ÉCOLE PRATIQUE DES HAUTES ÉTUDES LE BUSULFAN DANS LE CONDITIONNEMENT DE GREFFE DE MOELLE OSSEUSE CHEZ L ENFANT.

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1 MINISTÈRE DE LA JEUNESSE, DE L'ÉDUCATION NATIONALE ET DE LA RECHERCHE ÉCOLE PRATIQUE DES HAUTES ÉTUDES Sciences de la Vie et de la Terre MÉMOIRE Présenté par Marie-Hélène QUERNIN Pour l obtention du diplôme de l École Pratique des Hautes Études LE BUSULFAN DANS LE CONDITIONNEMENT DE GREFFE DE MOELLE OSSEUSE CHEZ L ENFANT. VALEUR PRÉDICTIVE D UNE PRÉDOSE SUR SA PHARMACOCINÉTIQUE À L ÉQUILIBRE. PHARMACOCINÉTIQUE ORALE VERSUS iv DANS LA BÉTA-THALASSÉMIE. Soutenu le 24 mars 2005 devant le jury suivant : LACOUR Bernard Président DEMIGNOT Sylvie Rapporteur BRESSOLLE Françoise Examinateur DELERS François Examinateur JACQZ-AIGRAIN Evelyne Examinateur oratoire de Pharmacologie cellulaire et moléculaire erm U505 ue de l école de médecine 06 Paris té de Pharmacologie Pédiatrique pital Robert Debré boulevard Sérurier 19 Paris Directeur : Jean CHAMBAZ Jean.Chambaz-u505@bhdc.jussieu.fr Directeur : Evelyne JACQZ-AIGRAIN evelyne.jacqz-aigrain@rdb.ap-hop-paris.fr ÉCOLE PRATIQUE DES HAUTES ÉTUDES SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE LE BUSULFAN DANS LE CONDITIONNEMENT DE GREFFE DE MOELLE OSSEUSE CHEZ L ENFANT. VALEUR PRÉDICTIVE D UNE PRÉDOSE SUR SA PHARMACOCINÉTIQUE À L ÉQUILIBRE. PHARMACOCINÉTIQUE ORALE VERSUS iv DANS LA BÉTA THALASSÉMIE. Marie-Hélène QUERNIN EPHE Banque de Monographies SVT 1

2 RÉSUME La greffe de moelle osseuse allogénique a transformé le pronostic de nombreuses maladies affectant hématopoïèse. Le conditionnement pré-greffe est une étape préliminaire indispensable à la réalisation de a transplantation médullaire. En pédiatrie, un conditionnement exclusivement chimiothérapique comportant administration de busulfan est préconisé. Différentes études ont permis de définir une dose standard de busulfan à administrer, basée sur l AUC (aire sous la courbe des concentrations de busulfan en fonction du temps). Cependant en pédiatrie, le facteur limitant de l utilisation du busulfan à fortes doses est la variabilité de sa biodisponibilité après une administration orale et sa toxicité hépatique. L utilisation du protocole codifié (16 doses de 1 mg/kg espacées de 6 heures soit 16 mg/kg en 4 jours) n a pas permis d éviter les accidents toxiques ou les rejets de greffe. Ce constat remet en cause l utilisation, en pédiatrie, de posologies standards de busulfan au cours du conditionnement pré-greffe médullaire et montre l intérêt, d une part, de déterminer à partir d une dose-test (prédose) orale, la posologie nécessaire pour obtenir une AUC cible lors du conditionnement (dose 13) et d autre part, de définir l efficacité et la tolérance du busulfan en administration iv. Ce travail présente, dans une première partie, le bilan de l étude de la valeur prédictive d une prédose sur es paramètres pharmacocinétiques du busulfan administré en conditionnement chez 29 enfants (12 filles et 17 garçons âgés de 6,5 mois à 14 ans). Les résultats montrent une variabilité inter et intra-individuelle des paramètres pharmacocinétiques liée à l âge et au sexe, un effet thérapeutique lié à la demi-vie d élimination du médicament. L étude a permis de définir la dose efficace permettant d obtenir l AUC cible dans 59% des cas (70% chez les garçons). L adaptation posologique doit donc être effectuée en cours de conditionnement par le calcul de l AUC individuelle à partir d un nombre réduit de prélèvements sanguins (limited sampling strategy) dosés par une méthode analytique rapide et sensible. Cette méthode a été développée par HPLC-MS et le calcul des AUC réduites a été réalisé à partir des AUC obtenues dans notre population. Une stratégie complémentaire par une approche de pharmacocinétique de population permettant une adaptation posologique bayesienne doit être envisagée. Dans une deuxième partie, chez les enfants atteints de β thalassémie, nous montrons l intérêt du busulfan en administration iv, qui par shunt de l effet de premier passage, permet d obtenir des variabilités inter et ntra-individuelles moindres et une exposition systémique au médicament supérieure à celle obtenue par administration orale. Nous montrons également, pour une même dose de busulfan, chez les enfants atteints de β thalassémie et traités par voie iv, une exposition systémique au médicament inférieure à celle obtenue chez des enfants atteints d une maladie hématologique autre qu une β thalassémie et traités par voie orale. Les observations rapportées dans ce travail reflètent l impact de l ontogénèse et de la pharmacogénétique sur le métabolisme des médicaments. MOTS-CLÉS : busulfan, greffe médullaire, conditionnement pré greffe, maladie hématologique, pédiatrie, maladie veino-occlusive, pharmacocinétique. TABLE DES MATIERES LISTE DES ABREVIATIONS p 6 INTRODUCTION 8 de moelle p 8 osseuse I. Principales indications de la greffe p II. Choix du greffon dans l allogreffe p 10 III. Le conditionnement pré greffe p 12 EPHE Banque de Monographies SVT 2

