Pharmacologie clinique des antifongiques systémiques Olivier Lortholary Université Paris Descartes, Service des Maladies Infectieuses, Hôpital Necker Enfants malades, Centre d’Infectiologie Necker-Pasteur Centre National de Référence Mycologie et Antifongiques, Institut Pasteur, Paris

Mode d’action sur Candida albicans Infection à C. albicans , souris neutropénique Composé Fongicidie Prédicteur et valeur requise EPAF Ampho B Conc.-dep. Pic / CMI = 10* > 24h in vivo 5 FC Temps-dép. T > CMI = 25% > 12 h in vivo Azolés Temps-dep AUC libre / CMI > 20 Caspofungine Pic / CMI = 10** >12h in vitro * administration toute les 72h ** HMR3270 Andes, AAC, 1999, 2000, 2001

Activité antifongique sur Candida spp (n=8) Ampho B Itraconazole Voriconazole Fongicide Fongistatique Fongistatique Manavathu, AAC 1998

Mode d’action sur Aspergillus Infection pulmonaire à A. fumigatus , souris neutropénique Composé Fongicidie Prédicteur et valeur requise Ampho B Conc.-dep. Pic / CMI = 4* 5 FC Azolés Caspofungine Pic / CMI = 10 à 20** * administration toutes les 72h ** administration toutes les 48h Wiederhold 2004, 2006

Activité antifongique sur Ampho B Itraconazole Voriconazole Aspergillus spp (n=18) Ampho B Itraconazole Voriconazole Tous fongicide Manavathu, AAC 1998

Antifongiques systémiques (1): Amphotéricine B et 5 FC

Antifongiques systémiques (2): Azolés

Antifongiques systémiques (3):

Structure et mécanisme d’action

Mode d'action des antifongiques Synthèse ac nucléiques acetyl-Co-A Synthèse ac nucléiques Flucytosine squalène Synth ß (1,3)-D-glucanes lanostérol K+ azolés candines i.e. caspofungine amphotéricine B ergostérol

Liaison aux protéines et effet du sérum Nassar 95, Bartizal 97, Zhanel 2001

effet post-antifongique Mode d’action et effet post-antifongique Infection à C. albicans , souris neutropénique Composé Fongicidie Prédicteur et valeur requise EPAF Ampho B Conc.-dep. Pic / CMI = 10* > 24h in vivo 5 FC Temps-dép. T > CMI = 25% > 12 h in vivo Azolés Temps-dep AUC libre / CMI > 20 Caspofungine Pic / CMI = 10** >12h in vitro * administration toute les 72h ** HMR3270 Andes, AAC, 1999, 2000, 2001

Facteurs confondants dans la relation PK-PD Valeur de la CMI (pb de l'amphoB) Effet du plasma et des composés endogènes Défenses immunitaires Etat physiologique du champignon

Activité sur Candida dans un biofilm sur prothèse Produit in vitro in vivo* Fungizone 0 non fait Ambisome ++ ++ Azolés 0 0 Caspofungine ++ non fait *Modèle de cathéter infecté par C. albicans, lapin Kuhn, AAC 2002; Schinabeck AAC 2004

Optimisation de l’utilisation de la flucytosine 1. Dosages plasmatiques (prévention de la toxicité) 2. Perfusion continue ? (maximiser T > CMI)

5-Flucytosine: cinétique Biodisponibilité orale de 90% Peu liée aux protéines plasmatiques. Passage dans l’eau totale (SNC, œil, …). Non métabolisée, élimination urinaire. Demi-vie 3-6 h pour CLcr de 100 ml/min. Dialysable

Toxicités concentration- dépendantes de la 5FC 1. Toxicité digestive (rôle de la flore) 2. Toxicité hépatique* 3. Toxicité hématologique* *Si C > 100 mg/l, 53 patients en USI, Vermes et al, Chemotherapy 2000.

