Thèse Etude de la Diffusion de Nouveaux Antibiotiques à Travers la Barrière Hématoencéphalique H/F - 33

Établissement : Université de Bordeaux
École doctorale : Sciences de la Vie et de la Santé
Laboratoire de recherche : Biologie des maladies cardiovasculaires
Direction de la thèse : Fabien XUEREB ORCID 000000022240196X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-20T23:59:59

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est retrouvée dans presque toutes les régions du cerveau au niveau de la micro vascularisation cérébrale. Elle permet de protéger le cerveau de certains agents pathogènes et composés neurotoxiques, tout en préservant l'apport de nutriments indispensables à son bon fonctionnement.

L'effet de barrière de la BHE repose à la fois sur des composantes physiques et fonctionnelles : la paroi des micro capillaires cérébraux, formée de cellules endothéliales non fenêtrées reliées par des jonctions serrées et adhérentes, crée une couche continue qui limite fortement le passage paracellulaire, tandis que des mécanismes de transport (diffusion passive, transcytose et transport médié par des transporteurs) régulent l'entrée des substances afin de maintenir l'homéostasie cérébrale [Sweeney et al., 2017].

Cette fonction de barrière impacte également les xénobiotiques et un grand nombre de médicaments ne franchissant pas ou peu la BHE et ne pouvant, par conséquent, pas exercer d'effet thérapeutique au niveau du système nerveux central (SNC) [Pardridge al., 2007].

Concernant les antibiotiques, leur efficacité est en partie dépendante de leur capacité à diffuser au niveau du site de l'infection (étude de corrélation pharmacocinétique (PK) / Pharmacodynamique (PD) ou corrélation PK/PD). Dans le cadre des infections du système nerveux central, l'efficacité des antibiotiques est ainsi étroitement dépendante de leur capacité à diffuser à travers la BHE [Nau et al., 2010 ; Tattevin et al., 2019].

La résistance des bactéries aux antibiotiques de première intention, nécessite l'utilisation de nouvelles molécules, pour lesquelles les données de diffusion dans le SNC à travers la BHE sont limitées [Nau R et al. 2018].

Cette absence de données pharmacocinétiques conduit à des schémas potentiellement sous-optimaux : d'une part un risque de sous-dosage si la pénétration tissulaire est insuffisante, et d'autre part un risque de surdosage inutile si la diffusion est en réalité adéquate, exposant les patients à des effets indésirables.

Ainsi, les objectifs de ce projet sont d'évaluer la diffusion dans le SNC de nouveaux antibiotiques, ainsi que les mécanismes impliqués dans leur diffusion (tels que l'inflammation aiguë, l'affinité pour les transporteurs d'efflux, les interactions médicamenteuses).

Ce projet comporte trois volets :
- Un volet visant à développer des modèles in vitro d'interactions antibiotiques/transporteurs d'efflux à partir de différents types de cellules (cellules microvasculaires cérébrales HBMECs, cellules MDCK-II, cellules MDCKII-MDR1, cellules Caco-II) exprimant ces transporteurs (P-gp, BCRP MRP). Une mesure de concentrations des médicaments de part et d'autre de la barrière cellulaire sera effectuée par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem.
- Un volet portant sur le développement de modèles pharmacocinétiques chez l'animal permettant de caractériser la diffusion des antibiotiques dans SNC et dans le tissu cérébral, et l'impact de différentes conditions (rôle des transporteurs, interactions médicamenteuses, inflammation), par le biais des mesures de concentrations des médicaments dans le plasma, le cerveau et le liquide cérébrospinal par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem.
- Un volet visant à conduire des études pharmacocinétiques/pharmacodynamiques chez l'humain, par le biais des mesures de concentrations des médicaments dans le plasma et le liquide cérébrospinal par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse en tandem.

Les infections du système nerveux central (SNC) sont des infections graves, avec une morbi-mortalité importante, et des options thérapeutiques limitées, notamment en cas d'infections à bactéries résistantes aux antibiotiques de première intention (15 à 23% de décès).