3 Le busulfan : rappels biliographiques p 13 III.1 Mode d action du busulfan p 14 III.2 Pharmacocinétique du busulfan p 15 III.2.1 Absorption du busulfan administré par voie orale p 15 III.2.2 Distribution p 16 III.2.3 Métabolisme et élimination p 17 III.2.4 Efficacité et toxicité p 21 IV. Objectifs : Le busulfan dans le conditionnement p 23 de greffe de moelle osseuse chez l enfant IV.1 Valeur prédictive d une prédose orale p 23 sur sa pharmacocinétique à l équilibre IV.2 Pharmacocinétique orale versus iv p 24 dans la béta-thalassémie LISTE DES ABREVIATIONS AUC : Area Under the Curve (aire sous la courbe des concentrations plasmatiques en fonction du temps) AUCatt : AUC attendue à la dose 13 et calculée à partir des paramètres pharmacocinétiques obtenus à la prédose AUCobs : AUC observée à la dose 13 Bu : Busulfan Bu/Cy : Conditionnement prégreffe médullaire association busulfan et cyclophosphamide Cl : Clairance Cmax : Concentration maximale Cmin : Concentration minimale CSP : Cellules Souches Périphériques Css : Steady-State Concentration (Concentration à l équilibre) CV : Coefficient de Variation EPHE Banque de Monographies SVT 3

4 D13 : Dose 13 de busulfan DMA : N,N-diméthylacétamide ESI : Ionisation par ElectroSpray F : Biodisponibilité GC-MS : Chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de Masse G-CSF : Granulocyte-colony stimuling factor GI : Géno-identique GSH : Glutathion GSTs : Glutathione S-transférases GVHD : Graft Versus Host Disease (réaction du greffon contre l hôte) HLA : Human Leucocyte Antigen HPLC-MS : Chromatographie Liquide Haute Performance-Spectrométrie de ICT : Irradiation Corporelle Totale IL1 : Interleukin-1 k: Constante de vitesse d élimination LAL : Leucémie Aiguë Lymphoïde LAM : Leucémie Aiguë Myéloïde LMC : Leucémie Myéloïde Chronique LSS : Limited Sampling Strategy MVO : Maladie Veino-Occlusive n : Effectif NONMEM : NONlinear Mixed Effects Model NPEM : Non Parametric Expectation Maximization PD : Prédose de busulfan pe : Erreur prédictive PEG : Polyethyleneglycol PI : Phéno-identique r : Coefficient de corrélation RC : Rémission Complète SAL : Sérum Anti-Lymphocytaire SD : Déviation Standard SHU : Syndrome Hémolytique Urémique SMD : Syndrome Myelodysplasique τ : Intervalle de temps entre 2 prises de médicament T 1/2 : Demi-vie d élimination masse TNF alpha : Tumor necrosis factor-alpha Vd : Volume de Distribution EPHE Banque de Monographies SVT 4

5 INTRODUCTION La moelle osseuse est le principal organe hématopoïétique source de cellules sanguines. En cas d anomalie qualitative et/ou quantitative de la moelle osseuse (maladies hématologiques malignes ou non, et/ou génétiques), la greffe permet de substituer cette moelle pathologique par celle du donneur. I. Principales indications de la greffe de moelle osseuse En pédiatrie, la greffe allogénique, après rechute de leucémie aiguë lymphoblastique, permet d obtenir une survie à long terme supérieure à 60% et des taux de guérison supérieurs à 80% dans le cas des hémopathies non malignes présentant un défaut de production de la moelle osseuse telles que les aplasies médullaires et les thalassémies. Pour les leucémies et syndromes myélodysplasiques, l allogreffe survient le plus souvent lorsque la maladie est en rémission complète ou en très bonne réponse partielle c est à dire 3 à 6 mois après le diagnostic avant que des gènes de résistance à la chimiothérapie gênent le traitement de la maladie. Les principales indications de la greffe de moelle osseuse sont : v Les hémopathies malignes Les leucémies aiguës lymphoïdes (LAL) caractérisées par la transformation maligne de sous-populations lymphocytaires spécifiques. Les leucémies aiguës myéloïdes (LAM) d origine myélocytaire. Les leucémies myéloïdes chroniques (LMC) syndrome myéloprolifératif d origine clonale. Les lymphomes malins non-hodgkiniens tumeurs malignes du système réticulo-endothélial. v Les syndromes myélodysplasiques (SMD) affections caractérisées par un fonctionnement anormal de la moelle osseuse et pouvant être précurseur de leucémies. v Les aplasies médullaires Les aplasies médullaires d origine génétique Anémie de Fanconi maladie autosomique récessive associée à une instabilité chromosomique et marquée par une insuffisance médullaire, une augmentation de l hémoglobine F, une propension à développer des leucémies aiguës myéloïdes (LAM) et une hypersensibilité cellulaire aux agents pontant l ADN. Anémie de Blackfan-Diamond anémie arégénérative caractérisée par une érythroblastopénie constitutionnelle. Les aplasies médullaires acquises ou idiopathiques aplasies médullaires primaires n ayant pas de cause connue. v Les maladies congénitales EPHE Banque de Monographies SVT 5

6 Les hémoglobinopathies La bêta-thalassémie majeure β-thalassémie homozygote caractérisée par un défaut quantitatif de la production des chaînes β de l hémoglobine A. La drépanocytose ou anémie falciforme Maladie hémolytique autosomique récessive due à une mutation unique, ponctuelle, du gène β globine situé sur le chromosome 11 et conduisant au remplacement de l hémoglobine A par l hémoglobine S qui de par sa capacité à se polymériser entraîne une diminution de la déformabilité du globule rouge. Les maladies métaboliques de surcharge caractérisées par un déficit enzymatique aboutissant à l accumulation tissulaire de mucopolysaccharides. La mucopolysaccharidose de type I ou maladie de Hurler (déficit enzymatique en alpha L-iduronidase) La mucopolysaccharidose de type II ou maladie de Hunter (déficit enzymatique en iduronate-sulfatase) Les déficits immunitaires congénitaux graves combinent une déficience quantitative des lymphocytes B et T. Les lymphohistiocytoses familiales maladie héréditaire transmise selon le mode autosomique récessif et caractérisée par l'apparition d'un syndrome d'activation macrophagique le plus souvent induit par une infection virale. Les macrophages activés sécrètent une quantité importante d'il1 et de TNF alpha. II. Choix du greffon dans l allogreffe Les indications de greffes allogéniques dépendent de la pathologie en cause, de son pronostic et de l existence ou non d un donneur potentiel. En effet, pour réaliser une greffe allogénique, il faut identifier et disposer d un donneur HLA compatible. Les gènes du système HLA sont génétiquement déterminés, transmis par les parents et le donneur est donc en général un frère ou une sœur ayant les deux mêmes parents, dans ce cas on parle de greffe allogénique géno-identique et, dans le cas particulier, où l allogreffe se fait entre deux jumeaux monozygotes, on parle alors de greffe syngénique. Le respect de la compatibilité HLA en situation intra-familiale, permet de diminuer les risques de reconnaissances immunitaires tant dans le sens receveur-donneur (rejet) que dans le sens donneur-receveur (réaction du greffon contre l hôte : GVHD pour Graft Versus Host Disease). En cas d absence de donneur familial, on consulte les registres de donneurs potentiels, on parle alors de greffe phéno-identique ou partiellement identique. Ce type de greffe est source d une toxicité immunologique nettement plus importante que la greffe géno-identique intrafamiliale. Dans des situations particulières (sujet jeune) et pour des maladies à pronostic hautement défavorable, elle peuvent représenter une alternative thérapeutique. Le degré de compatibilité HLA entre le donneur et le receveur et le type de greffons conditionnent en partie la difficulté de la prise de la greffe. EPHE Banque de Monographies SVT 6

