Quinacrine failure to treat prion diseases : a possible pharmacological explanation
Absence d'efficacité de la quinacrine dans le traitement des maladies à prions : possible explication à caractère pharmacologique
Résumé
Given the epidemiological uncertainty of the prion diseases, there is an urgent need to discover and to develop antiprion therapeutics in humans. The efficacy of candidate molecules is predominantly tested in vitro in neuroblastoma cells. For several molecules, including quinacrine, a discrepancy has been observed between a proven antiprion action in vitro and its lack of clinical efficacy in the Creutzfeldt-Jakob disease. To further investigate the possible pharmacokinetic origin of the lack of clinical efficacy of quinacrine (and then predictable), we studied the quinacrine disposition both in vivo and in vitro. Ultimately, our experiment was aimed at determining the dosage regimen, which should be administered in vivo to obtain efficacious concentrations in the biophase. We used a model of naturally scrapie-affected ewes. First, we performed a standard clinical trial in scrapie-affected ewes and, we confirmed the absence of therapeutic benefit of quinacrine, as previously shown in humans. In in vitro experiments reproducing the princeps culture conditions in which 50% of antiprion action has been observed, namely a nominal quinacrine concentration of 300 nM, we re-evaluated the EC50 for the potential biophases of quinacrine effect. Quinacrine was assayed by HPLC. We showed that the actual extracellular and intracellular quinacrine neuroblastoma concentrations were 120 nM and 3700 nM, respectively. Quinacrine concentrations in cerebrospinal fluid concentrations and brain tissue, corresponding to the extracellular and intracellular biophases respectively, were measured in healthy ewes after quinacrine administration. The cerebrospinal fluid quinacrine concentrations (<2.1 nM and 55 nM after therapeutic and toxic quinacrine exposure, respectively) were lower than the actual quinacrine extracellular neuroblastoma concentrations corresponding to the measured EC50 (120 nM). Tissue brain quinacrine concentration (1040 nM) after a therapeutic dose of quinacrine was lower than the actual active quinacrine intracellular neuroblastoma concentration (6700 nM) and, only a toxic quinacrine dose allowed to obtain efficacious quinacrine tissular concentrations (53800 nM). Finally, whatever the actual quinacrine biophase, intra- versus extracellular, efficacious quinacrine concentrations cannot be achieved in vivo with a safe dosage regimen. In the future, in order to avoid in vivo studies for which failure can be predicted, in particular in humans, it is recommended to measure the actual anti-prion EC50 in the biophase in vitro, in order to determine if the in vitro anti-prion action is achievable in vivo.
En raison des incertitudes épidémiologiques relatives aux maladies à prions, il est urgent de découvrir et de développer des thérapeutiques anti-prions chez l’homme. L’efficacité des molécules candidates est essentiellement testée in vitro sur des cellules de neuroblastome. Pour plusieurs molécules, dont la quinacrine, il a été observé une discordance entre l’effet anti-prion in vitro et l’absence d’efficacité clinique dans le traitement de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. Pour documenter l’hypothèse selon laquelle l’absence d’efficacité de la quinacrine était d’ordre pharmacocinétique (et donc prévisible), la disposition de la quinacrine (disparition de la quinacrine du compartiment sanguin, qui résulte par exemple de processus de distribution et d’élimination du principe actif) a été étudiée à la fois in vivo et in vitro afin de déterminer les doses qu’il conviendrait d’administrer in vivo pour obtenir des concentrations efficaces dans la biophase. Le modèle de brebis naturellement atteintes de tremblante a été utilisé. Dans un premier temps, un essai thérapeutique contrôlé sur des brebis en phase clinique de tremblante a permis de confirmer ce qui était connu chez l’homme, c’est-à-dire l’absence d’efficacité clinique de la quinacrine. Sur le modèle in vitro reproduisant les conditions princeps de culture pour lesquelles 50 % de l’effet anti-prion avait été observé, avec une concentration nominale de quinacrine de 300 nM (nanomoles par litre), nous avons redéterminé les EC50 (concentration qui permet d’inhiber à 50 % la formation de PrP pathogène) pour les biophases potentielles de l’action anti-prion en mesurant sélectivement, par HPLC (chromatographie liquide haute performance), les véritables concentrations extracellulaire (120 nM) et intracellulaire (6700 nM) de quinacrine dans les neuroblastomes en culture. Les concentrations de quinacrine dans le Liquide Cérébro-Spinal (LCS) et le tissu nerveux cérébral, représentatifs in vivo respectivement des biophases extracellulaire et intracellulaire, ont été mesurées chez la brebis après une administration de quinacrine. Les concentrations de quinacrine dans le liquide cérébro-spinal (< 2,1 nM et 55 nM, obtenues respectivement pour des doses thérapeutique et toxique) sont restées très inférieures aux concentrations nécessaires pour obtenir in vitro un effet antiprion (120 nM). Les concentrations totales de quinacrine dans le tissu nerveux (1040 nM) après une dose thérapeutique sont restées inférieures aux concentrations de quinacrine actives in vitro (6700 nM) et, seule une dose toxique de quinacrine a permis d’atteindre des concentrations intracellulaires actives (53800 nM). En définitive, quelle que soit la biophase intra- ou extracellulaire, les schémas posologiques non toxiques sont incapables de maintenir des concentrations antiprion efficaces de quinacrine. A l’avenir, pour éviter des études in vivo dont on peut prévoir d’emblée qu’elles sont vouées à l’échec, notamment chez l’homme, il est recommandé de mesurer les EC50 anti-prions dans les biophases in vitro, pour évaluer si les effets anti-prion observés in vitro sont extrapolables in vivo.
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