Prérequis toxicologiques à un développement pédiatrique Pierre Guittin, DVM, PhD, DABT Pierre.guittin@sanofi-aventis.com sanofi-aventis Global PreClinical Development PreClinical Operations 94400 Vitry - France (mise à jour: 19 oct 2005)

Application des lignes directrices internationales Des études bien définies? Caractéristiques des études expérimentales Couverture du risque? Sélection des espèces animales modèle animal prédictif? Exploitation des études animales Détail de l’évaluation? Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion Back-up slides Exemples de cas

Application des lignes directrices Structure d’ICH: 6 membres fondateurs

Application des lignes directrices Conférences et 'workshops' ICH1 (Europe): Bruxelles, 1991 ICH2 (USA): Orlando, 1993 ICH3 (Japon): Yokohama, 1995 ICH4 (Europe): Bruxelles, 1997 USA - Europe - Japon observateurs: WHO, Canada, Suisse... S5A = Detection of toxicity to reproduction for medicinal products Jun 93 (Draft 17) M3 = Non-clinical safety studies for the conduct of clinical trials July 97 : step 4

Application des lignes directrices M3 (Clinical trials in paediatric populations) Des données de tolérance à partir d’ exposition adulte humaine doivent être considérées comme les données les plus pertinentes à déterminer au cas par cas Toutes les études de toxicologie de la reproduction La batterie de tests de génotoxicité Études sur jeunes animaux En théorie: quand les données animales et humaines sont insuffisantes En pratique: de plus en plus utiles

Adaptation des lignes directrices Toxicité juvénile du point de vue de la FDA Exigées Si potentiel carcinogène Si bénéfice/risque différent chez l’enfant par rapport à l’adulte Recommandées Si utilisation chronique Si problèmes spécifiques au produit (ex. neurotoxicité) Si problèmes liés à la classe thérapeutique Génotoxicité Toxicité osseuse ou articulaire Combinaisons de produits

Application des lignes directrices S5A Le plus souvent 5 études développement embryo-fœtal rat + 1 étude supplémentaire de choix des doses développement embryo-fœtal lapin + 1 à 2 études supplémentaires de choix des doses fertilité femelle rat & fertilité mâle rat développement pré- et postnatal

Propos des lignes directrices A B C D E F Etapes du cycle de vie Conception Implantation Parturition Sevrage A : du préaccouplement à la conception B : de la conception à l'implantation C : de l'implantation à la fermeture du palais dur D : de la fermeture du palais dur à la fin de la gestation E : de la naissance au sevrage F : du sevrage à la maturité sexuelle

Application des lignes directrices: ICH ICH S5 Le plus souvent 5 études de toxicologie de la reproduction A B C D E F Conception Implantation Parturition Sevrage

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Études de toxicité embryo-fœtale Étude de développement pré et postnatal Études de toxicité juvénile Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Caractéristiques des études pré-cliniques Choix des doses forte dose: minimum de toxicité parentale faible dose: dose sans effet 3 groupes traités et un groupe témoin 16 à 20 portées par groupe Traitement limité à l’organogenèse rat: jours 6 à 17 de la gestation (césarienne : J20-21) lapin jours 6 à 18 de la gestation (césarienne : J28-29)

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Études de toxicité embryo-fœtale Étude de développement pré et postnatal Étude de toxicité juvénile Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Études de toxicité embryo-fœtale : Sélection des espèces animales en tératologie 1 non rongeur 1 rongeur

Études de toxicité embryo-fœtale : Sélection des espèces animales en tératologie Le compromis le plus acceptable le rat connaissances biologiques nombre de fœtus durée de gestation petite taille données historiques si métabolisme très différent choisir une autre espèce

Études de toxicité embryo-fœtale Césarienne in extremis Examens fœtaux externes viscéraux frais dissection squelettiques

Études de toxicité embryo-fœtale Examens fœtaux viscéraux Artère sous-clavière droite Carotide commune droite Carotide commune gauche Artère sous-clavière gauche Crosse aortique interrompue Ductus arteriosus Artère pulmonaire Poumon gauche Cœur fœtus de lapin

Études de toxicité embryo-fœtale Examen fœtal viscéral Artère pulmonaire Communication interventriculaire septale Ventricule gauche 1 mm