7 Différents types de greffons existent : Médullaire C est la technique de référence faite depuis plus de 20 ans. Elle nécessite une hospitalisation de 48 heures et une anesthésie générale de 2 heures pendant laquelle la moelle est prélevée par ponctions multiples au niveau du bassin et éventuellement du sternum. C est la seule technique autorisée chez le donneur mineur. Cellules souches périphériques Les cellules souches sont mobilisées de la moelle vers le sang périphérique grâce à un médicament de la classe des facteurs de croissance : G-CSF. Le prélèvement se fait sur une machine de tri cellulaire. Les cellules sélectionnées sont les cellules dites mononucléées contenant les cellules souches provenant de la moelle. Les autres cellules et notamment les globules rouges sont réinjectés au donneur. Cellules souches du sang de cordon Elles sont prélevées à la naissance au niveau du cordon ombilical. Les cellules du sang ombilical ont des capacités de prolifération et d expansion plus grandes que celles de l adulte et sont par ailleurs plus immatures ce qui permet de réaliser des allogreffes avec une compatibilité HLA non complète. Quelque soit le type de greffon utilisé, la greffe survient après préparation du patient (le conditionnement). III. Le conditionnement pré-greffe Avant une transplantation de moelle osseuse allogénique, une étape de préparation appelée conditionnement est nécessaire. Le but du conditionnement est la destruction du tissu hématopoïétique de la moelle osseuse du receveur afin de permettre l installation du greffon, de déprimer le système immunitaire du receveur et éviter le rejet du greffon et, dans le cas des leucémies, d éradiquer le clone leucémique. Le conditionnement traditionnel consiste en une irradiation corporelle totale (ICT) associée à l administration de cyclophosphamide (Endoxan ). Cependant l ICT est responsable à distance d effets secondaires importants tels que, retard de croissance, hypothyroïdie et autres problèmes endocriniens, cataracte (Holmström et al. 2002) et carcinogénèse. L ensemble de ces inconvénients a fait rechercher un conditionnement exclusivement à base de chimiothérapie. En Pédiatrie, les équipes de transplantation de moelle osseuse travaillent principalement sur l association à fortes doses de 2 agents alkylants Busulfan/Cyclophosphamide (Bu/Cy) dans le cadre du conditionnement pré-greffe. Le busulfan est administré soit par voie orale soit par voie intraveineuse à la dose de 1 mg/kg toutes les 6 heures et ceci pendant 4 jours consécutifs (soit 16 doses pour une dose totale de 16 mg/kg) suivi par 4 doses de cyclophosphamide iv à 50 mg/kg/dose (soit une dose totale de 200 mg/kg). Dans certains EPHE Banque de Monographies SVT 7

8 cas, à cette association médicamenteuse, est ajouté du melphalan (agent alkylant bifonctionnel de la famille des moutardes azotées). Mais, dans tous les cas, ces polychimiothérapies à fortes doses associent 2 ou 3 anticancéreux de la famille des agents alkylants. Le Busulfan : rappels bibliographiques En France le busulfan (Myléranâ, Laboratoire Glaxo SmithKline) est disponible sous forme de comprimés de 2 mg et sous forme intraveineuse (Busulfexâ, Laboratoire Pierre Fabre Oncologie) en cours d évaluation, alors qu aux Etats-Unis cette dernière formulation (Busulfexä, Laboratoire Orphan Medical) a reçu un avis favorable du comité de la Food and Drug Administration le 13 janvier 1999 pour son utilisation clinique (Elchisak 1999). Dans la forme iv (Busulfexä), la dissolution et la stabilisation chimique du busulfan ont été obtenues dans un mélange de solvants organiques, le N,N-dimethylacetamide (DMA) et le polyethyleneglycol 400 (PEG-400), et d eau dans un rapport de 1 :2 :2 (v/v/v) afin d obtenir une concentration finale de busulfan de 3 mg/ml. Aucun effet adverse attribuable à ces excipients déjà utilisés pour l amsacrine (DMA) et l alfa interferon (PEG-400), n a été décrit pour la dose utilisée dans un conditionnement total, cependant le laboratoire Orphan Medical signale le potentiel hépatotoxique à forte dose et neurotoxique du N,N-dimethylacetamide. Les premières études cliniques après administration intraveineuse de Busulfexä chez l enfant sont publiées (Cremers et al ; Schuler et al ; Andersson et al ; Dalle et al ; Shimoni et al. 2003). Afin d éviter l emploi de solvants toxiques et malgré le caractère très polaire des groupements terminaux méthylsulfonate du busulfan (Ghermani NE et al 2004), deux équipes ont mis au point une formulation liquide basée sur l encapsulation du busulfan soit dans des liposomes (Hassan et al. 2002), soit dans des phospholipides (Olavarria et al. 2000). III.1 Mode d action du busulfan Le busulfan (1,4-butanediol dimethanesulfonate) appartient à la famille des agents bisalkylants. Cet anticancéreux est très lipophile et cette affinité lui confère sa forte myélotoxicité. Il est cliniquement plus cytotoxique pour les tissus à prolifération rapide. Utilisé à faible dose, il est plus spécifique des cellules myéloïdes de la lignée granulocytaire, alors qu à fortes doses, l ensemble des lignées hématopoïétiques est atteint. Le busulfan a pour cible le génome où il agit par alkylation des nucléophiles intracellulaires. Il induit des liaisons covalentes inter-brins sur les acides nucléiques. La formation de ces ponts inter-brins inhibe aussi bien la transcription que la réplication des régions d ADN concernées conduisant à la mort cellulaire (Ardiet et al. 1985). III. 2 Pharmacocinétique du busulfan III 2.1 Absorption du busulfan administré par voie orale Il y a peu d information sur la biodisponibilité de la forme orale. Les études pharmacocinétiques disponibles montrent en général un modèle d absorption d ordre zéro (taux constant de busulfan absorbé par unité de temps), bien que certains évoquent plutôt un modèle d ordre un (Buggia et al. 1994). L absorption gastro-intestinale de fortes doses orales EPHE Banque de Monographies SVT 8