Toxicités concentration- dépendantes de la 5FC: mécanismes 1. Conversion intracellulaire en 5FU. 2. Apport de 5FU en cas de conservation des flacons à une température > 25 °C . 3. Conversion intestinale en 5FU par la flore, après induction par 5FU (Harris, AAC, 1986)

Adaptation posologique de la 5FC Zones cibles: le"pic" (0.5h après perf de 1h): 50 - 100 mg/l la résiduelle: 25 - 50 mg/l 2. Si Cpic < 50 ou > 100 mg/l: Maintenir l'intervalle posologique Modifier la dose unitaire 3. Valeur cible en perfusion continue: 50 mg/l

5FC: doses recommandées Flacons 250 ml à 1% soit 2.5 g / flacon Clcreat Dose (mg/kg) Intervalle (h) > 40 25 à 50 6 20 - 40 25 à 50 12 10 - 20 25 à 50 24 < 10 doser Flacons 250 ml à 1% soit 2.5 g / flacon

Indications du dosage plasmatique de la flucytosine Patient en hématologie ou cancéreux 2. Patient en USI (épuration extra-rénale) 3. Patients avec IR chronique CLcr < 10 ml/min 4. Association à l’amphotéricine B (néphrotoxicité)

Optimisation de l’utilisation de l’amphotéricine B Fungizone: perfusion continue OU Ambisome (réduction de la toxicité) 2. Ambisome: augmenter la posologie OU dose de charge (maximiser pic > CMI)

Propriétés physico-chimiques Amphotéricine B : Propriétés physico-chimiques Très faible solubilité dans l’eau (1 µM), amphotère Forme des complexes avec les stérols Forme des solutions micellaires avec les sels biliaires Fungizone = amphotericine B + desoxycholate Monomère (actif), oligomères (toxique), agrégats (inactif).

Caractéristiques de l’action fongicide Amphotericine B : Caractéristiques de l’action fongicide Très large spectre (levures et filamenteux) Fongicide, concentration dépendant (Ralph, AAC, 1991) Peu d’effet inoculum (sauf Fusarium) Inhibé en présence de sérum Actif sur les germes intracellulaires (Van Etten, AAC, 1991) Moins actif en anaérobiose (Sokol-Anderson, JID, 1986)

Toxicité clinique de la Fungizone Amphotéricine B : Toxicité clinique de la Fungizone Toxicité rénale : limitante, génère hypokaliémie, hypomagnésémie, augmentation de la créatininémie Fièvre et frissons dans 50 % des cas, peut conduire à l ’arrêt du traitement Baisse de l ’hématocrite de 20 à 30 % en quelques semaines, thrombopénie, granulopénie

Amphotéricine B : mécanisme de la toxicité immédiate Au niveau des monocytes: Activation de la transcription de IL1 et TNF- : max en 4h, dose dépendante, inhibée par hydrocortisone Augmentation de la production de PGE2 Action de IL1, TNF- et PGE2 sur hypothalamus FIEVRE Rogers DA, JID 1998

Mécanisme de la néphrotoxicité Amphotericine B : Mécanisme de la néphrotoxicité 1 - Toxicité glomérulaire : réduction de la filtration glomérulaire Vasoconstriction rénale Contraction des cellules mesangiales 2 - Toxicité tubulaire Formation de pores membranaires par les oligomères d ’ampho B, facilitée par cholestérol

Conséquences du mécanisme d’action Amphotericine B : Conséquences du mécanisme d’action La toxicité pour les cellules de l ’hôte dépend du cholestérol et des lipoprotéines La toxicité et l ’activité peuvent être modifiées par un excipient lipidique L ’activité dépend de l ’état des défenses immunitaires

Cinétique de l’amphotéricine B chez l’homme Points clés Pas d’absorption orale Liaison aux lipoprotéines plasmatiques Volume de distribution élevé (2 L/kg) Cinétique triphasique avec demi-vie terminale longue (5 jours) L’élimination ne dépend pas de la fonction rénale

Cinétique des amphotéricine B lipidiques chez l’homme La cinétique est dose-dépendante : les paramètres varient avec la dose Par rapport à la Fungizone, les concentrations tissulaires sont - plus élevées dans: foie, rate, poumons - plus basses dans: reins, cerveau, cœur La captation par le SRH est moins importante pour l ’Ambisome

