La pharmacologie peut être définie par les termes Drogue

Pharmacologie Semestre 4
Chapitre 1
I.
Définitions
La pharmacologie peut être définie par les termes Drogue, Médicament, Principe actif,
Spécialité et Présentation.
 Drogue : une drogue est un extrait sec de plantes ou de minéraux utilisés en
pharmacologie. Le mot drogue vient du flamand « Droog ». C’est une substance chimique
autre que les aliments absorbés pour modifier le fonctionnement du corps ou de l’esprit. On
appelle psychotrope ou drogue d’abus les drogues telles que l’extasie, la cocaïne, la
marijuana, etc.…
 Médicament : un médicament se différencie d’un poison, la plupart du temps, par la
différence de dosage. La définition précise du médicament se trouve à l’article L5111-1 du
code de la Santé publique : toute substance ou composé présenté comme possédant les
propriétés préventives ou curatives à l’égard de maladies humaines ou animales, ainsi que tout
produit pouvant être administré à l’homme ou à l’animal, pour établir des diagnostiques,
modifier ou corriger le fonctionnement d’organismes.
 Principe actif : c’est le composant d’une spécialité pharmaceutique reconnue comme
possédant des propriétés thérapeutiques.
 Spécialité : Article L5111-2 : tout médicament préparé à l’avance, présenté sous des
conditions particulières et appelé sous une dénomination précise. Par exemple, on
différenciera le doliprane 500 mg du doliprane 2000 mg.
 Présentation : une spécialité peut être présentée sous différentes présentations. Par
exemple, on différenciera Advil 400 mg en boite de 20 de celui en boite de 30.
 Pharmacologie : c’est la science des médicaments. Elle conduit au développement des
connaissances sur les sources, sur les propriétés chimiques et sur les effets biologiques des
principes actifs.
II.
Historique
On passe de la superstition à la pharmacogénomique. Jusqu’à la renaissance, on soigne par
instinct, par magie ou par croyances. Jusqu’au XIX° siècle, les remèdes sont seulement
constitués par des plantes. La découverte des médicaments se fait par hasard, et leur
utilisation est empirique. On ne connaît pas le principe actif. Au XVII° siècle, le
développement de la botanique et surtout de la chimie permet la découverte et l’extraction de
principes actifs. Au XIX° siècle, l’expérimentation animale a été introduite. Le XX° siècle
marque le début de la synthèse chimique. La bioinformatique permet de tester et de modéliser
différentes molécules, directement sur un ordinateur. Grâce au décryptage du génome humain,
on a pu commencer la Pharmacogénomique, et développer des médicaments qui agissent
directement sur les gènes. C’est la thérapie génique.
La création d’un médicament prend au moins 10 ans. Durant ce temps, le médicament est
protégé par un brevet. Après 10 ans de commercialisation, il passe dans le domaine public, et
peut être vendu par n'importe quel laboratoire. On l’appelle alors médicament générique.
III.
Métabolisme du médicament
Le métabolisme d’un médicament permet de définir le délai et l’efficacité. Il existe différentes
voies d’ingestion :
 Orale (per os.)
 Cutanée
 Sous-cutanée
 Intramusculaire
 Intraveineuse
 Etc.
La voie intraveineuse élimine la première étape. Elle permet donc d’augmenter la vitesse
d’action. Toutes les autres voies sont soumises à cette étape de diffusion du médicament. Elle
nécessite la dissolution du médicament. La dissolution permet la libération du principe actif.
IV.
Galénique
La galénique vient d’un médecin romain appelé Galien. La galénique cherche la voie
d’administration et la forme la plus adaptée au principe actif. Elle doit permettre une
manipulation commode, un dosage précis (posologie) et une conservation idéale du
médicament.
Il existe 2 grandes classes : liquide et solide.
La classe liquide regroupe les sirops (absorption en grande quantité de principe actif), les
gouttes oculaires (stériles, pH neutre), les gouttes nasales (viscosité forte pour longue
interaction) et les comprimés effervescents. La classe des solides regroupe les comprimés
(poudre comprimée), les dragées (comprimé enrobé de cire ou de sucre pour protéger le
principe actif de l’oxydation, pour masquer un gout désagréable, ou pour un code couleur), les
gélules (poudre non compactable, enveloppe de gélatine, libération plus rapide). Les
comprimés et les dragées ont une libération retardée. Un comprimé est constitué de 4
composants essentiels :
 Le principe actif
 L’excipient : donne le volume final au comprimé, lactose ou sulfate de calcium,
facilite la manipulation
 L’additif : amidon ou bicarbonate, facilite la dissolution du comprimé dans l’estomac
 Le liant : lie la poudre, conserve, code couleur
La galénique a un intérêt suivant où l’on veut que le médicament se dissolve, dans l’estomac
ou dans l’intestin. Pour un effet prolongé, on utilise des gélules avec des granules enrobées,
ou des gélules à effet prolongé. La galénique conditionne la posologie.
