence de la résistance de P aeruginosa à la ciprofloxacine et l’ofloxacine est liée à AUC / MIC ou Cmax / MIC A Cmax / MIC de & gt; était associé à aucune augmentation des CMI de lévofloxacine, d’ofloxacine et de ciprofloxacine lors de tests contre des isolats multirésistants de S pneumoniae

Table View largeTélécharger slideActivité de la gemifloxacine contre Streptococcus pneumoniae en utilisant une simulation avec différents taux de concentration sérique maximale en MIC Cmax / MICTable View largeTélécharger slideActivité de la gémifloxacine contre Streptococcus pneumoniae en utilisant une simulation avec différents ratios de concentration sérique maximale en MIC Cmax / MIC

Figure Vue grandDisque de téléchargementLes mesures de l’effet antibactérien dépendent du calcul des zones Le temps est en heures AAC, zone au-dessus de la courbe de destruction bactérienne; AUBKC, zone sous la courbe de destruction bactérienne; IE, intensité de l’effetFigure Voir grandTélécharger la diapositiveEffet antibactérien mesures en fonction du calcul des zones Le temps est en heures AAC, zone au-dessus de la courbe de destruction bactérienne; AUBKC, zone sous la courbe de destruction bactérienne; IE, intensité de l’effet

Vue de la table largeDownload slideAnalyse multidimensionnelle de l’effet antibactérien de la moxifloxacine à l’aide de divers paramètres pharmacodynamiquesTable View largeTélécharger Diapositive Analyse de l’effet antibactérien de la moxifloxacine à l’aide de divers paramètres pharmacodynamiquesL’analyse multivariée a rarement été utilisée pour déterminer le paramètre pharmacodynamique optimal dans les modèles in vitro. Dans les cas où il a été utilisé, la mesure de l’effet antibactérien choisie était AUBKC [,,] Ces analyses, certaines utilisant un large éventail de paramètres pharmacodynamiques, ont toutes indiqué que AUC / MIC était mieux lié à la table des effets. On a proposé que l’AUC / MIC n’était pas liée à l’effet antibactérien contre S pneumoniae pour certaines fluoroquinolones lorsque Δ était utilisé comme mesure des résultats Horde et al.

Tableau View largeTélécharger une diapositive Analyse multivariée de l’effet antibactérien et des paramètres pharmacodynamiques des fluoroquinolonesTable View largeTélécharger une diapositive Analyse multivariée de l’effet antibactérien et des paramètres pharmacodynamiques des fluoroquinolonesUtilisant Δ, il est possible d’utiliser la régression des risques proportionnels de Cox pour évaluer si AUC / MIC ou T & gt; de Δ Lorsque nous avons effectué cette analyse, en utilisant des données générées à partir d’un grand nombre d’expériences qui évaluaient l’activité de la moxifloxacine contre une gamme de pathogènes respiratoires, AUC / MIC et T & MIC étaient respectivement prédictives de Δ P = et P = Cependant, lorsqu’on les considère ensemble dans un modèle multivarié, bien que AUC / MIC continue de prédire le résultat, après ajustement AUC / MIC, T> MIC n’était plus significatif Un tracé de Kaplan-Meier pour les expériences divisées en groupes AUC / MIC & lt; ; ≤ AUC / MIC ≤; et AAUC / MIC & gt; est montré dans la figure

Figure Vue grandDownload slideKaplan-Meier temps de tuer% inoculum initial par zone sous la courbe AUCFigure View largeDownload slideKaplan-Meier temps de tuer% Inoculum initial par zone sous la courbe AUC

Conclusions

Les données du modèle in vitro doivent être considérées dans le contexte des résultats pharmacodynamiques chez l’homme et chez l’animal. Il est admis que l’AUC / MIC est importante pour déterminer le résultat avec les fluoroquinolones chez les animaux , humains , in vitro [,,] Cmax Le MIC est également important, comme le montrent les données humaines , animales et in vitro [,,] La meilleure hypothèse reliant ces relations a été proposée par Drusano et al En général, les modèles in vitro peuvent être utilisés pour valider l’effet antibactérien d’une dose choisie contre les pathogènes cibles, établir le paramètre pharmacodynamique le mieux lié au résultat, et établir l’ampleur de ce paramètre et la relation entre différents paramètres pharmacodynamiques, par exemple AUC / MIC et Cmax / MIC pour les fluoroquinolones. sont un certain nombre de questions non résolues liées à l’utilisation actuelle des modèles in vitro et des opportunités pour la table future Cependant, tous les éléments de base sont maintenant en place pour les modèles in vitro pour faire une co contribution à maximiser l’effet et minimiser la résistance

Table View largeTélécharger la diapositiveIssues pour l’avenir dans l’utilisation des modèles in vitroTable Voir grandDownload slideIssues pour l’avenir dans l’utilisation de modèles in vitro