Fungizone en perfusion continue (1) 1 mg /kg/j, 2 groupes de 40 patients, créat < 300 µM, pas de prémédication à J1 Réactions immédiates * Eriksson BMJ 2001

Fungizone en perfusion continue (2) Perf 4H Perf Cont Durée ttt (j) 12 (3 - 51) 16 (3 - 89) Créat. fin. / ini. 1.55 1.17 CLcréat 0.65 0.86 % hypoK 25 10 Eriksson, BMJ 2001

Relations entre les caractéristiques physicochimiques du vecteur et la cinétique de l'amphotéricine B AmB : amphotéricine B LSH : lécithine de soja hydrogénée Chol : cholestérol DSPG : distéaroyl phosphatidylglycérol DMPC : dimirystoylphosphatidylcholine DMPG : dimirystoylphosphatidylglycérol  

Pharmacocinétique de l'amphotéricine B administrée sous différentes formulations AmB : amphotéricine B LSH : lécithine de soja hydrogénée Chol : cholestérol DSPG : distéaroyl phosphatidylglycérol DMPC : dimirystoylphosphatidylcholine DMPG : dimirystoylphosphatidylglycérol  

Toxicité de l'Abelcet vs Ambisome Etude randomisée double aveugle. Neutropéniques. Abelcet 5mg/kg/j (n = 78) AmBisome 5mg/kg/j (n = 81) AmBisome 3mg/kg/j (n = 85) TOLÉRANCE GENERALE 88,5 % 66,2 % 48,1 % 45 % 51,8 % 49,4 % 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% J1 sans prémédication J2 à 5 avec prémédication p < 0,001 % Réactions liées à la perfusion 26,9 % 42,3 % 62,8 % 6,2 % 14,8 % 25,9 % 5,9 % 14,1 % 29,4 % > 1,5 x base > 2 x base > 3 x base TOLÉRANCE RENALE Wingard, CID 2000

Augmentation de posologie d’Ambisome: efficacité Traitement de la leishmaniose viscérale Syriopoulou 2003 Sundar 2003 Dose mg/kg/j 4 10 7.5 Durée ttt (j) 5 2 1 Succès J90 90 % 97.5 % Taille rate J30 vs J0 - 4.0 cm - 4.5 cm* - 4.7 cm Fièvre J2 vs J0 - 2 °C - 2.6 °C* ND

Augmentation de posologie d’Ambisome: tolérance Walsh Wingard Dose mg/kg/j 10 3 Durée ttt (j) 17 (3 – 42) 7 (1-28) R° imméd. 40 % 49 % Créat x2 30 % 14 % HypoK 22 % Anémie 60 % 37 % Walsh, AAC 2001

Augmentation de posologie d’Ambisome: efficacité ? Ambiload Traitement des mycoses invasives à filamenteux. Ambisome 3 vs 10 mg/kg/j pendant 10 j puis 3 mg/kg/j. 201 patients Cornely, CID 2007

Conclusions sur les formes lipidiques d’amphotéricine B Moindre toxicité que Fungizone (surtout Ambisome) Améliorent l ’index thérapeutique dans certains cas L’activité de l’Ambisome augmente avec la dose jusqu ’à 10 mg/kg/j Fungizone en perf continue : tox similaire à Ambisome Pas d’indication au dosage plasmatique

Optimisation de l’utilisation des azolés Dosages plasmatiques de: Itraconazole Voriconazole Posaconazole Fluconazole

Structure des azolés * * * * Fluconazole Ketoconazole * * Voriconazole Itraconazole * * Posaconazole Ravuconazole N R R

