Développement préclinique des médicaments PDF

Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Faculté de médecine de Annaba Département de Pharmacie Laboratoire de Pharmacologie Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments...

Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Faculté de médecine de Annaba Département de Pharmacie Laboratoire de Pharmacologie Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Introduction Le développement d’un médicament princeps de la molécule jusqu’à la commercialisation nécessite dix à quinze ans de recherche pour explorer tous les champs d’investigation. Ces travaux, tests précliniques, essais cliniques et de développement industriel, sont strictement encadrés par la loi. En industrie pharmaceutique, les termes "recherche et développement" couvrent un processus long et fastidieux. Les étapes de recherche et développement couvrent les études réalisées entre la découverte d’une molécule et sa commercialisation. Sur dix mille molécules testées en recherche et développement, seulement une arrivera à passer tous les stades jusqu’à la commercialisation. La pharmacologie expérimentale permet d’étudier les interactions du principe actif avec les systèmes biologiques afin de comprendre son mécanisme d’action, sa pharmacocinétique et son efficacité potentielle. Parallèlement, la toxicologie expérimentale vise à identifier les risques associés au composé, en déterminant les effets indésirables et les seuils de toxicité, garantissant ainsi un profil de sécurité optimal avant les essais cliniques sur l’homme. Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Pharmacologie expérimentale La pharmacologie expérimentale permet de sélectionner des molécules présentant une activité pharmacodynamique. Elle vise à : - Étudier les effets biologiques des substances actives. - Déterminer les relations dose-réponse. - Comprendre les mécanismes d’action des médicaments. - Évaluer la pharmacocinétique des composés (absorption, distribution, métabolisme et excrétion – ADME). - Optimiser l’efficacité et minimiser les effets secondaires des substances testées.  Le screening pharmacologique C’est un criblage des molécules par des tests codifiés pour découvrir d’éventuelles propriétés pharmacologiques. C’est soumettre à des essais biologiques des substances testées.  Classification des screening pharmacologiques - Screening général : C’est une présélection systématique des molécules sur plusieurs tests physiologiques appartenant à plusieurs systèmes (cardiovasculaire, digestif ; etc.…). Permet de découvrir les têtes de série et constitution de chimiothèques. Mais : coûteux, rendement faible, caractère aléatoire. - Screening orienté : Limité à quelques activités appartenant à quelques systèmes seulement. Ex : recherche de l’activité anti-inflammatoire d’un dérivé non stéroïdien.  Le modèle en pharmacologie expérimentale  Définition : Système qui vise à reproduire un effet pharmacologique en dehors du sujet original. Exemples : - Psychotropes : rat, souris. - Anticancéreux : souris. - Anesthésiques locaux: lapin  Types de modèles : - Modèle utilisant l’animal entier - Modèle utilisant un organe isolé - Modèle utilisant une culture cellulaire Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025  La réponse biologique en pharmacologie expérimentale : - Réponse qualitative : effet du tout ou rien. Exemple : Souris présentant ou non des convulsions après injection d’une substance pro convulsivante. - Réponse quantitative : réponse mesurable (durée, intensité). o Continue : graduelle (HTA chez le chien) o Discontinue : intermittente (toux chez le chat)  Evaluation quantitative de l’activité pharmacodynamique: - La dose efficace 50: DE50 : Dose qui inhibe l’apparition de 50% du symptôme de la pathologie expérimentale induite chez les animaux de laboratoire. - Détermination : 1-Induction de la pathologie. 2-Administration de la substance médicamenteuse à l’animal. 3-Mesure du symptôme caractéristique de la pathologie induite. 4-Mesure du % d’inhibition du symptôme par rapport à un lot témoin (administration de plusieurs doses croissantes (D1, D2, D3, D4…) à plusieurs lots de souris (lot1, lot2, lot3, lot4…) ° d’inhibition = (S témoin – S essai) x 100/ S témoin % S essai : intensité moyenne du symptôme dans le lot essai. S témoin : intensité moyenne du symptôme dans le lot témoin. Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Toxicologie expérimentale La toxicologie expérimentale est une branche de la toxicologie qui étudie les effets néfastes des substances chimiques, y compris les médicaments, sur les organismes vivants. Son objectif principal est d’évaluer les risques potentiels pour la santé humaine et l’environnement. Cette discipline joue un rôle clé dans le développement préclinique des médicaments en identifiant les doses sûres et les effets indésirables avant les essais cliniques. Ces essais de toxicité se divisent en deux groupes : 1. Essais pré-requis : dont la réalisation est indispensable avant toute tentative d’administration à l’homme : 2. Essais post-requis : pour lesquels on prend le risque de les réaliser conjointement avec les essais cliniques chez l’homme : I. Essais pré-requis : II.1. Essais de toxicité par administration unique ou toxicité aigüe : La toxicité aigüe permet l’évaluation qualitative et quantitative des phénomènes toxiques et leur évolution dans le temps suite à l’administration d’une dose unique de la ou des substances actives contenues dans le médicament.  L’étude qualitative permet de connaître les symptômes de l’intoxication aigue et leurs temps d’apparition.  L’étude quantitative (mortalité, morbidité) nous renseigne sur le niveau de dose pouvant entraîner la mort de l’animal. Généralement on détermine la dose minimale mortelle DMM et la dose létale 50 (DL50). a. Détermination de la dose minimale mortelle DMM : C’est la dose minimale de la substance capable de tuer un animal par administration intraveineuse lente et continue. La quantité injectée au moment de l’arrêt cardiaque est la DMM. Cette dose permet de choisir les doses à utiliser pour déterminer la DL50. b. Détermination de la dose létale 50 :  Définition : La DL50 est la dose unique capable de tuer la moitié des animaux mis en expérience dans une même espèce animale.  Protocole expérimental : La méthode consiste à expérimenter sur 6 lots de 10 animaux auxquels sont administrés des doses croissantes de la substance pour que le pourcentage de mortalité varie entre 0 et 100%. - Sélection de l’espèce animale : L’essai peut être effectué sur les rongeurs (rat ou souris) qui permettent l’extrapolation à l’homme. - Voies d’administrations : Deux voies : une qui est celle prévue en thérapeutique humaine et l’autre garantissant une biodisponibilité absolue (IV parfois l’intra péritonéale). - Doses administrées et constitution des lots : Une gamme de 6 doses ou plus est sélectionnée. Le rapport entre deux doses successives doit être compris entre 1.2 et 1.5. - Durée d’observation : 14 jours.  Examens : On doit noter l’heure de la mort, le nombre de morts ainsi que les symptômes observés. Une Autopsie est obligatoire pour tous les animaux morts au cours de l’essai. Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 On effectue alors  Des examens macroscopiques des viscères : aspect des tissus, lésion, hémorragie….  Des examens histo-pathologiques ; pour tous les organes révélant des modifications macroscopiques.  Evaluation : L’étude de la toxicité aigüe d’un produit permet d’établir la relation entre la dose administrée et l’intensité des effets observés ainsi que le calcul de la DL50.  Calcul de la DL50 : deux méthodes sont utilisées : - Méthode de Karber et Behrens : méthode mathématique DL50: dose létale 50 (mg/kg) DL50 = DL100 - ∑ ab / n DL100 : dose létale 100 a: différence entre deux doses successives. b : moyenne de mort entre deux doses successives. n : nombre moyen d’animaux par lot - Méthode de Miller et Tainter : méthode graphique Les pourcentages de mortalité en fonction du logarithme décimal des doses utilisées sont représentés sur du papier semi logarithmique, on obtient alors une courbe sigmoïde : 100% de Mortalité 50% DL50 Log dose Graphe montrant la relation dose / mortalité (échelle semi logarithmique)  Exploitation des résultats : Les résultats de l’essai de toxicité aigüe permettent :  Evaluation quantitative de la dose létale.  Déterminer la nature des effets toxiques aigus.  Prévoir les signes cliniques observés en cas de surdosage aigu chez l’homme.  