Pharmacologie : introduction aux cours de pharmacologie et de thérapeutique

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1 GENTY Anne THIBAUD Anthony cours n 1 du 28/11/08 (chef de matière : ARINAL Julien mail : julien761@free.fr) Pharmacologie : introduction aux cours de pharmacologie et de thérapeutique Pour commencer, quelques remarques à propos du programme et des documents de cours : Les diapos de cours sont normalement disponibles sur le réseau (et de manière certaine sur Alforien dans la section S7), et ont été refaites par Combrisson cette année. En revanche, le poly (qui est le document de référence car plus complet que les diapos) est celui de Brubru et n'a pas changé (à vos dictionnaires!). Il y aura deux séances de TD pendant ce semestre, le but est que ces séances servent d approfondissement, il est donc préférable d avoir revu son cours avant afin d en profiter. Le programme est coupé en deux morceaux : - 1 er semestre : pharmacologie générale et pharmacologie appliquée au système nerveux - 2 ème semestre : pharmacologie appliquée aux différents systèmes. Ces cours seront dispensés par L. Tiret, F. Storck et H. Combrisson (respectivement selon les parties qu ils enseignent en physio, à savoir Cardio, Respi et Urinaire). Connaître la classification des psychotropes et des analgésiques est un objectif majeur. I - Définitions La pharmacologie, la pharmacodynamie et la thérapeutique ont en commun de s'occuper de médicaments. Ils sont situés à la frontière entre physiologie et pathologie. De plus, il existe une démarche scientifique dans ces trois disciplines : recherche des effets, de l'innocuité, des conditions d'emploi et mécanismes d'action (qui comprennent les effets secondaires) des médicaments. Pharmacologie (au sens large) : ensemble des connaissances concernant le médicament et comprend toutes les disciplines qui s'y rapportent depuis les aspects chimiques, comme la pharmacie galénique et les aspects biologiques, y compris l'interaction du médicament avec l'organisme, qui est la pharmacodynamie). N.B. : il faut une preuve objective de l'action des médicaments sinon il ne vaut rien! Pharmacologie (au sens restreint) = Pharmacodynamie : étude des interactions entre une molécule et un organisme. Propriétés pharmacologiques : tous les effets que l'on peut décrire par administration d'un principe actif à des animaux de laboratoire ou par sa mise en place sur préparation in vitro. Effets : action physiologique ou perturbation des mécanismes physiologiques y compris la toxicité éventuelle. 1

2 Thérapeutique : étudie les actions favorables du médicament chez un malade ainsi que les notions concernant les règles d'administration. C'est de la physiopathologie, contrairement à la pharmacologie étudie des individus sains (c'est de la physiologie). En effet, un médicament ne va pas agir de la même façon sur un malade et sur un individu sain. Médicament : «Toute substance ou composition présentée comme ayant 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, modifier leurs fonctions physiologiques en exerçant une action pharmacologique, immunologique ou métabolique». Dans cette matière, on ne traitera qu'un petit nombre de substances par rapport à ce qu'il existe (on ne traitera pas de vaccins ni d antibiotiques, vus dans les autres matières). Spécialité pharmaceutique : tout médicament préparé à l'avance, présenté sous un conditionnement particulier et caractérisé par une dénomination spéciale. C'est la principale catégorie de médicaments, et possède des contraintes réglementaires importantes, elle doit notamment faire l'objet d'une Autorisation de Mise sur le Marché. II - Les étapes du développement d'un médicament A) Recherche et développement préclinique Il s'agit ici de la recherche de nouvelles molécules en découvrant la structure de la cible et en trouvant des molécules capables de s'y lier. Le screening de l'activité biologique des produits combine des simulations informatiques, des études in vitro et in vivo chez l'animal. En pharmacologie expérimentale, on arrive progressivement à la molécule que l on recherche en réalisant des essais d'efficacité sur des systèmes moléculaires inertes (cultures cellulaires). Parallèlement, on fait des études de toxicologie et de pharmacocinétique, sur l 'animal : on s'intéresse à ce que devient le médicament dans l'organisme. Ceci va permettre l'amélioration de la prévision des effets secondaires, et la connaissance des risques mutagènes, tératogènes, etc... Ces étapes sont communes au développement d un médicament humain et animal. B) Phases d'essais cliniques S'il s'agit d'un produit à destination humaine, les essais cliniques ne peuvent commencer que si le produit est non dangereux et s est montré prometteur. Il existe différentes phases d'essais cliniques : 1- Phase de tolérance : Sur de petits groupes de sujets volontaires et sains, encadrés médicalement, on fait des études de tolérance, d'action pharmacologique et de pharmacocinétique. On étudie le métabolisme du produit. 2- Étude de l'efficacité : Sur de petites populations d'individus malades, on recherche la meilleure dose possible, optimale : on vérifie que le rapport Bénéfice/Tolérance est favorable, et qu'il n'y a pas trop d'effets secondaires importants. 2