9 de busulfan est soumise à une forte variabilité inter-individuelle, conduisant à une biodisponibilité incontrôlée et résultant en une exposition systémique très variable (Hassan et al. 1994). Une étude rapporte une biodisponibilité variant de 47 à 103% chez l adulte et de 22 à 120% chez l enfant après une prise orale de 2 mg (Hassan et al. 1996a). En remplaçant une des 16 doses orales de 1 mg/kg par une administration intraveineuse de 0.5 mg/kg, Schuler a calculé chez 11 patients adultes une biodisponibilté moyenne de 70% (40 à 94%) (Schuler et al. 1998). Dans les services pédiatriques le mode d administration du busulfan est adapté à l âge du patient. Ainsi chez le jeune enfant les comprimés de busulfan seront écrasés et administrés avec de la compote ou du jus de fruits, alors que chez l enfant plus âgé, les comprimés seront simplement avalés. Ces différents modes d administration ont une influence sur l absorption du busulfan, avec un faible délai d absorption dans le cas de comprimés écrasés. De plus la prise concomitante d aliment diminue l absorption du busulfan d où l importance d une administration du médicament à distance des repas (Buggia et al ; Hassan et al. 1996a. ; Schuler et al. 1994) III.2.2 Distribution Le busulfan, à fortes doses, passe la barrière hémato-encéphalique. Ce passage est dosedépendant (Hassan et al. 1996a). Des mesures effectuées chez un nombre restreint d enfants, ont montré un ratio de 0.95 entre les concentrations dans le liquide céphalo-rachidien et les concentrations plasmatiques. Chez l adulte ce ratio était de 1.3. Cette affinité expliquerait la neurotoxicité observée au cours des traitements (Vassal et al. 1989). La fixation aux protéines plasmatiques est de l ordre de 30% et est estimée à 47% aux erythrocytes (Ehrsson et al 1984). Le busulfan est distribué de façon identique entre le plasma et les cellules sanguines (Ehrsson et al 1984). La pharmacocinétique du busulfan est de type mono-compartimentale. Malgré le caractère très lipophile du busulfan, son volume de distribution après injection intra-veineuse semble équivalent au volume d eau corporelle total. Il est plus élevé chez l enfant que chez l adulte (Hassan et al. 1996a). III.2.3 Métabolisme et élimination Le métabolisme du busulfan est catalysé par des enzymes de phase II (glutathione S- transférases GSTs) qui conduisent à la formation d un ion sulfonium positivement chargé, luimême clivé en un composé lipophile, le tetrahydrothiophène puis à l élimination de composés plus hydrosolubles et inactifs (Czerwinski et al. 1996). Trois classes de GST sont distinguées selon leur point isoélectrique, les isoformes basiques (alpha), neutres (mu) et acides (pi) (DeLeve et al. 1991). Le foie contient principalement les isoformes alpha et mu tandis que les isoformes alpha et pi se trouvent dans l intestin grêle (DeLeve et al. 1991). GSTA1-1 est l isoforme prédominante qui catalyse la conjugaison du busulfan avec le glutathion, alors que GSTM1-1 et GSTP1-1 contribuent à 46% et 18% de l activité de GSTA1-1 (Czerwinski et al. 1996). Le busulfan administré oralement est donc, par effet de premier passage, exposé à la capacité métabolique de l intestin et du foie. L effet de premier passage se définit par l épuration partielle ou complète de la dose d un EPHE Banque de Monographies SVT 9

10 xénobiotique qui a lieu entre son site d administration et la circulation systémique. Ainsi, l extraction pré systémique du busulfan résulte en une biodisponibilité diminuée et variable fonction de la capacité métabolique de l intestin et du foie. Si une étude a montré qu il n y a pas de différence entre les concentrations plasmatiques de glutathion (GSH) des jeunes enfants, des enfants plus âgés et des adultes (Gibbs 1997), d autres ont montré une augmentation de l expression intestinale des GSTA1-1 chez les jeunes enfants induisant donc une augmentation du métabolisme du busulfan (Gibbs 1999), et un taux plus élevé de la concentration plasmatique de GST alpha chez les enfants atteints de béta-thalassémie que chez des enfants atteints de leucémie ou que des adultes sains (Poonkuzhali et al. 2001). Cette dernière étude a par ailleurs montré une corrélation positive entre la clairance du busulfan et l activité hépatique des GST. L isoforme GSTM1 présente un fort polymorphisme génétique dépendant de l origine ethnique, avec une fréquence plus élevée de la présence d une délétion homozygote de l un ou des 2 gènes dans la population caucasienne que dans la population asiatique (50% versus 33%, p = 0.003) (Arruda et al. 1998). Une étude a montré que les patients homozygotes pour la délétion allèlique de GSTM1, présentaient une clairance plus élevée du busulfan avec une augmentation de 2 à 4 fois plus importante de la concentration plasmatique de GST alpha et des taux de ARNm de GSTA1, et une fréquence plus importante de l incidence d une maladie veino-occlusive (toxicité hépatique des médicaments cytoréducteurs) (Srivastava et al. 2004). Par convention, dans le conditionnement de greffe de moelle, le busulfan précède le cyclophosphamide qui lors de son métabolisme requiert la présence de GSH et GSTs, et donc une diminution significative des concentrations de GSH dans les hépatocytes provoquée par une augmentation du métabolisme du busulfan, pourrait entraîner une augmentation de la toxicité hépatique du cyclophosphamide (Deleve 2000). Plusieurs études ont été menées chez l enfant et chez l adulte, afin de comparer, à doses orales égales, les aires sous la courbe des concentrations plasmatiques de busulfan en fonction du temps (AUC). A dose égale (1 mg/kg) les enfants présentent une AUC plus faible que celle des adultes. Cette sous-exposition au busulfan des enfants par rapport aux adultes montre donc une biodisponibilité du médicament réduite due soit à une absorption diminuée soit à un métabolisme accru. En outre ces études montrent bien l intérêt de tester le busulfan en administration intraveineuse afin de diminuer cette variation inter-individuelle et d augmenter l exposition des enfants au busulfan tout en évitant une toxicité. III.2.4 Efficacité et toxicité De nombreuses études ont évalué l efficacité et la toxicité du conditionnement Bu/Cy. Ces études comparatives ont été menées pour différentes pathologies tels que les LAL, les myélodysplasies, les thalassémies et ont montré une efficacité équivalente et parfois supérieure à celle d un conditionnement classique par ICT (Buggia et al. 1994). Pour Regazzi, le busulfan permet une sortie d aplasie plus rapide, une moindre importance des mucites et ceci pour une efficacité comparable (même taux de rechute) à celle de l ICT (Regazzi et al. 1993). Cependant le nombre de rejets semble plus important chez l enfant, phénomène qui EPHE Banque de Monographies SVT 10