Il existe d’autres formes liquides, telles que les ampoules, les flacons ou les solutions de
perfusion. Ils nécessitent d’être stériles, apyrogènes, d’avoir un pH compatible avec l’organe
cible. On peut aussi utiliser les voies aériennes, avec par exemple les pulvérisateurs qui
libèrent une dose par pression. Ces pulvérisateurs ont un effet local, par opposition à l’effet
systémique d’un comprimé. Les zones cibles dépendent de la granulométrie :
 Grosses gouttelettes (100 μm) : bouche, gorge
 Moyennes gouttelettes (10 μm) : trachée et bronches
 Petites gouttelettes (1 μm) : bronchioles et alvéoles.
Une partie du médicament passe dans l’estomac. Les bronches ont un épithélium cilié qui
élimine une partie du médicament, en le faisant remonter et passer dans l’estomac.
Les suppositoires et les obus ont le principe actif contenu dans un corps gras solide à
température ambiante, mais liquide à 37°C.
Par la voie cutanée, on peut utiliser plusieurs formes de médicament :
 La poudre : protection mécanique, assèchement
 La pommade : traitement local (corticoïde) pour inflammation ou infection
 La crème
La pommade et la crème sont utilisées pour l’hydratation, surtout en cosmétique.
Mais il existe aussi le système transdermique, composé d’une couche occlusive, surmontée du
réservoir du produit, et encore au dessus, une couche de protection.
V.
L’administration
La phase de résorption est la phase limitante de l’administration. L’administration permet la
libération du principe actif dans le sang. Il faut faire attention lors de l’utilisation d’une
aiguille, car c’est un corps étranger qui est introduit dans le corps. Il faut donc prendre les
mesures qui s’imposent. La voie la plus utilisée d’administration des médicaments est la voie
per os.. Elle passe par la veine porte hépatique, passe par le foie, ce qui pose le problème de
l’élimination du médicament par le foie. Le suppositoire ne passe pas par le foie, ce qui
apporte un avantage, puisque le médicament n’est pas éliminé par le foie. L’administration
sublinguale présente le même avantage que le suppositoire, puisque le médicament passe
directement dans le sang, et donc pas par le foie. Ceci nous permet de déterminer la
Biodisponibilité, qui est la partie du médicament qui atteint le plasma.
VI.
Le transport
A.
La diffusion passive
C’est le mécanisme le plus important car le plus efficace et le plus rapide. En effet, la
diffusion passive distribue le médicament suivant le gradient. La vitesse varie donc suivant le
gradient et suivant la forme du médicament (forme liposoluble (rapide) / forme hydrosoluble
(lent)).
Exercice :
k1 [H+] [A-] = k2 [AH]
AH (liposoluble)
A- (sel) + H+
K= k2 / k1
Log [H+] = pH
pK – pH = log ([AH] / [A-])
(pK – pH)
Log K = pK
10
= [AH] / [A-]
(liposoluble / hydrosoluble)
Aspirine (acide acétylsalicylique) : pK = 3,4
pHestomac = 1,4
pHintestin = 7
Calculer le rapport liposoluble / hydrosoluble :
10(3,4 – 1,4) = 102 = 100
dans l’estomac, il est 100 fois plus sous forme liposoluble que
sous forme hydrosoluble, donc la résorption se fait
principalement dans l’estomac.
(3,4 – 7)
-3,6
10
= 10
dans l’intestin, il est plus sous forme hydrosoluble, donc
la dissolution est plus lente.
Attention, la durée d’absorption intestinale est longue (24 à 48h) par rapport à celle de
l’estomac (2h) donc elle n’est pas négligeable. Le pH fait varier la vitesse. Les repas riches
en graisses facilitent l’absorption. Le transit intestinal fait varier la vitesse aussi, comme le
flux sanguin mésentérique.
B.
Le transport actif
L’épithélium a des jonctions serrées, qui empêchent la diffusion passive. Il faut donc que le
médicament utilise des transporteurs. Il utilise les transporteurs de glucose, d’acides aminés…
Le fait que le médicament utilise les transporteurs d’autres molécules entraine une
compétition, et peut résulter sur un risque de saturation. La résorption est donc plus difficile.