3 3- Essais comparatifs : (phase à la plus grande échelle) On constitue un groupe plus large de patients : 100 à 1000 individus, dans plusieurs hôpitaux différents (étude multicentrique). On étudie encore l'efficacité et la tolérance, mais ici dans les conditions les plus proches des conditions habituelles d'utilisation, afin de déterminer les précautions d'emploi et les interactions éventuelles avec d'autres produits. On compare les effets de la molécule en développement à l'absence de traitement, ou à un traitement de référence pour la pathologie. Il faut alors respecter des règles, définir un protocole précis d'utilisation : quel médicament, à quelle dose et à quelles personnes? Il faut avoir des critères d'exclusion (ex : femmes enceintes) ou d'inclusion, et des conditions d'administration. L'étude peut être faite en aveugle, voire en double aveugle, avec l utilisation d un placebo. Enfin, les paramètres à mesurer pour juger de l'efficacité peuvent parfois être difficile à déterminer, comme la douleur, grâce à une échelle de douleur : c'est le patient qui va juger de l'évolution. Avant qu'un médicament soit mis sur le marché, il faut donc avoir fait preuve de son efficacité et de sa tolérance. 4- Phase de pharmacovigilance : c'est le suivi du médicament après sa mise sur le marché, et de ses effets dans les conditions normales d'utilisation. Cette phase permet la détection de réactions indésirables rares ou tardives. Il arrive souvent que des médicaments qui ont été mis sur le marché doivent en être retirés car ils ne sont pas aussi efficaces ou moins bien tolérés que ce que l'on pensait. Le développement d'un médicament prend donc beaucoup de temps : 12 à 13 ans (10 ans pour le processus complet de recherche et développement, et 2-3 ans pour l'obtention des papiers administratifs). Le brevet obtenu expire 20 ans après la mise sur le marché, les génériques peuvent alors être commercialisés. Les phases ci-dessus sont décrites pour un médicament humain, mais pour un médicament vétérinaire, la pharmacologie clinique est un peu différente : La phase 1 est sans objet : on teste directement sur l espèce animale de destination (ou après 3

4 quelques essais préliminaires chez le rat par exemple. La phase 2, concernant l'efficacité, peut être déjà connue chez l'homme, et dans la phase 3, on va tester de nouvelles molécules sur animaux malades. Il est très important d'être aussi méthodique chez l'animal que chez l'homme. Remarque : dans ce cours on ne parlera que de thérapeutique rationnelle, qui décrit une démarche expérimentale, et non pas de thérapeutique empirique (sans démonstration). De même, les «médecines douces» n'ont pas de rationalité ni de méthode. On n évoquera donc pas l homéopathie, l acupuncture, etc... III - Etudes pharmacologiques, in vitro et chez l'animal Pour ces études et quelles que soient les molécules, une partie des essais pourra être réalisée in vitro, mais le recours à l animal, comme «système intégré», reste nécessaire pour certaines étapes. L étude peut se résumer en deux étapes principales : Recherche de l effet principal d une molécule : celui qui donnera lieu à l indication. Recherche des effets secondaires, ceux-ci pouvant donner lieu à des restrictions d utilisation. A) Etude d un exemple : recherche d un nouvel anti-inflammatoire non stéroïdien Trois activités pharmacologiques sont évaluées : son action anti-inflammatoire, puis analgésique et enfin antipyrétique (contre la fièvre). Mise en évidence de l action d un A.I. : Le kétoprofène, sur l oedème induit par la carragénine chez le rat. Première étape : Injection de 0,1 ml de carragénine dans le derme plantaire. Deuxième étape : Mesure du volume de la patte injectée par Pléthysmographie (la patte est plongée dans un récipient d eau permettant de déterminer le volume d eau déplacée). (voir photo sur la diapo 22). - Étude des résultats : la carragénine provoque une augmentation progressive du volume de la patte, qui reste élevé pendant au moins 4h, avant de diminuer. Rq : la courbe de contrôle est la courbe témoin et les deux autres correspondent aux animaux ayant reçu du kétoprofène avant la carragénine. - Bilan : l œdème est beaucoup moins important chez les animaux traités. 4