Études de toxicité embryo-fœtale Examen fœtal squelettique Malformation Fusion de côtes Variation Côtes supplémentaires Malformation Spondilolisthesis

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Études de toxicité embryo-fœtale Étude de développement pré et postnatal Études de toxicité juvénile Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Étude de développement pré & postnatal Objectifs détecter tout effet sur la femelle gestante/allaitante + sur le développement du conceptus exposition de l'implantation jusqu'au sevrage observation jusqu'à la maturité sexuelle 1. ne couvre pas complètement l'exposition du sevrage jusqu'à la puberté mais si médicaments utilisés chez les nourrissons et/ou les enfants études spéciales avec traitement direct de la portée 2. étude pré- and postnatal = période embryonnaire + période fœtale + parturition + lactation

Étude de développement pré & postnatal Clés de l ’étude Évaluation mortalité pré- et postnatale altération de la croissance déficits fonctionnels de la portée développement physique Comportement maturation (puberté) reproduction (F1) autopsie systématique période de traitement de jour 7 de la gestation au jour 21 postnatal chez le rat

Étude de développement pré & postnatal Tests de développement Développement physique le meilleur : poids corporel paramètres de post-sevrage conseillés (début de la maturité sexuelle) : ouverture vaginale clivage des glandes balanopréputiales Fonctions sensorielles et réflexes aussi dépendantes du développement physique Comportement pas de recommandations mais évaluer l'activité motrice l'apprentissage et la mémorisation

Étude de développement pré & postnatal Test de pivotement Test de géotaxie négative

Étude de développement pré & postnatal Test d'habituation au bruit - MAXIMUM INPUT - 500 1000 1500 2000 2500 11 15 19 23 27 31 35 39 43 47 51 55 59 TRIAL NUMBER MAXIMUM INPUT (in volts)

Étude de développement pré & postnatal Test d'activité locomotrice

Étude de développement pré & postnatal Test de l'évitement passif

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Études de toxicité embryo-fœtale Étude de développement pré et postnatal Études de toxicité juvénile Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Étude de toxicité juvénile Problèmes pratiques Sélection des espèces animales Investigation de l’organe cible étudié Constitution des groupes Définition de la période de traitement Type d’administration Importance de la galénique Rôle de l’environnement

Sélection des espèces animales Jeune macaque, porcelet, chiot ou raton ? Critères: Données de toxicologie existantes Exposition proche de l’homme Âge d’apparition de l’effet cible Maturité de l’organe cible Faisabilité technique administration Fécondité et disponibilité Capacité d’animalerie Disposer de maternité, cages pour l’allaitement 1 ou 2 espèces ?

Sélection des espèces animales : Chien (+) Données sur l’adulte nombreuses (+) Socialisation humaine indispensable (+) Hébergement facilement aménageable (-) Maternité (-) Faiblement développé à la naissance (-) Dépendant de leur mère pendant plusieurs semaines (-) Cannibalisme de la mère

Sélection des espèces animales : Rat (+) Données historiques importantes (+) Bibliographie importante sur le développement (+) Données biologiques intéressantes Petite taille Grand nombre de petits par portée Durée de gestation courte, cycle oestral court Accouplement « in-house » possible (+) Faisabilité technique bien maîtrisée

Sélection des espèces animales : Rat (-) Très immature à la naissance (-) Fortement dépendant de la mère Le compromis le plus acceptable Si métabolisme très différent choisir une autre espèce

Investigation de l’organe cible étudié Évaluation du développement postnatal de l’organe cible ? Avoir des informations sur la pharmacocinétique Chez le jeune par comparaison à l’adulte Connaître l’état de maturation et la période critique Développement structurel ou fonctionnel ?

Période de traitement: durée Prendre en compte les paramètres cliniques Durée de traitement au moins égale à celle envisagée chez l’Homme En fonction de la pharmacocinétique et de l’exposition Prendre en compte les périodes de développement comparées Utiliser les étapes clés comme marqueurs naissance sevrage Puberté Pendant 4 semaines ou 3 mois ?