Mode d’action et effet post- antifongique des azolés Infection à C. albicans , souris neutropénique: effet fongistatique Composé Liaison prot. Prédicteur et valeur requise EPAF Fluconazole 10 % AUC / CMI = 12 à 25 4 à 20h in vivo Voriconazole 50 % AUCfree / CMI = 11 à 58 ND Ravuconazole 96 % = 10 à 36* > 12 h in vivo Posaconazole 99 % = 6 à 26 La valeur requise est pour obtenir 50% de l’inhibition maximale de la croissance fongique. La valeur requise moyenne est de 20. * Dont 3 souches Flu-R Andes, AAC, 1999, 2003, 2004

CMI critique des azolés pour C. albicans CMI critique = free AUC / 20 Composé Free AUC mg.h / L CMI critique mg / L CMI90 Fluconazole 400 mg OD 350 16 (SDD: ≥ 16*) 0.5 Itraconazole 200 mg BID 4.2* 0.25 (SDD: ≥ 0.25*) 0.12 Voriconazole 200 mg BID 20 1 (S: ≤ 1**) 0.015 Posaconazole 400 mg BID 0.031 0.063 * ITZ + OH-ITZ, fu = 0.06 *Rex, CID 2002; **Pfaller, AAC 2006

Cmin plasmatique des azolés correspondant à la CMI critique Cmin critique = C plasmatique résiduelle totale pour avoir AUC libre / CMI = 20 à la CMI critique Composé CMI critique mg / L Cmin critique Zone actuelle Fluconazole 400 mg OD 16 11 (24 h) 6 - 12 Itraconazole 200 mg BID 0.25 3* (12 h) > 0.5** Voriconazole 200 mg BID 1 0.85 (12 h) 0.8 – 2.5 Calcul de la Cmin critique: Cmin = (freeCav/fu)*exp(-k.Tau/2) où freeCav = freeAUC0-24 / 24 = 20*CMI / 24 = 0.84*CMI ITZ + OH-ITZ, fu = 0.06 ** candidose oro-pharyngée, Groll 2002 et prophylaxie, Glasmacher 1999

Bilan du suivi thérapeutique du voriconazole sur 26 mois 126 patients, 203 résiduelles, 137 pics, age 1 – 85 ans, poso IV 40 – 400 mg bid, VO 50 – 500 mg bid Médiane, [interquartile] Voie IV (mg / L) Voie orale (mg / L) Pic Résiduelle 3.2 2.6 2.2 1.3 [2.0 – 5.9] [1.0 – 4.2] [1.2 – 3.3] [0.7 – 2.6] 25 % de résiduelles trop basses ! Padoin C, 2004

Antifongiques azolés : toxicité liée à une exposition excessive Tous: Cytolyse hépatique, cholestase dose dépendante plus fréquente après 1 mois de ttt plus fréquente si pathologie hépatique Voriconazole: Troubles de la vision, transitoires, réversibles Tox rénale de l’excipient de la forme IV

Linéarité en dose unique per os Kétoco-, Itraco-, Vorico- nazole cinétique non linéaire Mécanisme : saturation de l'effet de premier passage hépatique Itraconazole 300 Cmax (ng/ml) AUC (h.ng/ml) J 6000 J 5000 200 4000 3000 J 100 2000 J J 1000 dose (mg) dose (mg) J B J 50 100 150 200 B J 50 100 200

Facteurs modifiant l'absorption des azolés • aliments • pH • inducteurs enzymatiques • neutropénie • SIDA

Facteurs de variation de l'absorption des azolés Une réponse aux problèmes d'absorption de l'itraconazole : a une biodisponibilité supérieure de 30% à la gélule restaure une biodisponibilité élevée dans le SIDA (indication approuvée) - les hémopathies malignes la solution d'Itraconazole - cyclodextrine Barone 1998; Groll 2002; Boogaerts 2001; Schmitt 2001

Voies d’élimination et demi-vie Fluco Itraco Vorico Posaco Métabolisme 10 à 25 % 95 % 14 % Effet de 1er passage +++ + % élimination rénale 70 à 90 < 5 biliaire t1/2 ( h ) 30 - 35 34 - 72 6 25 - 30 Délai équi-libration ( j ) 6 - 10 14 - 15 5 Dose de charge oui