5 B) Etude des anti-inflammatoires non stéroïdiens (AINS) : Les AINS inhibent l enzyme permettant la synthèse des prostaglandines. Il existe 2 iso-enzymes : COX1 qui a un rôle dans la synthèse de prostaglandines (PG) impliquées dans des processus physiologiques. Son inhibition peut conduire à des effets secondaires liés à une perturbation de ces processus : action ulcérogène par exemple. COX2 qui est induite lors de phénomènes inflammatoires, elle permet la synthèse de PG qui sont elles mêmes impliquées dans l inflammation. Son inhibition conduit à un effet anti-inflammatoire, analgésique et antipyrétique. Elle ne provoque pas (ou moins) d effets secondaires.. - Etude de molécules inhibant COX 1 et COX 2 : Des tests effectués in vitro en utilisant du sang de chien permettent d évaluer pour 3 molécules (ML , Carprofen et Deracoxib) selon leur capacité d inhibition de COX1 et COX2 : À gauche figurent les courbes montrant le pourcentage d inhibition en fonction de la concentration de la molécule. On peut noter que l on se réfère souvent à IC50 : c est la concentration en molécules provoquant une inhibition de 50% de l activité de la cible. Il est également possible de calculer des ratios établissant la sélectivité du produit. Ici le produit testé (ML-1,785,713) montre une très forte affinité pour COX2, supérieure à celle des produits déjà connus (ceci n est pas visible d après l étude des courbes). IV - Cible des médicaments L effet du médicament est en général initié par sa liaison à une cible, bien souvent un récepteur (217 cibles sur 483 d après la figure ci-dessous). Un récepteur est une protéine avec laquelle réagit spécifiquement une hormone ou un neurotransmetteur pour produire un effet physiologique. Un médicament peut aussi se fixer à ce récepteur pour produire un effet pharmacologique. Il existe des récepteurs dits «orphelins» : un médicament peut exercer une action en se fixant dessus, mais on ne connaît pas (encore) le ligand endogène physiologique. 5

6 Exemple : on a connu les récepteurs de la morphine avant les endorphines, c était donc des récepteurs «orphelins». Les différentes étapes du mécanisme d action des médicaments sont indiquées ci-dessous : V - Les récepteurs en pharmacologie Il existe un grand nombre de liaisons chimiques possibles entre le ligand et son récepteur. L intensité de la réponse à un médicament obéit à la loi d action de masse : cela signifie que l effet biologique est proportionnel au nombre de récepteurs occupés. D autres paramètres interviennent, tels que le nombre de récepteurs présents, l affinité du ligand La réaction de fixation est donnée par l équation : L : concentration molaire de ligand libre R : concentration molaire de récepteur LR : concentration molaire du complexe k 1 L + R LR k 1 6

7 k 1 : constante cinétique d association k -1 : constante cinétique de dissociation On calcule ensuite des paramètres tels que : Vitesse d association = L x R x k 1 (nombre de liaisons / unité de temps) Vitesse de dissociation = LR x k -1 On est à l équilibre si les 2 vitesses sont égales : (L R) L R k donc 1 = LR k 1 LR = k 1 k 1 = KD KD est la constante de dissociation à l équilibre, exprimée en concentration molaire. Autrement dit, c est la concentration de ligand nécessaire à l occupation de 50% des récepteurs à l équilibre (cf. plus loin). KD est nommée KA pour les agonistes et KB pour les antagonistes. Méthode du Binding : Pour étudier expérimentalement ces cinétiques de réaction, on marque les récepteurs avec un ligand radioactif, et on étudie la cinétique de la réaction de fixation ligandrécepteur en suivant la quantité de ligand radioactif fixé. Ceci est réalisé sur des préparations subcellulaires (par ex. les membranes). Le ligand radioactif (noté L*) est incubé avec le récepteur, puis le marqueur radioactif en excès est filtré, enfin on mesure la radioactivité du marqueur lié. PROBLEME : on mesure la fixation totale, qui n est pas spécifique : du marqueur radioactif a pu se fixer sur des éléments de la membrane qui ne sont pas les récepteurs cherchés. SOLUTION : on utilise un ligand froid (= non radioactif) en excès, qui bloque l accès aux sites spécifiques, mais pas aux non spécifiques pour le ligand marqué. 7

8 Méthode pour déterminer graphiquement KD à partir de la courbe de fixation «ligand récepteur» : B max : Densité de sites spécifiques = nombre total de récepteurs B max = R + L*R donc R = B max - L*R On a KD = (L * R) L * R soit KD = (L * [ B L * R max ]) L * R Lorsqu on a occupation de 50% des récepteurs : L*R = B max / 2 D où KD = L* KD est donc la valeur de L* correspondant à 50% d occupation des récepteurs. Critères d'identification des récepteurs : Sensibilité ph, T Saturabilité Réversibilité Haute affinité Spécificité Stéréospécificité Corrélations résultat biologique / affinité Aucun déplacement par des composés chimiquement voisins ne possédant pas d activité pharmacologique Déplacement par des composés de familles chimiques différentes mais ayant les mêmes activités pharmacologiques. 8