Enseignants de pharmacologie PCEM2 Evelyne Jacqz-Aigrain Fabien Calvo Jean-Jacques Kiladjian Heriberto Bruzzoni Florentia Kaguelidou [email protected] 1 INTRODUCTION EN PHARMACOLOGIE: Développement et évaluation des médicaments – Mécanismes d’action PCEM 2, 2011 Pr Evelyne Jazcqz-Aigrain, Dr May Fakhoury Service de Pharmacologie Clinique, Hôpital Robert Debré 2 Plan 1. Définitions utiles 2. Développement et évaluation des médicaments 3. Données actuelles 4. Classement - Listes des médicaments 5. Mécanismes d’action des médicaments Pharmacodynamie 3 1. Définitions utiles 4 Définitions (1) • Pharmacologie: Etude / science des effets et du devenir dans l’organisme des médicaments – ≠ pharmacie: fabrica on et dispensa on des médicaments • Pharmacodynamie: actions du médicament sur l’organisme • Pharmacocinétique: actions de l’organisme sur le médicament (ADME) • • • • Pharmacologie expérimentale / clinique, Pharmacovigilance Pharmacoépidémiologie Pharmacoéconomie Pharmacogénétique 5 Définitions (2) • Médicament (L'Article L.511 du Code de la Santé Publique): " On entend par médicament toute substance ou composition présentée comme possédant des propriétés curatives ou préventives à l'égard des maladies humaines ou animales, ainsi que tout produit pouvant être administré à l'homme ou à l'animal en vue d'établir un diagnostic médical ou de restaurer, corriger ou modifier leurs fonctions organiques ". • Bio-médicament ou médicament biologique – Issus des biotechnologies : ensemble des technologies qui utilisent les ressources du vivant (tissus, cellules, protéines…) pour concevoir ou produire des substances actives. – Définition très réglementée – p.e. Immunomodulateurs, anticorps monoclonaux, insulines recombinantes, facteurs de coagulation, vaccins… 6 Composition du médicament = substance active + excipient • Substance active: – élément ou composé chimique ou mélange/ solution naturels – Origine végétale ou animale – Substances actives artificielles (synthèse chimique ou biotechnologies ou génie génétique)+++ – 1 substance active= monopréparations / ≥ 2 = association • Excipient: – Donnent au médicament : forme utilisable, conservation, goût, couleur – Amidon, sucre, gélatine, graisse, huile, eau, alcool 7 Formes du médicament = Formes galéniques • Solides: comprimés, dragées, capsules, poudres, suppositoires, gélules • Semi-solides: pommades, pâtes, crèmes, gels • Liquides: teintures, perfusions, gouttes, solutions en ampoules, sirops, sprays • Gazeuses: inhalations 8 Dénominations des médicaments • On distingue plusieurs noms pour un médicament: – Nom chimique qui correspond à la formule chimique: acide acetyl salicylique – La dénomination commune internationale (DCI): Aspirine – Nom de spécialité (nom commercial): Aspegic ®, Kardegic ®,… • La présentation du médicament – correspond à un dosage, une forme d’administration et un conditionnement d’une spécialité pharmaceutique: Aspegic ® cp 500mg 9 Classes de médicaments • Différentes classes thérapeutiques: – antalgiques, antiinflammatoires, médicaments de cancérologie, cardiologie et angiologie, dermatologie… • A l’intérieur, plusieurs classes pharmacologiques: – ex. pour les anti-infectieux: antibiotiques, anti-parasitaires, anti-viraux, anti-fongiques, antiseptiques 10 2. Développement et Évaluation des médicaments 11 Développement du médicament • • • • Dossier préclinique Essais de phase I: tolérance (en termes de toxicité) Essais de phase II: relation dose – effet Essais de phase III: démonstration d’efficacité AMM: autorisation de mise sur le marché • Études de phase IV: évaluation post- AMM 12 Les approches et les processus de recherche d'un médicament ont évolué pour devenir de plus en plus rationnelles • Les approches empiriques (basées sur l’expérience médicale) • Les approches fonctionnelles (démontrant l’effet sur une fonction de l’organisme) • Les approches moléculaires (démontrant un effet au niveau moléculaire ..liaison à un récepteur par ex) • Les approches actuelles (approches par criblages à hauts débits, par chimie combinatoire, rationnelles) 13 QSAR :Quantitative Structure Activity Relationship - Relates structure to Activity QSPR : Quantitative Structure Property Relationship Goal of QSAR/QSPR : Find a quantitative relationship between structure, property and activity 14 Pharmacologie préclinique: Comment déterminer une cible (récepteur, enzymes) 15 Développement du médicament: Pharmacologie préclinique • Détermination d’une cible (récepteur, enzymes) • Screening par binding • Pharmacologie expérimentale sur cellules, organes isolés (in vitro) et animaux • Pharmacocinétique (3 espèces) • Toxicologie: – – – – Aigue, chronique Mutagenèse (génotoxicité) Cancérogenèse Fonctions de reproduction Brevet de composition ou d’utilisation 16 Développement du médicament: Phase I = premières administrations chez l’homme • Objectifs: – Déterminer l’ordre de grandeur des doses tolérées – Déterminer les caractéristiques pharmacocinétiques chez l’homme • Sujets: – Sujets volontaires sains (études sans bénéfice individuel direct) – Patients (dans les cas ou la substance testée ne peut pas être administrée chez le sujet sain) 17 Développement du médicament: Phase I • Réalisées sur de petits effectifs (≈ 20-50) • Administrations uniques (doses croissantes) et répétées • Études pharmacocinétiques • Identification des métabolites • Études des voies d’administration 18 Développement du médicament: Phase II = administration chez des patients • Objectifs: – Établir la relation dose - effet du produit sur un petit nombre de patients (intérêt thérapeutique) – Déterminer les paramètres pharmacocinétiques chez les patients • Méthodologie: – Comparaisons de plusieurs doses (3 à 10 doses) – Petits groupes de patients homogènes – Critère d’efficacité dit de « substitution » • Durée ≈ 2 ans, bien déterminer les doses actives choisies 19 Développement du médicament: Phase III = « essais thérapeutiques » • Démonstration de l’efficacité et de la tolérance du produit dans les conditions d’utilisation les plus larges • Effectifs grands, représentatifs des patients à traiter • Administration prolongée • Comparaison avec placebo ou traitements de référence 20 Durée du développement 21 Demande d’AMM • Procédure européenne (EMEA) ou centralisée, nationale (Afssaps) • Qualité pharmaceutique, efficacité, tolérance • Peut prendre plusieurs années • L’AMM est obtenue pour une présentation pharmaceutique: – Indications thérapeutiques – Modalités d’administration (doses, rythme d’administration, durée du traitement …) – Précautions d’emploi – Contre-indications – Effets indésirables Résumé des caractéristiques du produit (RCP) Notice d’utilisation 22 Cas particuliers • Autorisation temporaire d’utilisation (ATU) – pathologies graves ou rares, – en l’absence d’alternative thérapeutique (médicament ou autre) appropriée et disponible en France, – et lorsque le rapport bénéfice/risque du médicament est présumé positif – ATU nominative/ de cohorte • Médicaments génériques – spécialité qui a la même composition qualitative et quantitative en principes actifs et la même forme pharmaceutique que la spécialité de référence – Pas d’études pharmaco-toxico-cliniques (que bioéquivalence) – Nom de la DCI avec la marque ou nom du fabriquant 23 Prix des médicaments • Commission de transparence (HAS) – Évaluation du bénéfice thérapeutique/ risque: SMR (1 à 5) – Évaluation de la position du produit par rapport aux autres – Évaluation de la justification des