Le traitement de ces infections repose principalement sur un traitement anti-infectieux. Concernant les antibiotiques, leur efficacité est en partie dépendante de leurs capacités à diffuser au niveau du site de l'infection (étude de corrélation PK/PD). Dans le cadre des infections du système nerveux central, l'efficacité des antibiotiques est ainsi étroitement dépendante de leur capacité à diffuser à travers la BHE. [Nau R, Sörgel F, Eiffert H. Penetration of drugs through the blood-cerebrospinal fluid/bloodbrain barrier for treatment of central nervous system infections. Clin Microbiol Rev 2010;23:858-83. https://doi.org/10.1128/CMR.00007-10. ; Tattevin P, Solomon T, Brouwer MC. Understanding central nervous system efficacy of antimicrobials. Intensive Care Med 2019;45:93-6. https://doi.org/10.1007/s00134-018-5270- 1.]

La résistance des bactéries aux antibiotiques de première intention, nécessite l'utilisation de nouvelles molécules, pour lesquelles les données de diffusion dans le SNC à travers la BHE sont limitées. [Nau R, Seele J, Djukic M, Eiffert H. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of antibiotics in central nervous system infections. Curr Opin Infect Dis 2018;31:57-68. https://doi.org/10.1097/QCO.0000000000000418.]

Cette absence de données pharmacocinétiques conduit à des schémas potentiellement sous-optimaux ayant pour conséquence d'une part un risque de sous-dosage si la pénétration tissulaire est insuffisante, et d'autre part un risque de surdosage inutile si la diffusion est en réalité adéquate, exposant les patients à des effets indésirables.

L'identification de nouvelles pistes thérapeutiques, et des mécanismes de diffusion de ces molécules au sein du SNC est un enjeux thérapeutique majeur pour la prise en charge de ces infections, notamment dans un contexte où l'antibiorésistance aux antibiotiques de première intention est un enjeu mondial de santé publique. Naghavi M, Vollset SE, Ikuta KS, Swetschinski LR, Gray AP, Wool EE, et al. Global burden of bacterial antimicrobial resistance 1990-2021: a systematic analysis with forecasts to 2050. The Lancet 2024;404:1199-226. https://doi.org/10.1016/S0140-6736(24)01867-1.]

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est retrouvée dans presque toutes les régions du cerveau au niveau de la micro vascularisation cérébrale. Elle permet de protéger le cerveau de certains agents pathogènes et composés neurotoxiques, tout en préservant l'apport de nutriments indispensables à son bon fonctionnement. L'effet de barrière de la BHE repose à la fois sur des composantes physiques et fonctionnelles : la paroi des micro capillaires cérébraux, formée de cellules endothéliales non fenêtrées reliées par des jonctions serrées et adhérentes, crée une couche continue qui limite fortement le passage paracellulaire, tandis que des mécanismes de transport (diffusion passive, transcytose et transport médié par des transporteurs) régulent l'entrée des substances afin de maintenir l'homéostasie cérébrale. [Sweeney MD, Zhao Z, Montagne A, Nelson AR, Zlokovic B V. Blood-Brain Barrier: From Physiology to Disease and Back. Physiol Rev 2019;99:21-78. https://doi.org/10.1152/physrev.00050.2017. ; Galea I. The blood-brain barrier in systemic infection and inflammation. Cell Mol Immunol 2021;18:2489-501. https://doi.org/10.1038/s41423-021-00757-x.]

Cette fonction de barrière impacte également les xénobiotiques et un grand nombre de médicaments ne franchissant pas ou peu la BHE et ne pouvant, par conséquent, pas exercer d'effet thérapeutique au niveau du système nerveux central (SNC). [Pardridge WM. Blood-brain barrier delivery. Drug Discov Today. 2007 Jan;12(1-2):54-61. doi: 10.1016/j.drudis.2006.10.013. Epub 2006 Nov 13. PMID: 17198973.]

Concernant les antibiotiques, leur efficacité est en partie dépendante de leur capacité à diffuser au niveau du site de l'infection (étude de corrélation PK/PD). Dans le cadre des infections du système nerveux central, l'efficacité des antibiotiques est ainsi étroitement dépendante de leur capacité à diffuser à travers la BHE. [Nau R, Sörgel F, Eiffert H. Penetration of drugs through the blood-cerebrospinal fluid/bloodbrain barrier for treatment of central nervous system infections. Clin Microbiol Rev 2010;23:858-83. https://doi.org/10.1128/CMR.00007-10. ; Tattevin P, Solomon T, Brouwer MC. Understanding central nervous system efficacy of antimicrobials. Intensive Care Med 2019;45:93-6. https://doi.org/10.1007/s00134-018-5270- 1.]