Choisir les doses à utiliser pour les épreuves de toxicité par administration répétées. DL50  Déterminer l’index thérapeutique IT= DE50 I.2. Essais de toxicité par administration répétée à court terme (toxicité subaiguë) :  Protocole expérimental : - Choix de l’espèce : On peut opérer sur deux espèces de mammifères : un rongeur, généralement c’est le rat et un non rongeur (chien....). - Voie d’administration : Le choix de la voie d’administration tient compte de celle prévue en thérapeutique - Doses : trois niveaux de doses sont utilisés → Dose forte : elle doit faire apparaître des symptômes de toxicité, mais insuffisante pour tuer l’animal. → Dose faible : sans effets toxique mais produit des effets pharmacodynamiques → Dose intermédiaire : moyenne géométrique des doses précédentes. - Fréquence d’administration : administrations journalières. - Durée de l’essai : dépend du temps pendant lequel il sera donné à l’homme : Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Durée du traitement Durée de l’essai 1 ou plusieurs administrations / jour 2 semaines Doses répétées jusqu'à 7 jours 4 semaines 30 jours 3 mois Plus de 30 jours 6 mois  Examens :  Observations générales quotidiennes du comportement,  Contrôle de la croissance (évolution pondérale) et de la consommation alimentaire (eau et nourriture) qui sont des indices sensibles d’effets toxiques.  Explorations fonctionnelles (ECG, ophtalmologie, rénale, hépatiques…)  Examens hématologiques et biochimiques au début, milieu et fin de l’essai  Examens anatomopathologiques :  Exploitation des résultats : Les données quantitatives des essais subaiguës ont pour but de déterminer :  La dose sans effet observé ou NOEL « No Observed EffectLevel » C’est la dose la plus élevée pour laquelle aucun effet toxique significatif, clinique, biologique ou anatomopathologique n’est relevé par rapport aux lots témoins  La nature et le site des effets toxiques (organes cibles). I.3. Essais de mutagenèse : 1. Définition : Une mutation correspond à une modification brusque, permanente et transmissible du génotype par changement dans le nombre ou la qualité des gènes. 2. But des essais de mutagenèse : L’étude du pouvoir mutagène a pour objet de révéler ces modifications occasionnées par une substance au matériel génétique de l’individu, ayant pour effet de rendre la descendance différente de l’ascendance de façon permanente et héréditaire. Ces essais sont exigés pour toute nouvelle molécule à cause de la relation étroite entre mutagenèse et cancérogenèse. En effet, 95 % des cancers sont d’origine mutagène et comme l’essai de cancérogenèse est long on préfère celui de mutagenèse qui permet un screening rapide du pouvoir cancérigène. 3. Les différents types de mutations et les tests correspondants : Les changements causés au patrimoine génétique peuvent se situer au niveau des gènes, des chromosomes ou du génome : o Mutation génique o Aberration chromosomique o effets sur l’ADN : Défaut de réparation de l’ADN Description du protocole expérimental : Les essais de mutagenèses utilisent des tests in vitro sur bactéries, levures, cellules de mammifères et des tests in vivo sur des insectes et des rongeurs : A. Essais relatifs aux mutations géniques : Une mutation génique ou ponctuelle est une addition ou perte de paires de bases (puriques ou pyrimidiques) ou substitution par une paire erronée dans la molécule d’ADN. Nouveau gène nouvelle protéine nouveau caractère Test in vitro pour la détection de mutation reverse :Test d’AMES (muta test) Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025  Principe :restaure le gène muté en type sauvage : On utilise une souche de Salmonelle typhimurium porteuse d’une mutation « His - » inapte à synthétiser l’histidine (se développe uniquement en milieu riche en histidine) dont la culture en présence d’agent mutagène conduit à un retours au type sauvage« His+ » capable de croître en l’absence d’histidine.  Avantages : - test simple, rapide (48h), et sensible - Son pouvoir prédictif est de 70-90%  Inconvénients: - test bactérien:problème d’extrapolation. B. Essais relatifs aux aberrations chromosomiques : Recherche de dommages sur les chromosomes effet clastogène Les mutations chromosomiques résultent d’aberration structurale (délétion, translocation, inversion) ou changement du nombre de chromosomes. Test in vitro en métaphase sur chromosomes humains : Ces cellules cultivées dans un milieu adéquat serontexposées à diverses concentrations de la molécule à tester en présence ou non de système de bio activation (microsome hépatique). Après incubation, la division est stoppée en métaphase par la colchicine. Les cellules seront examinées au microscope (caryotype) pour détecter des aberrations chromosomiques. C. Essais relatifs aux effets sur l’ADN (réparation de l’ADN et recombinaisons) : Ces processus ne sont pas des mutations par eux même mais des indicateurs de lésion d’ADN causés essentiellement par des molécules mutagènes. La cellule répond aux agressions par les substances chimiques, des réparations enzymatiques (polymérases) pour éliminer la partie endommagée et la remplacée par un fragment nouvellement synthétisé.  