dépenses induites Taux de remboursement par la sécurité sociale (0%, 35%, 65%, 100%) Détermination du prix du médicament par le Comité Économique des Produits de la Santé (CEPS) 24 Développement du médicament: Phase IV = Surveillance post -AMM • Évaluation du bénéfice thérapeutique – – – – – Qualité de vie, morbi-mortalité Comparaisons avec d’autres substances Associations à d’autres médicaments Études chez certaines populations Recherche d’autres indications • Évaluation du bon usage du médicament • Évaluation des effets indésirables rares +++ 25 3. Données actuelles 26 Investissement • Coût de développement des médicaments 800 millions à 1 milliard d’euros pour 1 médicament X 10 pour tenir compte des échecs à financer 27 Investissement • France: 1er producteur de médicaments en Europe et 4ème mondial avec 220 sites industriels • Industrie pharmaceutique finance 99% de sa recherche – 3,9 milliards d’euros en R & D en 2004 – Les brevets permettent d’amortir les dépenses – Secteur industriel qui consacre le plus d’investissements R & D en France – Effectifs ont triplé en 20 ans • Problèmes: – – – – Développement des génériques Difficultés et lenteur d’accès au marché Prix fixés par l’administration Fiscalité excessive (/ autres secteurs industriels) 28 Marché mondial du médicament Le marché pharmaceutique mondial (total d’achat de médicaments dans le monde) s’élève à 350 milliards de $ 29 Consommation des médicaments ATC: Classification Anatomique, Thérapeutique et Chimique 30 4. Classement - Listes des médicaments 31 A. Médicaments non listés = ne contiennent pas de substances vénéneuses • En vente libre, sans ordonnance • Remboursables ou non • Pas de cadre particulier sur le conditionnement • 2 catégories: – Médicaments « conseils »: pharmaciens – Médicaments « grand public »: publicité 32 B. Médicaments listés = contiennent des substances vénéneuses Liste Types de médicaments Mode de dispensation Durée de la prescription Quantité délivrée Liste I Cadre rouge sur le conditionnement Ordonnance simple non renouvelable sauf si mention contraire Renouvelée jusqu’à 12 mois Par fraction de 30 jours au max Liste II Cadre vert sur le conditionnement Ordonnance simple renouvelable sauf mention contraire Limitée à 12 mois Par fraction de 30 jours au max (contraceptifs: 3 mois) Stupéfiants Cadre rouge sur le conditionnement Ordonnance sécurisée De 7 à 28 jours selon substance et forme De 7 à 28 jours selon la prescription 33 C. Médicaments à prescription restreinte • Réservés à l’usage hospitalier – antirétroviraux, antibiotiques… • À prescription initiale hospitalière – Alzheimer… • Nécessitant une surveillance particulière – neuroleptiques… • Nécessitant une compétence particulière – « ordonnance de médicaments d’exception » – Immunosuppresseurs… 34 5. Mécanismes d’action des médicaments → Pharmacodynamie 35 Connaître les mécanismes d’action des médicaments permet de : • Améliorer les modalités d’administration • Mieux connaître les mécanismes physiopathologiques en cause dans les différentes maladies • Mieux prévenir la survenue d’effets indésirables • Ouvrir les voies du développement des nouveaux médicaments 36 Mécanisme d’action des médicaments: 1. Type substitutif • Défaut de synthèse – Insuline chez un patient diabétique – Dopamine chez une patient parkinsonien… • Défaut d’apport – Vitamine D: rachitisme – Vitamine B12: anémie de Biermer… • Défaut physiologique de synthèse – Œstrogènes après la ménopause… 37 Mécanisme d’action des médicaments: 2. Interaction avec le métabolisme d’une substance endogène • Blocage ou stimulation de la synthèse ou de la dégradation d’une substance endogène – Inhibition de la synthèse d’angiotensine II à partir de l’angiotensine I (= inhibiteurs de l’enzyme