Les travaux précédemment réalisés au sein de l'unité INSERM 1034 (doctorat de Marin Lahouati), ont permis de mettre au point un modèle de diffusion d'antibiotiques dans le liquide cérébro spinal (LCS) de la souris, en condition physiologique et en condition inflammatoire. [Lahouati M, Oudart M, Alzieu P, Chapouly C, Petitcollin A, Xuereb F. Penetration of linezolid and tedizolid in cerebrospinal fluid of mouse and impact of blood-brain barrier disruption. Clin Transl Sci. 2025 Jan;18(1):e70100. doi: 10.1111/cts.70100. PMID: 39834151; PMCID: PMC11746922.]

Ces travaux ont également permis d'identifier les transporteurs d'efflux situés au niveau de la BHE comme des acteurs importants dans la diffusion des molécules au sein du SNC. [Sweeney MD, Zhao Z, Montagne A, Nelson AR, Zlokovic B V. Blood-Brain Barrier: From Physiology to Disease and Back. Physiol Rev 2019;99:21-78. https://doi.org/10.1152/physrev.00050.2017,), avec de potentielles interactions médicamenteuses associées.]

Ainsi, nous chercherons à évaluer la diffusion de nouvelles molécules au sein du SNC, mais également à évaluer le rôle des transporteurs d'efflux sur la diffusion de ces molécules au sein du SNC, et à moduler l'effet de ces transporteurs.

Les objectifs de ce projet sont d'évaluer la diffusion dans le SNC de nouveaux antibiotiques, ainsi que les mécanismes impliqués dans leur diffusion (tels que l'inflammation aiguë, l'affinité pour les transporteurs d'efflux, les interactions médicamenteuses) :
-Mise en place de modèles in vitro d'interactions transporteurs-molécules d'intérêts
-Etudes de diffusion dans le SNC chez l'animal.
Ces données précliniques et cliniques observationnelles serviront par la suite à la mise en place de protocoles d'études cliniques dans des situations d'infections à germe résistant afin de rechercher des corrélations entre les concentrations plasmatiques, l'efficacité et la tolérance de ces nouveaux antibiotiques.

1-Etudes in vitro : évaluation des interactions entre transporteurs d'efflux (P-gp, BCRP, OAT) et antibiotiques à travers des cellules exprimant les transporteurs d'efflux des médicaments (cellules microvasculaires cérébrales HBMECs, cellules MDCK-II, cellules MDCKII-MDR1 surexprimant la P-gp humaine, cellules Caco-II), et étude de l'impact de l'inhibition des transporteurs. Plusieurs conditions seront étudiées (inhibition pharmacologique -ciclosporine ou l'élacridar-, siRNA - small interfering ribonucleic acid-, modèles à la rhodamine [Sevin E, Dehouck L, Versele R, Culot M, Gosselet F. A Miniaturized Pump Out Method for Characterizing Molecule Interaction with ABC Transporters. Int J Mol Sci. 2019 Nov 6;20(22):5529. doi: 10.3390/ijms20225529. PMID: 31698745; PMCID: PMC6888615.], etc).

2-Etudes pharmacocinétiques de diffusion des antibiotiques chez la souris : diffusion des antibiotiques dans le SNC de la souris après administration systémique d'antibiotiques sous différentes conditions (physiologique, modulation d'expression des transporteurs, co-administration avec des inhibiteurs/inducteurs pharmacologiques des transporteurs par voie systémique et intra-ventriculaire, inflammation). Les différents compartiments du SNC seront étudiés (LCS et cerveau).

3-Mise en place de modèles animaux d'abcès cérébral et étude PK/PD.

4-Développement de méthodes de dosage des antibiotiques par LC-MS/MS dans le plasma, le LCS, le cerveau, et imagerie MSI des cerveaux.

5-Etude de diffusion chez l'humain et études PK/PD (dosages d'antibiotiques plasmatiques et dans le LCS), dans le cadre d'un protocole de recherche clinique.

De manière générale, les méthodes font appel à des approches :
-In vitro : Culture cellulaire, tests de perméabilité endothéliale, biochimie des protéines, études pharmacocinétiques
-In vivo : Dosage de médicament par spectrométrie de masse, imagerie Mass Spectrometry Imaging (MSI), modèles animaux de modulation de la BHE, tests comportementaux
-En clinique : Dosage de médicament par spectrométrie de masse, modèles PK/PD, méthodes statistiques