Période de traitement: premier jour Avant la naissance, après la naissance au jour 1, 4 ou 7 ? Chez le rat Facile à partir des J6-7 PN Accessible au J4 PN Difficile au J1 PN Chez le chien J1 PN : gavage 5mL/kg/jour Pinsonneault et al., 2002 J10 PN: masque oro-nasal, 15 min/jour Robinson et al., 2002

Investigation de l’organe cible étudié Comparaison des périodes pédiatriques

Impact de la galénique Évaluer le volume d’administration Volume trop important En compétition avec l’allaitement Ne pas prendre le risque de sous-alimenter Volume trop faible Forte imprécision Volume variable en fonction de l’âge Autres paramètres de formulation Ph, viscosité Influence des excipients Tester la forme finale Ebastine sirop (anti-histamine H1) Étude de toxicité de 28-jours chez des rats de 7 jours

Rôle de l’environnement Résultats influençant les résultats de l’étude Administrations par gavage, injection ou inhalation Constitution des groupes Manipulation intempestive Interruption des soins maternels Demande une préparation d’étude soignée Incluant une formation du personnel Essayer de mesurer les biais comportementaux introduits pas l’étude Limiter les stress du nouveau-né Hébergement Soins maternels

Rôle de l’environnement : soins maternels Séparation et manipulation d’1 heure / jour Source d’altération du comportement du jeune ! Même indépendant du traitement Risque de cannibalisme ou de rejet Allaitement très différent entre espèce Nidifuge ou nidicole Richesse du lait

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Exploitation des études pré-cliniques Détection des effets

Si résultats positifs en tératologie Pas de signification toxicologique Ex.: groupe témoin anormalement bas vérification par les données historiques Liés à la toxicité maternelle Ex.: atteintes associées à une perte de gain de poids maternel évaluation de la marge de sécurité Pouvant être liés au produits A justifier répéter l'étude étude investigative Toutes les études doivent faire partie du dossier

Effets positifs liés au produit Rechercher une dose sans effet à comparer à la dose thérapeutique envisagée Rechercher une réversibilité des effets effet marginal Rechercher une différence métabolique lien avec un métabolisme différent de celui de l'homme Rechercher un effet de classe effet similaire avec d'autre produit de la même famille chimique, thérapeutique...

Exploitation des études pré-cliniques + investigation en explorant la cinétique et le métabolisme + toute étude expérimentale permettant d ’appréhender les possibles mécanismes d ’une action toxique

Exploitation des études pré-cliniques Critères de prédictibilité : Aspect quantitatif des résultats : primordial effet sur 1 ou 2 espèces Aspect qualitatif : une moindre valeur prédictive sauf si même effet sur les 2 espèces Mesure comparative du degré d ’exposition : intéressante Type d ’effets constaté : souvent prédictif résorption, retarde de croissance, variations, malformations Effets en fonction de la toxicité maternelle peu pertinent à dose maternelle toxique sauf si malformations

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Extrapolation des résultats expérimentaux Intérêt des études pédiatriques chez l ’animal De nouvelles molécules avec un mécanisme d ’action très spécifique Des produits donnés à des individus en plein développement Nécessité de savoir ce qui se passe pendant le développement d ’un organe dans une espèce animale C ’est un point de toxicologie du développement très différent de la toxicologie de l ’adulte

Extrapolation des résultats expérimentaux Comparaison ‘animal – homme’ de la croissance postanatale ILSI DART Feb 02 « The role of juvenile animal studies in the assessment of pediatric safety » Skeletal growth growth and developmental processes are the same can be assessed in appropriately designed animal studies Renal development variability in time points of maturation of both anatomical and functional developmental milestones between species should include careful consideration

Extrapolation des résultats expérimentaux Comparaison ‘animal – homme’ (suite) ILSI DART Feb 02 « The role of juvenile animal studies in the assessment of pediatric safety » Lung development For children over 2 years, no special need For children under 2 years of age, rats and dogs are acceptable Male reproductive system No clear recommendation Female reproductive system Important differences between species

Extrapolation des résultats expérimentaux Définition des échelles de temps fondées sur des étapes physiologiques plutôt que sur des échelles chronologiques rat naît à un stade de développement plus ‘ jeune ’ que l ’homme des développements postnataux chez le rat peuvent être prénataux chez l ’homme le % d ’eau à la naissance est beaucoup plus important chez le rat que chez l ’homme la fréquence cardiaque augmente après la naissance chez l ’animal de laboratoire alors qu ’elle diminue chez l ’homme Utiliser les étapes clés comme marqueurs naissance sevrage puberté