de conversion de l’angiotensine, IEC) – Inhibition de la synthèse du cholestérol par inhibition de l’HMG-CoA réductase (= statines) – Blocage du cycle d’oxydo-réduction de la vitamine K par inhibition de la Vit K réductase (= anticoagulants oraux) 38 Mécanisme d’action des médicaments: 3. Interaction avec les cibles des substances endogènes • Substance endogène → récepteur membranaire • Développement des médicaments agonistes et antagonistes – Antagonistes des récepteurs H1 (antihistaminiques) et H2 de l’histamine (anti-sécrétoires gastriques) – Agonistes des récepteurs aux enképhalines (morphiniques) – Blocage de la transmission neuromusculaire (curares) 39 Mécanisme d’action des médicaments: 4. Interaction avec les canaux membranaires ou des systèmes de transport ionique transmembranaire • Ces protéines permettent le transport des ions et des petites molécules à travers les membranes cellulaires (ions Na+, glucose…) – Inhibition de la H+/K+ ATPase (dite pompe à protons) (inhibiteurs de la pompe à protons ex. omeprazole) – Inhibition de la Na+/K+ ATPase (digoxine) 40 Mécanisme d’action des médicaments: 5. Interaction avec des agents pathogènes • bactéries, virus, parasites, champignons • Les médicaments inhibent la synthèse d’un constituant indispensable à leur développement et survie • En agissant sur des cibles spécifiques de ces agents (récepteurs, enzymes) – Inhibition de la synthèse de la membrane bactérienne (beta-lactamines) – Inhibition du cycle de maturation du plasmodium falciparum (quinine) – Inhibition de la transcriptase inverse du virus HIV 41 Mécanismes d’action des médicaments (résumé) 1 Type substitutif= remplacement d’une substance nécessaire à l’organisme 2 Interaction avec le métabolisme d’une substance endogène 3 Interaction avec les cibles des substances endogènes 4 Interaction avec les canaux membranaires ou des systèmes de transport ionique transmembranaire 5 Interaction avec bactéries, virus, parasites, champignons 42 Effet pharmacologique ≠ effet thérapeu que • L’interaction d’un médicament avec son site d’action va entraîner, via des mécanismes de signalisation intracellulaire (système de transduction): – effet pharmacologique (cellule, organe isolé, organisme entier) – effet thérapeutique ex. antiagrégants plaquettaires • inhibition in vitro de l’agrégation plaquettaire (effet pharmacologique) • diminution du risque de thrombose et d’embolie artérielle (effet thérapeutique) 43 Caractérisation pharmacodynamique d’un nouveau médicament A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique 44 A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique A. ÉTUDE DE L’AFFINITÉ DE CETTE SUBSTANCE POUR SON SITE D’ACTION (ANALYSE DE LA LIAISON LIGAND – RÉCEPTEUR) 45 Données théoriques de la liaison au récepteur • Liaison: – Spécifique = déclenche ou bloque un effet biologique – Saturable • ≠ sites non spécifiques (ex. albumine plasma que) • Réaction réversible selon modèle de la loi de masse: 46 Courbe dose – fixation au récepteur • Courbe hyperbolique (→ sigmoïde) • A l’équilibre: V1=V2 → [L]x[R]xk1=[LR]xk2 alors • KD = constante de dissociation à l’équilibre – Caractérise la liaison L – R – = Concentration de ligand nécessaire pour obtenir la moitié de l’occupation des récepteurs • En pratique: – Effet pharmacologique n’est pas proportionnel au nombre des récepteurs occupés: récepteurs de réserve 47 Objectif des études de relation ligand-récepteur (Binding) • Déterminer la capacité de fixation, appelée affinité, du ligand pour son récepteur, caractérisée par la concentration du ligand occupant 50 % des récepteurs (constante de dissociation : KD) sur une préparation de membranes. Affinité: 1/KD • Ces études permettent alors: – de définir le profil pharmacologique par la comparaison des affinités du même L pour différents R – De choisir le ligand selon objectif fixe par comparaison des affinités pour un même R des différents L C'est la base de la sélection des substances nouvellement synthétisées et du screening pharmacologique • Détermination de KD par méthodes de saturation et de déplacement • Ne permettent pas de définir l’activité du ligand!!! 