Dose de charge des azolés Fluconazole : 2 fois la dose d'entretien à J1 Itraconazole : la dose d'entretien, toutes les 8h pendant 3 jours Voriconazole : IV 1,5 fois la dose d'entretien à J1 PO 2 fois la dose d'entretien à J1 Posaconazole: Pas de dose de charge mais fractionnement 200 mg x 4 à J1 et J2

Facteurs de variation de la cinétique des azolés • insuffisance rénale • insuffisance hépatique • age • polymorphisme génétique

Facteurs de variation: insuffisance rénale comparaison au sujet sain Voriconazole Itraconazole Fluconazole Cmax 0 ¯ 20 % 0 (à J1) AUC 0 ¯ 15 - 20 % ­­ t1/2ß 0 0 x 2 ( CLcr: 20-70 ) x 3 ( CLcr < 20 ) Adaptation Non Non Oui* posologique Suivi thérap. 0 Oui Oui * Diviser la dose unitaire par 2 ou 3

Facteurs de variation: insuffisance hépatique comparaison au sujet sain Itraco Vorico Fluco Cmax x 2 (à jeun) x 2 ND t1/2ß x 1.5 à 2 x 2 ND AUC 0-t x 2 x 2 ND Adaptation poso. Oui* Oui* Non Suivi thérap. Oui Oui Non * Diviser la dose unitaire par 2

Facteurs de variation: Polymorphisme génétique Voriconazole et statut CYP 2C19 Homozygote Hétérozygote Homozygote rapide lent t1/2ß 1 x 2 x 4 AUCt 1 x 2 x 4 Posologie 200 mg bid x 1/2 x 1/4 Proportions : Asiatiques 15 à 20 % Caucasiens 3 à 5 %

Itraco- vorico- : principales interactions médicamenteuses Les azolés sont inhibiteurs de la PGP et du CYP450: Fluconazole: 2C9 Itraconazole: 3A Voriconazole: 2C19, 2C9, 3A4. Leurs concentrations sont diminuées par: Phénytoïne et autres anticonvulsivants (x 2 à 5) Rifampicine (x 2 à 5), Névirapine, Efavirenz Antiacides (itraconazole gélule)

Itraco- vorico- : principales interactions médicamenteuses Les concentrations de itra. sont augmentées par: IP-VIH (rito > indi > ampré, nelfi > saqui, ataza) x 2 à 3 Les concentrations de vori. sont augmentées par: IP-VIH ?? (indinavir : pas d’interaction) Oméprazole x 1.5 Groll 2002; Purkins 2003; Wood 2003

Voriconazole : Interactions médicamenteuses Modification de posologie du VCZ : - rifabutine - phénytoine Modification de posologie ou surveillance avec VCZ : - ciclosporine - tacrolimus - oméprazole - statines - benzodiazépines - sulphonylurées - warfarine - alcaloïdes pervenche - anti-protéases (Indi) - inh non nucléosidiques Contre-indication avec VCZ : - astémizole - phénobarbital - carbamazépine - cisapride - pimozide - quinidine - rifampicine - sirolimus - terfénadine Two identical protocols initiated in 1997 (US 602, Europe 307) ‘Umbrella’ concept of combining the interim analyses of the two studies discussed and agreed with division at outset -- 1997 Oct 2000: consensus recommendation made by EORTC, the US Investigative Group, and the Sponsor to close enrollment due to changes in medical practice and the choice of comparative agents. This recommendation was shared with FDA. Largest and only comparative study Transition into comparative trial -- challenge Objective: To evaluate the efficacy, safety and tolerability of voriconazole compared to amphotericin B as primary treatment of acute invasive aspergillosis in immunocompromised patients Cytochrome P450

Indications du dosage plasmatique des azolés Itraconazole: contrôle de l’absorption interaction médicamenteuse changement de posologie 2. Voriconazole: enfant, brulé métaboliseur lent CYP2C19 relation concentration/efficacité