Test sur les Bactéries : Parmi les diverses souches d’E coli certaines possèdent l’ADN polymérase I (enzyme capable de réparer l’ADN) et d’autres en sont dépourvues. Les agents mutagènes produisant une lésion de l’ADN, bloquent uniquement la croissance des souches dépourvues de l’enzyme. II. Essais post-requis : III.1. Essai de la toxicité répétée à long terme: (toxicité chronique) : 1. Intérêt: -Compléter les informations sur la toxicité du produit. -Déterminer les organes cibles (altérations fonctionnelles et anatomopathologiques.) -Mise en évidence d’effets réversibles et non réversibles. -Existence ou non d’effets cumulatifs ou retard. -Enrichir les connaissances cliniques. 2. Protocole: -Espèce : rat+++/chien++/ singe.+ -Sexe : mâle – femelle (nombre égale pour chaque sexe.) -Voie d’administration : même que la subaigue. 3. Durée d’administration: Rat : 2 ans, Chien / singe : 7 ans ou plus 4. Doses : selon résultats de la subaiguë, usage thérapeutique. -Examens : les memes que pour la toxicité subaigue - Résultats et exploitation des résultats:Idem subaiguë : dose sans effet. Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 III.2. Essai de cancérogenèse: 1. But: Evaluer le potentiel cancérigène de: o molécules administrées en chronique: les Anti-HTA. o molécules suspectes lors des premiers essais toxiques. o molécules ayant une analogie structurale avec desproduits cancérigènes. 2. Protocole: -Espèce animale: Souris / rat /hamster -Age: depuis le sevrage. -Sexe: mâle – femelle. -Doses : 3 : forte, faible et intermédiaire - Voie : celle de l’exposition chez l’homme. -Durée: 24mois (souris/hamster), 30mois (rat) -Examens: - Biologiques - Cliniques - Histopathologiques - Autopsie : Recherche de tumeurs -Résultat: Effet du tout ou rien: pas d’effet cancérigène. III.3. Essais de tératogenèse(essais sur la reproduction) : Le protocole expérimentale comporte trois niveaux d’investigation: Trois segments. 1. Essais sur la reproduction: segment I (Etude de la fertilité) - C’est l’étude de l’impact du produit sur les gamètes (stérilité, malformation) males et femelles. - Sexe: mâles et femelles - Animal: souris/singe/rat - Protocole: -Traitement pendant toute la durée de la gamétogenèse -Croisement d’animaux traités avec ceux non traités -Examens:Observation de la gravidité des femelles et observation des nouveaux nés à la recherche de malformations. 2. Essai sur la reproduction :segment II (Embryotoxicité/foeto-toxicité) - -Sexe : femelle - -Animal : rat /souris - Protocole:  Traitement des femelles gravides (pendant toute l’organogenèse)  Deux jours avant la mise bas : sacrifice des femelles.  Prélèvement des utérus.  Recherche de lésions 3. Essai sur la reproduction : segment III(Phase pré et post- natalité): -Sexe : femelles gestantes -Age : mature -Animal : rat / souris - Protocole:  Administration du produit quelques jours avant misebas et pendant toute la durée de l’allaitement.  Recherche d’éventuelles perturbations de lacroissance du fœtus, et de la lactation Dr. ABDELMOUMENE C.  Développement préclinique des médicaments 2024-2025 Conclusion Le développement préclinique est une étape essentielle dans la mise au point de nouveaux médicaments, garantissant leur efficacité et leur sécurité avant leur administration chez l’homme. À travers la pharmacologie expérimentale, les chercheurs identifient les propriétés pharmacodynamiques et pharmacocinétiques des substances actives, optimisant ainsi leur potentiel thérapeutique. Parallèlement, la toxicologie expérimentale évalue les risques associés à ces composés, en détectant les éventuels effets indésirables et en définissant les doses sûres. Grâce aux avancées scientifiques, notamment dans les modèles in vitro, in vivo et in silico, le développement préclinique évolue vers des approches plus précises, permettant de mieux prédire la réponse humaine tout en réduisant l’expérimentation animale. Cependant, cette phase reste longue et rigoureuse, soumise à des réglementations strictes visant à garantir la fiabilité des résultats et la protection des futurs patients. Ainsi, le développement préclinique constitue une étape incontournable du cycle de vie du médicament, assurant une transition sécurisée vers les essais cliniques. Il représente le fondement de la recherche pharmaceutique moderne, alliant innovation, éthique et rigueur scientifique pour répondre aux défis de la médecine contemporaine. Dr. ABDELMOUMENE C.