La phase de distribution est la deuxième étape. La distribution systémique se fait vers le foie,
les reins… La vitesse dépend de la forme du médicament, de la liaison à des protéines et des
débits sanguins régionaux.
1.
Liaison à des protéines plasmatiques
Albumine : protéine principale du plasma (60%).
Globulines : α-globuline, β-globuline et γ-globuline
Les médicaments se lient pour la plupart à l’albumine. Les immunoglobulines se lient peu à
des médicaments. Si la substance n’est pas liée aux protéines plasmatiques, elle est libre, et
donc une fois dans le plasma, elle passe dans les tissus, où elle aura un effet sur les cellules
cibles. Mais elle est plus métabolisée par le foie et excrété e.
La concentration importante du principe actif a un effet rapide et
fort, mais très court.
temps
Si la substance est liée à des protéines actives, elle n’est pas libre,
et a donc un effet plus faible. Cependant, les biotransformations
sont plus faibles aussi, tout comme l’élimination, puisque le corps ne rejette pas les protéines.
Si on veut un traitement aigu et rapide, on utilisera une substance non liée. Si on veut un
traitement faible mais continu, on utilisera une substance liée. Ceci détermine la posologie.
2.
Volume de distribution
VD = QM / Cp
permet de déterminer si le médicament pas plus ou moins facilement.
Le volume de distribution permet de déterminer des normes :
VD ≤ 0,1 : concentration plasmatique élevée : liaisons plasmatiques restrictives : principe actif
reste attaché.
0,1 < VD < 0,6 : sortie du compartiment plasmatique pour aller dans les tissus interstitiels :
liaison partiellement restrictive.
0,6 < VD : liaison permissive : le principe actif passe dans le compartiment cellulaire.
La barrière de distribution est différente suivant les organes :
 Système nerveux central : barrière quasi fermée à toutes les molécules, passage très
difficile, difficulté de traitement par exemple des migraines… mais il y a un passage
actif de glucose. Elle peut être rompue dans le cas de certaines pathologies (diabète,
sclérose, SIDA…)
 Muscle cardiaque : transport par vésicules : activité d’endocytose.
 Foie : espace de Disse (100 nm de diamètre) : aucune restriction
 Pancréas : barrière plus permissive que celle des muscles cardiaques : ports,
diaphragmes entre les cellules. Restriction liée à la taille (identique dans glandes
endocrines).
 Placenta : filtrage, attention au passage mère-fœtus (les 2 premiers mois, et à la fin de
la grossesse) qui peut entrainer des malformations du fœtus.
Avancée majeure dans le traitement dans le cancer en utilisant une molécule intacte. La deuxième
possibilité est d’utiliser un dérivé de produit naturel, des dérivés semi synthétiques, modifiés à partir
d’extraits de produits trop actifs et donc toxiques. La 3ème solution consiste à utiliser une molécule
végétale comme base, comme squelette à des molécules beaucoup plus complexes. On les utilise
beaucoup pour les stérols végétaux, modifiés pour correspondre aux stéroïdes humains.
I.
Les métabolites issus de végétaux
On dit souvent que la cellule végétale est une usine chimique. Face à la cellule animale, le nombre de
composés fabriqués est très supérieur. Chaque famille de plantes va fabriquer un sous ensemble de
molécules végétales. Chaque plante fabrique un petit nombre de molécules communes, et chacune
fabrique ensuite des molécules spécifiques. Par exemple, Nicotiana tabacum fabrique la nicotine. Le
caféier est la source de caféine la plus importante. On est capable de recenser 100 000 molécules, et
on pense ne pas avoir dépassé 10% des molécules totales. On n’en connaît que si peu car un grand
nombre de familles végétales ne sont pas recensées, et beaucoup de connues n’ont pas été testées
pour la pharmacologie. Les plantes sont autotrophes aux carbones, et peuvent donc fabriquer des
métabolites primaires carbonés. Les métabolites primaires sont les protéines, les acides nucléiques,
les lipides et les glucides. Elles peuvent alors à partir des métabolites primaires fabriquer des
métabolites secondaires (page 3). Le β carotène appartient aux terpènes, c’est un précurseur de la
vitamine A. Chez l’homme, elle permet de fabriquer quelques composés comme le rétinol, le rétinal
et l’acide rétinoïque, qui sont indispensable pour le développement de l’enfant et pour la vision. La
vitaminose A est une maladie grave, des enfants meurent à cause de manque de β carotène. Chez les
plantes, il y a des composés qui sont nécessaires au développement normal de l’homme, comme les
vitamines, les antioxydants…
Le taxol est un anticancéreux (=un antinéoplasique), très souvent administré. Il n’est fabriqué que
par des cellules végétales. La plante qui le fabrique est taxus, on n’est pas capable de le fabriquer
chimiquement de façon économique, il coute très cher et on ne peut l’avoir que grâce à la nature.
