Étude du passage des xénobiotiques dans le lait d'animaux de production par une approche Pharmacocinétique Basée sur la Physiologie (PBPK)

Study of the passage of xenobiotics in the milk of animals of production by a Physiology-Based Pharmacokinetics (PBPK) approach

• Auteur / Autrice : Jennifer Tardiveau
• Direction : Nicolas Grégoire, Alexis Viel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Pharmacologie et sciences du médicament
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Biologiques et Santé (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire pharmacologie des anti-infectieux (Poitiers ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR de médecine et de pharmacie
• Jury : Président / Présidente : Sandrine Marchand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Grégoire, Alexis Viel, Reynald Magnier, Anne-Marie Jacques
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alain Bousquet-Mélou, Jean-Lou Dorne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lait maternel -- Teneur en médicaments

Médicaments -- Analyse

Lait

Modèles PBPK

Pharmacocinétique

Antibiotiques en médecine vétérinaire

Mots clés libres

Modèle PBPK

Barrière sang-Lait

Résidus

Antibiotiques

Physiologie

Pharmacocinétique

Bioanalyse

Profil d'exactitude

PBPK model

Blood-Milk barrier

Residues

Antibiotics

Physiology

Pharmacokinetic

Bioanalysis

Accuracy profile

Résumé

La lactation permet l’apport de nutriments et de cellules immunitaires essentielles au nouveau-né. Elle entraîne également le passage de xénobiotiques, tels que des médicaments ou des polluants de l’environnement, dans le lait. Bien que le passage des xénobiotiques dans le lait soit connu, aussi bien en médecine humaine (monitoring des femmes allaitantes) qu’en médecine vétérinaire (étude des résidus et du temps d’attente), ce phénomène complexe est peu étudié. Les travaux de la thèse se sont focalisés sur une étude cinétique comparative d’antibiotiques dans le lait de trois espèces animales de production (vache, chèvre, brebis). Quatre antibiotiques (spiramycine, oxytétracycline, marbofloxacine et amoxicilline) ont été sélectionnés en raison de leurs caractéristiques physico-chimiques et propriétés pharmacocinétiques distinctes, représentant ainsi un panel de différents profils cinétiques dans le lait. L’objectif de la thèse était d’étudier le passage de ces différentes molécules dans le lait de trois espèces animales. Pour répondre à cet objectif, la thèse s’est déroulée en trois grandes étapes :(i) La génération de nouvelles données expérimentales. Pour cela, chaque antibiotique a été administré par voie intramusculaire aux trois espèces et des prélèvements sanguins et laitiers individuels ont été réalisés pendant plusieurs jours suivant l’administration. (ii) Le développement et la validation de méthodes analytiques spécifiques à chaque antibiotique et chaque matrice (plasma et lait), suivi du dosage des prélèvements. L’utilisation de l’approche globale, basée sur le profil d’exactitude, a été illustrée en prenant l’exemple de la spiramycine. Grâce à cette approche, une seule et unique méthode de dosage a été développée pour le dosage de la spiramycine et de son métabolite actif dans le lait des vaches, chèvres et brebis, permettant ainsi de simplifier et d’accélérer les dosages en routine dans les trois laits. (iii) Le développement d’un modèle pharmacocinétique basé sur la physiologie (PBPK) générique pour décrire le passage de molécules dans le lait d’animaux de production. Une revue approfondie de la littérature a permis de regrouper les connaissances sur la physiologie des trois espèces animales, la sécrétion et la composition du lait ainsi que sur les données physico-chimiques et pharmacocinétiques des quatre molécules, nécessaires pour la construction du modèle. Des expérimentations in vitro sur la diffusion des molécules à travers une membrane physiologique ont été réalisées en collaboration avec l’Université d’Utrecht afin de renseigner les paramètres de perméabilité membranaire. Enfin, le modèle PBPK a été appliqué à la cinétique de l’oxytétracycline dans le lait de vache et de chèvre et a permis d’explorer la distribution de l’antibiotique dans la glande mammaire et le lait, son état d’ionisation ainsi que sa fixation aux composants du tissu et du lait et sa répartition entre la matière grasse et la phase aqueuse du lait. Des analyses non compartimentales ont été réalisées sur les trois autres antibiotiques, permettant de comparer leur excrétion dans le lait des trois espèces, en fonction de leur lipophilie, leur ionisation et leurs caractéristiques pharmacocinétiques plasmatiques.Ainsi, au-delà de l’évaluation du passage de ces quatre antibiotiques dans le lait, ce projet a pour ambition, grâce au modèle PBPK générique, d’aider à prédire la pharmacocinétique des xénobiotiques dans le lait des animaux, voire même des femmes allaitantes.

Lactation provides essential nutrients and immune cells to the newborn. It also results in the passage of xenobiotics, such as drugs or environmental pollutants, into the milk. Although the passage of xenobiotics in milk is known, both in human medicine (monitoring of nursing mothers) and in veterinary medicine (study of residues and withdrawal time), this complex phenomenon is poorly studied. The work of the thesis focused on a comparative kinetic study of antibiotics in milk of three production animal species (cow, goat, ewe). Four antibiotics (spiramycin, oxytetracycline, marbofloxacin and amoxicillin) were selected because of their distinct physicochemical characteristics and pharmacokinetic properties, thus representing a panel of different kinetic profiles in milk. The objective of the thesis was to study the passage of these different molecules in the milk of three animal species. To achieve this objective, the thesis was carried out in three main steps:(i) Generation of new experimental data. For this purpose, each antibiotic was administered intramuscularly to the three species and individual blood and milk samples were taken for several days after administration. (ii) The development and validation of specific analytical methods for each antibiotic and each matrix (plasma and milk), followed by the determination of the samples. The use of the global approach, based on the accuracy profile, was illustrated by taking the example of spiramycin. Using this approach, a single assay method was developed for the determination of spiramycin and its active metabolite in milk from cows, goats and ewes, thus simplifying and accelerating routine assays in all three milks. (iii) The development of a generic physiologically based pharmacokinetic (PBPK) model to describe the passage of molecules in the milk of production animals. An extensive review of the literature allowed to collect the knowledge on the physiology of the three animal species, the secretion and composition of milk as well as the physicochemical and pharmacokinetic data of the four molecules, necessary for the construction of the model. In vitro experiments on the diffusion of the molecules through a physiological membrane were carried out in collaboration with the University of Utrecht in order to provide information on the membrane permeability parameters. Finally, the PBPK model was applied to the kinetics of oxytetracycline in cow and goat milk and explored the distribution of the antibiotic in the mammary gland and milk, its ionization state as well as its binding to tissue and milk components and its partitioning between the fat and the water phase of the milk. Non-compartmental analyses were performed on the other three antibiotics, allowing comparison of their excretion in milk of the three species, according to their lipophilicity, their ionization and their plasma pharmacokinetic characteristics.Thus, beyond the evaluation of the passage of these four antibiotics in milk, this project aims, thanks to the generic PBPK model, to help predict the pharmacokinetic of xenobiotics in the milk of animals and even lactating women.