11 pourrait avoir pour cause la forte variabilité inter-individuelle de la biodisponibilité du busulfan chez l enfant ainsi qu une biodisponibilité plus faible que l adulte. La toxicité du busulfan reste un problème majeur et son incidence reste élevée puisque, chez les enfants, l apparition d une maladie veino-occlusive (MVO), qui est la complication hépatique majeure, survient avec une fréquence supérieure à 10%. La MVO peut se déclarer dès le début du conditionnement, mais survient le plus souvent entre J-3 avant et J14 après la greffe. La définition de cette pathologie est histologique. Il s agit d une oblitération des veines centrolobulaires et sub-lobulaires par du tissus conjonctif en position sous-endothéliale. Ces lésions évoluent vers une oblitération fibreuse des sinusoïdes centrolobulaires et une nécrose des hépatocytes dans la zone hépatique centrolobulaire ou zone 3 (DeLeve et al 1999). Une étude a montré que la capacité de synthèse du GSH était plus basse dans la zone 3 que dans la zone 1 des hépatocytes (Kera et al 1988). Cette diminution de la synthèse du glutathion en zone 3 des hépatocytes serait due à la différence d activité de la γ-glutamylcystéine-synthetase (γ-gcs) qui a été trouvée plus basse dans des hépatocytes de zone 3 ( Penttilä 1990). Cependant si l étiologie exacte de la MVO n est pas connue, elle semble liée aux traitements cytoréducteurs (DeLeve et al 1999) et, dans le cas du busulfan, à une microcrystallisation du médicament dans le système micro-veineux du foie (Ghermani et al. 2004). On peut, cependant, décrire la MVO comme une pathologie multifactorielle impliquant une hypercoagulation, une diminution du flux sanguin sinusoïdal, une nécrose des hépatocytes et des phénomènes immunologiques et inflammatoires (Shulman et al 1992). Les critères retenus pour poser le diagnostic d une MVO, sont ceux de l équipe de Seattle (Mac Donald et al. 1993). - hyperbilirubinémie > 2 mg/dl ou 34.2 μmol/l - hépatomégalie et douleur de l hypochondre droit - ascite et/ou prise de poids inexpliquée >5% du poids de base On distingue a posteriori 3 stades de gravité dans cette pathologie : moyen, modéré et sévère. La distinction de ces grades se fait sur l évolution de la maladie allant de la guérison complète spontanée au décès. MVO de gravité moyenne (grade 1) si elle ne nécessite aucun traitement pour les douleurs hépatiques, aucune restriction sodique ni traitement diurétique et si l ensemble des signes cliniques et biologiques disparaissent avant le 100 ème jour post greffe (J100). MVO de gravité modérée (grade 2) si les douleurs hépatiques nécessitent un traitement analgésique ou si la rétention hydrique doit être contrôlée par une restriction sodique ou des diurétiques et si l ensemble des signes cliniques et biologiques disparaissent avant J100. MVO sévère (grade 3 et 4) si les symptômes biologiques persistent au-delà de J100 ou si le patient décède suite à cette pathologie avant J100. Différentes études ont tenté de trouver une corrélation entre les AUC du busulfan et son effet (efficacité et prise de greffe ou toxicité). La valeur du seuil de toxicité est différente d une étude à l autre, cependant on peut considérer qu au delà d une AUC de busulfan de 6000 ng/ml*h, le risque de développement d une MVO devient trop élevé. On peut également définir l AUC cible du busulfan pour le conditionnement d une greffe de moelle osseuse comme étant de 1200 à 6000 ng/ml*h pour une greffe génoidentique et de 3600 à 6000 ng/ml*h pour une greffe non géno-identique (Slattery et al. 1998). EPHE Banque de Monographies SVT 11

12 Compte tenu de la grande variation inter-individuelle de la biodisponibilité du busulfan chez les enfants, l obtention d une telle cible, sans adaptation des posologies orales, semble difficile à atteindre. IV Objectifs : Le busulfan dans le conditionnement de greffe de moelle osseuse chez l enfant IV.1 Valeur prédictive d une prédose orale de busulfan sur sa pharmacocinétique à l équilibre. Chez les enfants en attente de greffe de moelle, l adaptation des posologies de busulfan est un facteur déterminant dans l efficacité du conditionnement et le succès thérapeutique. Nous nous proposons donc, dans le cadre d un protocole de recherche clinique, d évaluer des posologies orales individuelles de busulfan à partir des paramètres pharmacocinétiques d une dose test (prédose) calculée comme étant la moitié de la dose unitaire afin de ne pas augmenter le risque de toxicité. Ce protocole a pour but de déterminer la valeur prédictive de cette prédose et d évaluer la relation entre pharmacocinétique et tolérance du busulfan. De plus nous nous proposons grâce à cette étude d évaluer une stratégie d AUC réduites (LSS pour limited sampling strategy) afin dans l avenir de diminuer le nombre de prélèvements. Ce protocole clinique s est déroulé à l hôpital Robert Debré dans le service du Professeur Etienne Vilmer et avec la collaboration du Centre d Investigations Cliniques (CIC) du Professeur Gaultier. Les dosages et les calculs pharmacocinétiques du busulfan ont été effectués dans l Unité de Pharmacologie Pédiatrique et Pharmacogénétique du Professeur Evelyne Jacqz-Aigrain. IV.2 Pharmacocinétiques oral versus iv dans la béta-thalassémie. Ce protocole de recherche clinique nous a permis d évaluer les paramètres pharmacocinétiques du busulfan administré par voie orale et intraveineuse et de déterminer, chez des enfants atteints de béta-thalassémie majeure et en attente de greffe de moelle osseuse, la tolérance au Busulfexâ, son efficacité et de comparer les variations inter et intraindividuelles des 2 formes galéniques et enfin de définir le rôle du Busulfex dans le conditionnement de greffe de moelle et d optimiser ultérieurement la guérison des patients. Le protocole clinique s est effectué dans le service de greffe de moelle osseuse du Sultan Qaboos University Hospital (Muscat, Sultanat d Oman) sous la direction du Docteur David Dennison et dans le cadre d un contrat de recherche initié par le Docteur Rajagopal Krisnamoorthy de l unité INSERM U 458 (Hôpital Robert Debré). Les dosages ont été effectués pour une part dans l Unité de Pharmacologie Clinique du Professeur Evelyne Jacqz-Aigrain à l Hôpital Robert Debré et pour une autre part dans le service d Hématologie du Docteur David Dennison au Sultan Qaboos University Hospital et ceci après un transfert de technologie HPLC-MS (Quernin et al 2001) entre les 2 hôpitaux. EPHE Banque de Monographies SVT 12