Extrapolation des résultats expérimentaux Mise en place des études par rapport aux essais cliniques Pre-clinical phase Clinical phases Phase I Phase II Phase III (tolerance) (activity) in-vitro screening acute pharma- cokinetics acute tox (range-finding) 1 week tox mutagenicity 1 month toxicity acute toxicity investigate studies registration investigative administration to man Batch 1 GLP Phase IV (Pharmaco-vigilance) teratology fem. fertility male fertility 3/6 month tox carcinogenicity 1 year toxicity peri-post natality

Application des lignes directrices internationales Caractéristiques des études expérimentales Exploitation des études animales Extrapolation des résultats des études expérimentales Conclusion

Conclusion Une étude de toxicité juvénile ! Traitement direct d’organismes en développement Prendre en compte l’environnement du jeune Afin de ne pas modifier le comportement du jeune Risque de biais Avoir un groupe témoin approprié et inattaquable En particulier pour prendre en compte le temps de séparation de la mère Les biais des voies d’administration

Conclusion Se fonder sur les données de pharmacocinétique Un personnel formé Disposant d’une solide compréhension du développement comparé Sachant manipulé et adapté des techniques Respectant le bien-être de l’animal

Application des lignes directrices internationales : des études bien définies en toxicologie de la reproduction Des études mal définies en toxicologie juvénile Caractéristiques des études expérimentales : une bonne couverture du risque fœtal. Exploitation des études animales : une évaluation détaillée. Sélection des espèces animales : deux modèles animaux prédictifs. Extrapolation des résultats des études expérimentales : une bonne prédictibilité quantitative faible prédictibilité qualitative

Back up slides Examples

Exemples de cas: quinolones Antibiotiques à large spectre agissant par inhibition de la girase Arthropathie chez le jeune et tendinopathie chez l’adulte ! Études animales (1977) Durée de traitement de 3 à 30 jours Lésions identiques sur toutes les espèces animales Chiot de 4 semaines L’arthrotoxicité ne se retrouve pas chez les chiots de moins de 2 sem. Boiteries et inflammation articulaire sur articulations portantes Lésions présentes sur toutes les articulations Raton, lapereau Manifestations cliniques frustres, mais identiques aux chiens Mécanisme d’action Cascade des évènements inconnus Lésions primaires de la matrice plutôt que des chondrocytes ?

Exemples de cas: quinolones Utilisation de l’acide nalidixique chez l’enfant de 1962 à 1977 Utilisation chez l’enfant en fonction du bénéfice-risque: ciprofloxacine Extrapolation à l’enfant Contre indication relative jusqu’à la fin de la période de croissance pour Ciprofloxacine et Ofloxacine Contre indication absolue chez l’enfant avec la Péfloxacine Chez l’enfant Quelques cas d’arthralgies chez des enfants de 10 à 17 ans atteints de mucosviscidose (il existe des signes articulaires liées à la maladie) Des études rétrospectives 8/634 (1,3%) avec la cipro 9/63 (14%) avec la péflo

Exemples de cas : antibiotiques Ketek ou Clarithromycine (macrolide anti-infectieux) 1 étude de toxicité aiguë chez le jeune rat 4-semaines chez le rat de 4 à 16 jours 2 - 6 semaines chez le chien de 3 semaines T-2588 (antibiotique) Étude de 28-jours chez des rats de 6 jours Midécamycine (macrolide anti-infectieux) Étude aiguë chez le rat de 5 jours Cefsulodine (antibiotique) Étude de 5-semaines chez le chien de 3 semaines

Exemples de cas : Lovénox Lovénox (antithrombotique) Études précliniques demandées par la FDA Études 3 mois chez le rat et chez le chien Avec toxicocinétique à 1 mois 3 études : PK/PD, Safety, Efficacy 90 jours de traitement avec 6 mois de réversibilité ! 800 patients !

Exemples de cas : autres Acitaminophen Acute overdose: hepatotoxicity Children are more tolerant at comparable plasma level Hepatotoxicity 5.5% in children 29% in young adults Different major pathways: Sulfate pathway highest in children than the glucuronide pathway Ebastine sirop (anti-histamine H1) Étude de toxicité de 28-jours chez des rats de 7 jours