Chaque famille végétale fabrique ses propres composés.
Problématique : Les quantités disponibles de certaines molécules sont insuffisantes de nos jours pour
répondre aux besoins en pharmacologie. On n’a par exemple pas assez de taxol ou de vinblastine.
Il n’y a pas assez de ces molécules car les plantes fabriquent souvent de très petites quantités de ces
molécules actives. Elles leurs servent seulement pour se défendre contre les animaux ou contre les
microbes qui les agresse. Elles n’ont donc pas besoin de grandes quantités. Certaines de ces plantes
sont de plus difficiles voire impossibles à cultiver à grande échelle, car certaines de ces plantes sont
d’origine tropicale, et ne poussent bien que dans leur milieu naturel. Les méthodes d’extraction sont
de plus parfois très limitantes, renforçant le problème.
II.
Les approches expérimentales pour améliorer la production
Il y a 3 axes de recherche pour améliorer la production. Le premier axe est un axe de la chimie. Le
deuxième est l’axe des généticiens et des améliorateurs. Le 3ème est celui des bio-technologistes.
A.
Extraction, purification et synthèse artificielle
L’essentiel de leur travail se passe sur l’extraction et la purification. Pour l’extraction on change le
solvant, et pour la purification on utilise des techniques comme la chromatographie, et notamment
la HPLC. C’est une science empirique. On peut aussi faire des molécules artificielles, en fabriquant les
molécules in vitro, par un enchainement de réaction. Par exemple l’aspirine est fabriquée à partir
d’acide salicilique, extrait du saule. Maintenant, on ne l’extrait plus du saule. Savoir le fabriquer
chimiquement permet de faire baisser les couts de production et de les fabriquer à grande échelle.
Dans le cas de molécules très complexes, la synthèse artificielle est soit trop difficile soit trop
couteuse.
B.
Sélection et amélioration des plantes
Interviennent des généticiens et des améliorateurs. Au sein d’une espèce végétale qui fabrique les
composés intéressants, il y a plusieurs cultivars. On sélectionne déjà le meilleur cultivar, le plus
productif. La stratégie va se faire en 2 phases. La première est l’évaluation de la diversité naturelle.
Par exemple chez la pervenche de Madagascar il existe 7 cultivars, dans lesquels on va mesurer la
quantité de vinblastine, pour trouver le plus productif. Des fois cette phase va suffire. D’autres fois,
ce n’est pas aussi simple, chaque cultivar aura ses avantages et ses inconvénients, par exemple, le
plus productif pour la vinblastine est celui qui est le plus sensible aux maladies chez cette espèce. La
deuxième phase consiste à faire des croisements et la sélection des meilleurs descendants. Dans la
première descendance, on les teste tous et on regarde lesquels sont les plus intéressants, par
exemple résistant à la maladie et fabriquant beaucoup de vinblastine. L’objectif est alors de faire 7
back cross, en croisant un descendant avec un parent, et les descendants auront alors une majorité
de gènes fabriquant beaucoup de vinblastine, et une toute petite partie de gène de résistance à la
maladie. Ca ne marche pas à tous les coups, et ça prend beaucoup de temps. Il faut de plus
sélectionner beaucoup d’individus. C’est donc long et couteux, et il peut être difficile de piloter le
génome, certaines combinaisons de gènes sont trop difficiles à obtenir.
C.
Les biotechnologies
On ne les utilise qu’en dernier recours, ça coute très cher, et on ne le fera que si la molécule en vaut
le coup et rapporte. Cette dernière phase n’a de sens que pour des molécules anticancéreuses.
1.
Culture in vitro
La culture in vitro correspond à cultiver des plantes, des organes de la plante, des tissus ou des
cellules isolées en conditions stériles et contrôlées (température, humidité, pH, salinité,
concentration des hormones, concentration des métabolites…). Certaines des plantes sont difficiles à
cultiver à grande échelle, mais là, on contrôle tous les paramètres, ce qui aide pour les plantes
difficiles. Les molécules intéressantes chez certaines plantes ne sont fabriquées que par un organe ou
par un tissu donné. On va donc ne cultiver que ce qui produit la molécule. (voir page 4, figure 6) La
culture de tissus est appelé un cal. Dans l’erlenmeyer de la photo, on cultive en milieu liquide,
contrairement au milieu solide du cal. Dans un milieu liquide, les cellules vont sécréter la molécule,
et donc on va retrouver la molécule dans le milieu, et on pourra facilement la récupérer, puisqu’on
connaît les compositions des milieux de culture.