13 BIBLIOGRAPHIE Andersson BS, Kashyap A, Gian V, Wingard JR, Fernandez H, Cagnoni PJ, Jones RB, Tarantolo S, Hu WW, Blume KG, Forman SJ, Champlin RE. Conditioning therapy with intravenous busulfan and cyclophosphamide (IV BuCy2) for hematologic malignancies prior to allogeneic stem cell transplantation: a phase II study. Biol Blood Marrow Transplant. 2002;8(3): Ardiet C, Bastian G, Favre R. Busulfan. Guide pratique de pharmacocinétique clinique en oncologie. Eds. Frison-Roche, Paris : Arruda VR, Grignolli CE, Gonclaves MS, Prevalence of homozygosity for deleted alleles of GSTM1 and GSTT1 among distinct ethnic groups from Brazil relevance to environnemental carcinogenesis. Clin Genet 1998;54: Bleyzaz N, Souillet G, Magron P, Janoly A, Martin P, Bertrand Y, Galambrun C, Dai Q, Maire P, Jelliffe RW, Aulagner G, Improved clinical outcome of paediatric bone marrow recipients using a test dose and Bayesian pharmacokinetic individualization of busulfan dosage regimens. Bone Marrow Transplant 2001;28: Buggia I, Locatelli F, Regazzi MB, Zecca M. Busulfan. Ann Pharmacother Sep;28(9): Chattergoon DS, Saunders EF, Klein J, Calderwood S, Doyle J, Freedman MH, Koren G. An improved limited sampling method for individualised busulphan dosing in bone marrow transplantation in children. Bone Marrow Transplant Sep;20(5): Cremers S, Schoemaker R, Bredius R, den Hartigh J, Ball L, Twiss I, Vermeij P, Vossen J. Pharmacokinetics of intravenous busulfan in children prior to stem cell transplantation. Br J Clin Pharmacol Apr;53(4): Czerwinski M, Gibbs JP, Slattery JT. Busulfan conjugation by glutathione S-transferases alpha, mu, and pi. Drug Metab Dispos Sep;24(9): Dalle JH, Wall D, Theoret Y, Duval M, Shaw L, Larocque D, Taylor C, Gardiner J, Vachon MF, Champagne MA. Intravenous busulfan for allogeneic hematopoietic stem cell transplantation in infants: clinical and pharmacokinetic results. Bone Marrow Transplant Oct;32(7): DeLeve LD, Kaplowitz N. Glutathione metabolism and its role in hepatotoxicity. Pharmac Ther : EPHE Banque de Monographies SVT 13

14 DeLeve LD, McCuskey RS, Wang X et al. Characterization of a reproducible rat model of hepatic veno-occlusive disease. Hepatology (6): DeLeve LD, Wang X. Role of oxidative stress and glutathione in busulfan toxicity in cultured murine hepatocytes. Pharmacology Apr;60(3): Dix SP, Wingard JR, Mullins RE, Jerkunica I, Davidson TG, Gilmore CE, York RC, Lin LS, Devine SM, Geller RB, Heffner LT, Hillyer CD, Holland HK, Winton EF, Saral R. Association of busulfan area under the curve with veno-occlusive disease following BMT. Bone Marrow Transplant Feb;17(2): Ehrsson H, Hassan M. Determination of busulfan in plasma by GC-MS with selected-ion monitoring. J Pharm Sci Oct;72(10): Ehrsson H, Hassan M. Binding of busulfan to plasma proteins and blood cells. J Pharm Pharmacol Feb;20(36): Elchisak MA. Busulfexâ (busulfan) injection recommended for approval for bone marrow and stem cell transplant. Embree L, Burns RB, Heggie JR, Phillips GL, Reece DE, Spinelli JJ, Hartley DO, Hudon NJ, Goldie JH. Gas-chromatographic analysis of busulfan for therapeutic drug monitoring. Cancer Chemother Pharmacol. 1993;32(2): Ghermani NE, Spasojevic de Bire A, Bouhmaida N, Ouharzoune S, Bouligand J, Layre A, Gref R, Couvreur I. Molecular reactivity of busulfan through its experimental electrostatic properties in the solid state. Pharmaceutical Research. 2004;21(4): Gibbs JP, Murray G, Risler L, Chien JY, Dev R, Slattery JT. Age-dependent tetrahydrothiophenium ion formation in young children and adults receiving high-dose busulfan. Cancer Res Dec 15;57(24): Gibbs JP, Liacouras CA, Baldassano RN, Slattery JT. Up-regulation of glutathione S-transferase activity in enterocytes of young children. Drug Metab Dispos Dec;27(12): Glucksberg H, Storb R, Fefer A, Buckner D, Neiman PE, Clift RA, Leiner XG, Thomas ED. Clinical manifestations of GVHD in human recipients of marrow from HLA-matched sibling donors. Transplantation. 1974;18(4): Grochow LB, Jones RJ, Brundrett RB, Braine HG, Chen TL, Saral R, Santos GW, Colvin OM. Pharmacokinetics of busulfan: correlation with veno-occlusive disease in patients undergoing bone marrow transplantation. Cancer Chemother Pharmacol. 1989;25(1): Grochow LB, Krivit W, Whitley CB, Blazar B. Busulfan disposition in children. Blood Apr 15;75(8): Grochow LB. Busulfan disposition the role of therapeutic monitoring in bone marrow transplantation induction regimen. Semin Oncol Aug 20;4(4): Hassan M, Ehrsson H. Gas chromatographic determination of busulfan in plasma with electroncapture detection. J Chromatogr Oct 14;277: Hassan M, Oberg G, Ehrsson H et al. Pharmacokinetics and metabolic studies of high-dose busulphan in adults. Eur. J. Clin. Pharmacol. 1989;36: Hassan M, Oberg G, Bekassy AN, Aschan J, Ehrsson H, Ljungman P, Lonnerholm G, Smedmyr B, Taube A, Wallin I, et al. Pharmacokinetics of high-dose busulphan in relation to age and chronopharmacology. Cancer Chemother Pharmacol. 1991;28(2): Hassan M, Oberg G, Blorkholm M et al. Influence of prophylactic anticonvulsant therapy on high-dose EPHE Banque de Monographies SVT 14