48 Méthode de saturation • On dispose du marquage radioactif du ligand à étudier • On ajoute à une préparation de membrane une concentration croissante du ligand radioactif • Seules [L] et [RL] peuvent être déterminés expérimentalement • On déduit KD et R total (R total = [RL] + [R]) 49 Méthode de déplacement • On n’a pas de marquage pour le ligand à étudier • Quantité fixe de membrane, Ligand L* fixe et on ajoute des concentrations croissantes du ligand à étudier L • Permettent de déterminer : – IC50: concentration du ligand non radioactif nécessaire pour déplacer 50% de la fixation totale du ligand radioactif – Ki=constante d’inhibition • Plus IC50 et Ki sont faibles, plus l’affinité du ligand non radioactif est élevée 50 A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) 51 Courbe dose (concentration)- réponse (effet) = effet pharmacologique mesuré (in vivo ou ex vivo) pour des doses croissantes de la substance à étudier 52 53 Agoniste (1) = médicament qui, après sa liaison à un récepteur spécifique, provoque un effet comparable à celui du médiateur naturel (effet mimétique) • Activité intrinsèque (a) capacité à entraîner le couplage du récepteur à son effecteur – Agoniste «complet» ou «entier»: a=1 – Agoniste «partiel» : 0 < a < 1 54 Agoniste (2) • Efficacité: effet maximal= Emax dépend de l’activité intrinsèque de l’agoniste (aA >aB) DE50 : dose d’agoniste qui permet d’obtenir 50% de son Emax (DE50 ↓ = puissance ↑) puissance La notion de puissance s’appuie sur l’affinité pour son R: plus elle est grande, plus sa puissance est élevée 55 Agoniste (3): QUIZ • Comparer A et B – A plus efficace que B – B plus puissant que A • Comparer A et C – Même efficacité – A plus puissant que C • Comparer A, C, D – Même efficacité – Puissance: A>C>D 56 Antagoniste = molécule / substance qui se lie à un récepteur spécifique sans provoquer d’effet mais qui peut ainsi bloquer ou diminuer l’action d'une autre molécule en s’opposant à sa liaison au récepteur • A: Antagoniste compétitif: se lie sur le même site que la molécule ou le médiateur endogène • B: Antagoniste non compétitif: se lie sur un autre site du récepteur • Pas d’effet propre : alors pour étudier l’effet de l’antagoniste il faut faire des courbes dose-réponse de l’agoniste avec des concentrations croissantes d’antagoniste 57 A. Antagoniste compétitif • Compétition agoniste- antagoniste vis-à-vis du site d’action • En présence de l’antagoniste, il faut augmenter les doses de l’agoniste pour obtenir la même réponse qu’en son absence – L’effet maximal obtenu mais avec concentration d’agoniste plus élevées= antagonisme réversible 58 A. Antagoniste compétitif • Pour comparer la puissance des antagonistes entre eux, on utilise la détermination de la CI 50 (ou DI 50) • CI50 (ou DI50)= concentration qui va inhiber de 50% l’amplitude de l’effet d’un agoniste administré à une dose donnée (non maximale) • Plus la puissance de l’antagoniste, plus l’affinité de l’antagoniste pour le récepteur est grande 59 B. Antagoniste non compétitif • Se lie sur un site différent du récepteur • Cette association est pratiquement irréversible → diminu on de l’efficacité de l’agoniste 60 C. 2 autres types d’antagonistes • Antagoniste chimique – Interaction chimique de l’agoniste avec l’antagoniste indépendamment de toute interaction avec le récepteur • Protamine se