2.
Elicitation et rôle des métabolites secondaires dans la molécule
Le stress permet la sécrétion de la molécule par la plante. On peut contrôler ce stress, et on appelle
cela l’élicitation, qui correspond à l’ajout d’une molécule qui va stresser le végétal, et permet la
sécrétion du métabolite secondaire (voir page 5 figure 8). On met un éliciteur, le récepteur va activer
la sécrétion secondaire et des cascades de phosphorylation-déphosphorylation. Elle arrive au noyau
où elle active des facteurs de transcription qui vont permettre d’induire l’expression de gènes de
défense, qui aboutira à des métabolites secondaires.
(page 6 figure 9) La stratégie d’élicitation a été très utilisée pour augmenter la production des
composés pharmacologiques chez les plantes. On va même aboutir à la stratégie publiée.
(Page 5 figure 7) : A savoir. Cette technique n’est rentable que pour le taxol et pour l’Ajmalicine.
3.
Transgénèse
a)
Technologies
La transformation par bombardement est la première technique pour transformer des molécules.
C’est une méthode très brutale, mais qui marche. (Page 7, figure 10) Les billes sont enrobées d’ADN,
si une bille arrive dans les noyaux, les fragments d’ADN sont insérés dans le génome. Une cellule
végétale perforée va mourir. Il faut donc un bombardement modéré, mais suffisant pour qu’une bille
arrive, et il faut de plus que l’ADN s’insère, chose à petit rendement. A partir de là on a une cellule
transgénique, pas plus. Il faut alors régénérer une plante entière. C’est du clonage somatique.
Acrobacterium tumefaciens est une bactérie capable dans la nature de former une tumeur
(pathogène). C’est une prolifération de cellules végétales. Il y a quelques dizaines d’années on s’est
aperçu que les cellules infectées sont modifiées génétiquement, elles ont des gènes de la bactérie.
Cette découverte prouve que l’on est capable de modifier le génome d’une plante grâce à une
bactérie. (Page 8, figures 11 et 12). Une partie du plasmide de la bactérie est transféré dans le
génome de la cellule végétale. Cette séquence provoque la fabrication entre autres de facteurs de
croissance, ce qui produit la tumeur (page 9 et 10). Les opines fournies à la bactérie lui donnent de
l’énergie. Zone Vir : zone qui permet le transfert. L’ADNt est limité par 2 petites zones, que l’on
garde, et on change l’ARNt par ce qui nous intéresse, et on enlève la zone verte, qui permettait de
nourrir la bactérie. On garde par contre l’origine de réplication.
(Page 11) On prend une feuille de la plante et on lui met en contact la bactérie porteuse du vecteur.
On va faire alors un cal, et on va alors régénérer des plantes entières à partir des cals. La bactérie
n’est capable de reconnaître que les dicotylédones. Le bombardement permet de faire n'importe
quelle espèce végétale (notamment les monocotylédones), comme les céréales, par exemple.
b)
Application : alicaments et planticorps
On peut faire fabriquer aux plantes des protéines vaccin ou des anticorps. Les anticorps des plantes
sont les planticorps. On a fait fabriquer un vaccin au maïs. Ceci permet d’éviter les vaccinations par
seringues dans des pays en voie de développement, et autres pays ou l’utilisation de seringue est
difficile. On peut alors faire ingérer le produit qui en petites quantités permet de vacciner (page 14).
(Page 13) Schéma du cout en fonction de la quantité de cellules transgéniques, suivant les animaux
ou les végétaux. Il est plus cher de faire des cellules animales que des cellules végétales. (Page 12,
figure 17) On peut faire des vaccins à partir de cellules transgéniques végétales comme de bactéries,
d’animaux et autres. Les plus rapides à faire sont les bactéries. Les couts sont les moindres pour les
végétaux. Glycosylation, assemblage multimérique et repliement sont les meilleurs sur les
mammifères, puisque les plus proches de l’homme. Cependant, les virus ou bactéries végétales ne
sont pas toxiques pour l’homme. Et les meilleurs pour l’échelle sont les végétaux. Ce sont donc les
végétaux qui gagnent.
III.
L’exemple du Millepertuis : de la plante au médicament
Figure 7 page 5
Le Millepertuis est cultivé en extérieur, on le récolte. Les quantités sont alors très variables, suivant
les conditions environnementales. Les quantités d’hypéricine varient alors d’un facteur 20. Il faudrait
alors les cultiver en conditions in vitro, car les préparations sont homogènes.