15 busulphan kinetics. Cancer Chemother Pharmacol. 1993;33: Hassan M, Ljungman P, Bolme P, Ringden O, Syruckova Z, Bekassy A, Stary J, Wallin I, Kallberg N. Busulfan bioavailability. Blood Oct 1;84(7): Hassan M, Ehrsson H, Ljungman P. Aspects concerning busulfan pharmacokinetics and bioavailability. Leuk Lymphoma. 1996a Aug;22(5-6): Hassan M, Fasth A, Gerritsen B, Haraldsson A, Syruckova Z, van den Berg H, Sandstrom M, Karlsson M, Kumlien S, Vossen J. Busulphan kinetics and limited sampling model in children with leukemia and inherited disorders. Bone Marrow Transplant. 1996b Nov;18(5): Hassan M, Nilsson C, Hassan Z, Gungor T, Aschan J, Winiarski J, Hentschke P, Ringden O, Eber S, Seger R, Ljungman P. A phase II trial of liposomal busulphan as an intravenous myeloablative agent prior to stem cell transplantation: 500 mg/m(2) as a optimal total dose for conditioning. Bone Marrow Transplant Dec;30(12): Holmstrom G, Borgstrom B, Calissendorff B. Cataract in children after bone marrow transplantation: relation to conditioning regimen. Acta Ophthalmol Scand Apr;80(2): Jelliffe RW, Schumitzky A, Van Guilder M. Individualizing drug dosage regimens : roles of population pharmacokinetic and dynamic models, Bayesian fitting and adaptative control. Ther. Drug Monit : Kera Y, Penttilä KE, Lindros KO.Glutathione replenishment capacity is lower in isolated perivenous than in peripheral hepatocytes. Biochem. J Lucarelli G, Galimberti M, Polchi P, Angelucci E. Bone marrow transplantation in patients with thalassemia. N Engl J Med Feb 15, 322(7): Mac Donald GB, Hinds MS, Fischer LD. Veno-occlusive disease of the liver and multiorgan failure after bone marrow transplantation : a cohort study of 355 patients. Ann Intern Med. 1993, 118: Olavarria E, Hassan M, Eades A, Nilsson C, Timms A, Matthews J, Craddock C, Kanfer E, Apperley J, Goldman J. A phase I/II study of multiple-dose intravenous busulfan as myeloablation prior to stem cell transplantation. Leukemia Nov;14(11): Penttilä KE. Role of cysteine and taurine in regulating glutathione synthesis by periportal and perivenous hepatocytes. Biochem. J Peris JE, Latorre JA, Castel V, Verdeguer A, Esteve S, Torres-Molina F. Determination of busulfan in human plasma using high-performance liquid chromatography with pre-column derivatization and fluorescence detection. J Chromatogr B Biomed Sci Appl Jun 25;730(1): Poonkuzhali B, Srivastava A, Quernin MH, Dennison D, Aigrain EJ, Kanagasabapathy AS, Krishnamoorthy R, Chandy M. Pharmacokinetics of oral busulphan in children with beta thalassaemia major undergoing allogeneic bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant Jul;24(1):5-11. Poonkuzhali B, Chandy M, Srivastava A, Dennison D, Krishnamoorthy R. Glutathione S-transferase activity influences busulfan pharmacokinetics in patients with beta thalassemia major undergoing bone marrow transplantation. Drug Metab Dispos Mar;29(3): Quernin MH, Poonkuzhali B, Montes C, Krishnamoorthy R, Dennison D, Srivastava A, Vilmer E, Chandy M, Jacqz-Aigrain E. Quantification of busulfan in plasma by gas chromatography-mass spectrometry following derivatization with tetrafluorothiophenol. J Chromatogr B Biomed Sci Appl May 8;709(1): Quernin MH, Poonkuzhali B, Dennison D, Srivastava A, Krishnamoorthy R, Chandy M, Jacqz-Aigrain EPHE Banque de Monographies SVT 15