Variations de la biodisponibilité du posaconazole (Noxafil) L’absorption est proportionnelle à la dose jusqu’à 800 mg Le fractionnement de la dose augmente l’AUC Le repas (gras) augmente l’absorption L’exposition n’est pas modifiée par un traitement anti acide (sauf cimétidine) Courtney R, 2003, 2004

Posaconazole chez l’insuffisant rénal Temps (hr) 20 40 60 80 100 120 140 Posaconazole (ng/mL) 200 400 600 800 1000 Groupe 2 (Minime, 50-80 mL/min) Groupe 1 (Normal, >80 mL/min) Groupe 4 (Sévère, <20 mL/min) Groupe 3 (Modéré, 20-49 mL/min) Courtney et al. J Clin Pharmacol. 2005

Posaconazole chez l’insuffisant hépatique #22; C #186; p29, A Temps (h) 24 48 72 96 120 100 200 300 400 500 600 Posaconazole (ng/mL) Fonction hépatique Insuffisance minime Normale Insuffisance modérée Insuffisance sévère (n = 4 dans chaque groupe) Reference Courtney R, Laughlin M, Gontz H, et al. Single-dose pharmacokinetics of posaconazole in subjects with various degrees of chronic liver disease. Poster presented at: Annual Meeting of the American Association of Pharmaceutical Scientists; October 29-November 2, 2000; Indianapolis, Ind. Abstract 3495. Courtney et al. AAPS 2000. Abstract 3495.

Réponse thérapeutique et concentration de posaconazole Quartile N Cmax (ng/ml) Réponse 1 17 142 24% 2 467 53% 3 852 4 16 1480 75% Walsh et al. CID 2007 63

PK du posaconazole chez les allogreffés avec GVH 246 patients inclus dans le protocole prophylaxie 5 infections émergeantes Les patients avec diarrhée ont une diminution de concentrationde 40% Concentrations médianes -Patients infectés: Cmax 635 g/ml -Patients non infectés: Cmax 1360 g/ml Krishna Pharmacotherapy 2007;12 64

Caspofungine: cinétique (1) Non absorbée par voie orale. Perfusion IV de 1h, toutes les 24h, 70 puis 50 mg/j. Demi-vie terminale 40-50 h. Cinétique linéaire entre 5 et 100 mg. Liaison plasmatique 97% (albumine). Faible concentration dans le SNC. Elimination par métabolisme hépatique, métabolites inactifs.

Caspofungine: cinétique (2) Insuffisance hépatique Child-Pugh 5 – 6 7 – 9 AUC + 55 % + 76 % Dose* (mg) 35 35 * Dose d’entretien

Caspofungine: cinétique (3) Interactions médicamenteuses Les inducteurs enzymatiques: rifampicine, névirapine, efavirenz, phénytoïne, carbamazépine, dexaméthasone, diminuent l’AUC de la caspofungine de 30 %. Augmenter la dose d’entretien à 70 mg/j

Caspofungine: cinétique (4) Interactions médicamenteuses Variation des concentrations Caspofungine Ciclosporine Caspofungine Tacrolimus + 30 % 0 0 - 20 %

Caspofungine chez l’enfant Etude Walsh, AAC 2005 29 enfants et ado de 2 à 17 ans, neutropéniques Comparaison de 3 posologies de caspofungine: 1mg/kg/j vs 50 mg/m2/j vs 70 mg/m2/j Etude cinétique à J1 et J4 50 mg/m2/j = exposition similaire à l’adulte

Pharmacokinetics of echinocandins Caspofungin Micafungin Anidulafungin Cmax 70-75 mg/d g/ml 12.1 10.9 3.44 Beta t1/2 (h) 10.6 11-17 18.1 VD (L/kg) Under Invest 0.26 0.57 t1/2 hepatic impairt (h) NA 14.4 34-42 t1/2 maj renal impairt (h) 14.2 33-42 Protein binding 96% 99.8% 84% Urinary conc % plasma 1.4 0.7 < 0.1 CSF conc % plasma Linear kinetics Intravenous use only ! Denning, Lancet 2003