fixe sur l’héparine • Antagoniste fonctionnel ou physiologique – 2 agonistes se fixent sur des récepteurs distincts et exercent des effets opposés • hormones glucocor coïdes : ↑de la glycémie • insuline : ↓de la glycémie 61 Agoniste partiel = effet maximal inférieur à celui d’un agoniste complet • Double potentialité agoniste et antagoniste Si médiateur endogène est en quantités élevées ou si agoniste complet est présent: compétition = effet antagoniste Si médiateur endogène est absent ou en quantités faibles = effet agoniste partiel 62 Agoniste inverse (antagoniste négatif) = il s’oppose aux effets de l’agoniste et en plus il provoque une réponse cellulaire propre – Ac vité intrinsèque → Agoniste inverse : a = -1 Agoniste inverse « partiel »: -1< a < 0 – Concept récent – ≠ antagoniste 63 A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique C. ÉTUDE DE LA SÉLECTIVITÉ DE LA MOLÉCULE 64 Sélectivité • Effet spécifique: action ciblée et limitée à un mécanisme biologique précis • mais souvent pas de spécificité absolue: molécule sélective pour tel ou tel récepteur • Sélectivité de liaison – L est sélectif pour R1 vis-à-vis de R2 si KD2/KD1 > 100 • Sélectivité d’effet – Médicament est sélectif pour E1 vis-à-vis de E2 si DE50 (E2) /DE50 (E1) > 100 – Effets bénéfiques peuvent s’observer dans un intervalle donné de doses alors que d’autres effets qui pourront être indésirables s’observeront à des doses ou concentrations différentes 65 Exemple sélectivité • CE50(2)/CE50 (1) = 5 – cette molécule n’est pas sélective pour l’effet 1 par rapport à l’effet 2 • CE50(3)/CE50 (1) = 159 – cette molécule est sélective pour l’effet 1 par rapport à l’effet 3 66 A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique D. ÉTUDE DE L’EFFET CLINIQUE 67 Courbes dose – effet clinique quantitatif • pentes trop raides (courbe D): petite augmentation de dose résulte à une grande augmentation de l’effet! 68 Courbes dose – effet clinique qualitatif • Événement binaire: ex. mort oui/non, soulagement d’une céphalée… Index thérapeutique • Chez l’animal: DT50/ DE50 • Chez l’homme: Dose EI /Dose ET 69 A. Étude de l’affinité de cette substance pour son site d’action (analyse de la liaison ligand – récepteur) B. Étude qualitative et quantitative de l’effet pharmacologique (courbe dose – réponse) C. Étude de la sélectivité de la molécule préclinique D. Étude de l’effet clinique E. Variabilité de la réponse pharmacodynamique clinique E. VARIABILITÉ DE LA RÉPONSE PHARMACODYNAMIQUE 70 Variabilité • Effets pharmacologiques varient – d’un individu à l’autre – chez le même individu avec la dose mais aussi indépendamment de la dose • Patients « peu répondeurs » ou « très répondeurs» • Variabilité liée: – État physiologique (age, grossesse,…) ou pathologique (IH, IR…) – Interactions médicamenteuses – Pharmacogénétique – Aux effets propres des médicaments: tolérance, hypersensibilisation, dépendance 71 Tolérance = diminution de l’effet pharmacologique d’une dose de médicament lors de l’administration répétée de cette même dose d’agoniste • Pour retrouver l’effet initial: augmenter les doses • Tachyphylaxie, Tolérance croisée, Tolérance partielle • Mécanisme: désensibilisation des récepteurs – «down regulation»: internalisation ou diminution de synthèse – Découplage fonctionnel avec le système effecteur • ≠ Hypersensibilisa on induite par traitement chronique par antagoniste – «up regulation»: augmentation du nombre des récepteurs – Rebond à l’arrêt du traitement 72 Pharmacodépendance = l’usage répété, compulsif d’un médicament ou d’un produit non médicamenteux pour le plaisir chimique qu’il procure ou pour éviter les effets désagréables de sa suppression (= syndrome de sevrage) • Dépendance physique • Dépendance psychique 73