16 E. High-performance liquid chromatographic method for quantification of busulfan in plasma after derivatization by tetrafluorothiophenol. J Chromatogr B Biomed Sci Appl Jan 8;721(1): Quernin MH, Duval M, Vilmer E, Aigrain EJ. Quantification of busulfan in plasma by liquid chromatography-ion spray mass spectrometry. Application to pharmacokinetic studies in children. J Chromatogr B Biomed Sci Appl Nov 5;763(1-2):61-9. Rakanatharathorn V, Karanes C, Lum LG, Uberti J, Dan ME, de Planque MM, Schultz KR, Cronin S, Leisz MC, Mohamed A. Allogenic bone marrow transplantation in high-risk myeloid disorders using busulfan, cytosine arabinoside and cyclophosphamide (BAC). Bone marrow Transplant (1): Regazzi MB, Locatelli F, Buggia I, Bonetti F, Zecca M, Pregnolato M, Quaglini S. Disposition of highdose busulfan in pediatric patients undergoing bone marrow transplantation. Clin Pharmacol Ther Jul;54(1): Rifai N, Sakamoto M, Lafi M, Guinan E. Measurement of plasma busulfan concentration by highperformance liquid chromatography with ultraviolet detection. Ther Drug Monit Apr;19(2): Sandstrom M, Karlsson MO, Ljungman P, Hassan Z, Jonsson EN, Nilsson C, Ringden O, Oberg G, Bekassy A, Hassan M. Population pharmacokinetic analysis resulting in a tool for dose individualization of busulphan in bone marrow transplantation recipients. Bone Marrow Transplant Oct;28(7): Schuler U, Schroer S, Kuhnle A, Blanz J, Mewes K, Kumbier I, Proksch B, Zeller KP, Ehninger G. Busulfan pharmacokinetics in bone marrow transplant patients: is drug monitoring warranted? Bone Marrow Transplant Nov;14(5): Schuler US, Ehrsam M, Schneider A, Schmidt H, Deeg J, Ehninger G. Pharmacokinetics of intravenous busulfan and evaluation of the bioavailability of the oral formulation in conditioning for haematopoietic stem cell transplantation. Bone Marrow Transplant Aug;22(3): Schuler US, Renner UD, Kroschinsky F, Johne C, Jenke A, Naumann R, Bornhauser M, Deeg HJ, Ehninger G. Intravenous busulphan for conditioning before autologous or allogeneic human blood stem cell transplantation. Br J Haematol Sep;114(4): Schwartz D. Méthodes statistiques à l usage des médecins et des biologistes. 4e edition, Médecine- Sciences Flammarion. Shaw PJ, Hugh-Jones K, Hobbs JR, Downie CI, Barnes R. Busulphan and cyclophosphamide cause little early toxicity during displacement bone marrow transplantation in fifty children. Bone Marrow Transplant Dec;1(2): Shaw PJ, Kellie SI. High dose chemotherapy for children with brain tumours. Bone Marrow Transplant Jan;11(1):87-8. Shaw PJ, Scharping CE, Brian RJ, Earl JW. Busulfan pharmacokinetics using a single daily highdose regimen in children with acute leukemia. Blood Oct 1;84(7): Shaw PJ, Nath C, Berry A, Earl JW. Busulfan given as four single daily does of 150 mg/m2 is safe and effective in children of all ages Bone Marrow Transplant Aug;34(3): Shimoni A, Bielorai B, Toren A, Hardan I, Avigdor A, Yeshurun M, Ben-Bassat I, Nagler A. Intravenous busulfan-based conditioning prior to allogeneic hematopoietic stem cell transplantation: myeloablation with reduced toxicity. Exp Hematol May;31(5): EPHE Banque de Monographies SVT 16

17 Shulman HM, Hinterberger W. Hepatic veino-occlusive disease-liver toxicity syndrome after bone marrow transplantation. Bone Marrow Transplant. 1992;10: Singlas A, Taburet A-M. Abrégé de pharmacology. Hoeschst Biologie. Slattery JT, Sanders JE, Buckner CD, Schaffer RL, Lambert KW, Langer FP, Anasetti C, Bensinger WI, Fisher LD, Appelbaum FR, et al. Graft-rejection and toxicity following bone marrow transplantation in relation to busulfan pharmacokinetics. Bone Marrow Transplant Jul;16(1): Slattery JT, Clift RA, Buckner CD, Radich J, Storer B, Bensinger WI, Soll E, Anasetti C, Bowden R, Bryant E, Chauncey T, Deeg HJ, Doney KC, Flowers M, Gooley T, Hansen JA, Martin PJ, McDonald GB, Nash R, Petersdorf EW, Sanders JE, Schoch G, Stewart P, Storb R, Appelbaum FR, et al. Marrow transplantation for chronic myeloid leukemia : the influence of plasma busulfan levels on the outcome of transplantation. Blood Apr 15;89(8): Slattery JT, Risler LJ. Therapeutic monitoring of busulfan in hematopoietic stem cell transplantation. Ther Drug Monit Oct;20(5): Srivastava A, Poonkuzhali B, Shaji RV, Biju G, Vikram M, Chandy M, Krishnamoorthy R. Gluthatione S-transferase M1 polymorphism : a risk factor for hepatic venoocclusive disease in bone marrow transplantation. Blood 2004 Sep;104(5): Vassal G, Re M, Gouyette A. Gas chromatographic-mass spectrometric assay for busulfan in biological fluids using a deuterated internal standard. J Chromatogr Jul 15;428(2): Vassal G, Gouyette A, Hartmann O, Pico JL, Lemerle J. Pharmacokinetics of high-dose busulfan in children. Cancer Chemother Pharmacol. 1989;24(6): Vassal G, Deroussent A, Challine D, Hartmann O, Koscielny S, Valteau-Couanet D, Lemerle J, Gouyette A. Is 600 mg/m2 the appropriate dosage of busulfan in children undergoing bone marrow transplantation? Blood May 1;79(9): Vassal G, Challine D, Koscielny S, Hartmann O, Deroussent A, Boland I, Valteau-Couanet D, Lemerle J, Levi F, Gouyette A. Chronopharmacology of high-dose busulfan in children. Cancer Res. 1993a Apr 1;53(7): Vassal G, Fischer A, Challine D, Boland I, Ledheist F, Lemerle S, Vilmer E, Rahimy C, Souillet G, Gluckman E, et al. Busulfan disposition below the age of three: alteration in children with lysosomal storage disease. Blood. 1993b Aug 1;82(3): Vassal G. Pharmacologically-guide dose adjustment of busulfan in high-dose chemotherapy regimens : rationale and pitfalls (review). Anticancer Res (6A): Whiting B, Kelman AW, Grevel J. Population pharmacokinetics theory and clinical application. Clinical Pharmacokinet : Williams CB, Day SD, Reed MD, Copelan EA, et al. Dose modification protocol using intravenous busulfan (Busulfex) and cyclophosphamide followed by autologous or allogeneic peripheral blood stem cell transplantation in patients with hematologic malignancies. Biol Blood Marrow Transplant Sep;10(9): Yeager AM, Wagner JE Jr, Graham ML, Jones RJ, Santos GW, Grochow LB. Optimization of busulfan dosage in children undergoing bone marrow transplantation: a pharmacokinetic study of dose escalation. Blood Nov 1;80(9): EPHE Banque de Monographies SVT 17

18 EPHE Banque de Monographies SVT 18