L'objectif principal du développement précoce d'un médicament est de sélectionner les composés les plus prometteurs et de déterminer des doses et des schémas posologiques sûrs et efficaces. Pour ce faire, il est nécessaire de procéder à une analyse des propriétés pharmacocinétiques (PK) et pharmacodynamiques (PD) de votre nouveau composé.  Des études PK et PD bien conçues, menées dès les premières étapes de votre parcours de développement de médicaments, vous aident non seulement à sélectionner les composés, mais ouvrent également la voie à une stratégie de développement clinique efficace. Dans cet article de blog, nous expliquons comment l’utilisation de données issues de la souris pour établir des relations PK/PD, associée à l’expertise d’InnoSer en tant que CRO européenne de premier plan dans le domaine du développement préclinique de médicaments, peut vous aider à surmonter les obstacles liés au développement de médicaments.  

What Is the Difference Between PK and PD?  

The goal of PK and PD compound screening is to evaluate the relationship between the concentration of a drug in the body (PK), and the drug’s biological effects (PD). While PK study data provide you information about your drug’s absorption, distribution, metabolism and excretion (ADME) dynamics, PD study data provide you with information relating to drug-receptor binding, cellular activity, intracellular mechanisms and structure-activity relationships of the drug itself. Moreover, PD markers are usually very specific to the mechanism of action of the drug, and the measured PD response is usually a direct measure of the target modulation.  

Des propriétés ADME médiocres peuvent compromettre un médicament par ailleurs prometteur. Afin d’établir une relation fiable entre la concentration du médicament (PK) et son effet (PD), les experts d’InnoSer recommandent la conception et la mise en œuvre de protocoles d’étude rigoureux permettant d’obtenir un profil pharmacologique complet de votre composé. Des études toxicocinétiques (TK) peuvent également être menées afin de mettre en corrélation les éventuels résultats de toxicité avec le niveau d’exposition correspondant au médicament ; elles peuvent contribuer à réduire le nombre d’animaux de laboratoire utilisés, conformément aux principes des « 3R » (remplacement, réduction et raffinement).  

Using Mouse Data to Establish PK/PD Relationships 

Using mouse data to establish PK/PD relationships provides critical insights that help bridge the gap between the preclinical and clinical phases. Additionally, at InnoSer PK/PD screening studies can also be performed in rats, offering complementary data for a more comprehensive understanding. PK/PD studies can be performed in wildtype of transgenic rodents and disease models to give you clear insight before engaging efficacy studies. Such studies can provide you with a wealth of information, such as:  

• Inform you whether further drug re-formulations and/or optimizations are necessary 

• Whether you should prioritise the drug with most favourable PK/PD profile to move to preclinical testing 

Using mouse data to establish PK/PD relationships, the different data types that you can typically obtain from PK/PD analyses include:  

• Dose-response relationship data 

• Maximum effect (Emax)  

• Potency (EC50)  

• Maximum drug concentration (Cmax)  

• Time to maximum concentration (Tmax)  

• t1/2 elimination (terminal elimination half-life)  

• Total drug exposure via area under the curve (AUC)   

• Data on receptor binding, biochemical effects, and clinical outcomes for pharmacodynamics  

• Therapeutic window (range between the minimum effective concentration and the maximum safe concentration)  

Partnering with InnoSer ensures that you receive high-quality PK/PD services to make informed decisions in your drug development process. Our expert team provides tailored study designs, advanced analytical support, and comprehensive data interpretation to help you confidently move your compound toward clinical success. 

Dosing Routes and Techniques for Rodent PK Screening Studies 

The selection of appropriate dosing routes is a critical factor in PK studies, as it influences drug absorption, biodistribution, and overall efficacy. Common administration routes at InnoSer include: 

• Par voie intraveineuse (IV) : Permet une diffusion immédiate dans la circulation systémique et est couramment utilisé pour les études de biodisponibilité et de clairance. 

• Intramusculaire (IM) : Permet une libération prolongée et une administration localisée du médicament. 

• Sous-cutané (SC) : Offre une voie d'administration moins invasive avec des taux d'absorption plus lents ; couramment utilisée pour les produits biologiques. 

• Voie orale (PO) : Imite la prise de médicaments chez l'homme, mais est influencée par le métabolisme de premier passage. 

• Intratécale (IT) et intracérébroventriculaire (ICV) : Permettent l'administration directe de traitements neurologiques au système nerveux central. 

• Intrapéritonéal (IP) : Fréquemment utilisé dans les modèles murins pour l'administration systémique de médicaments lorsque l'accès intraveineux est difficile. 

• Administration intraspinale : Administrer des composés directement dans les régions de la moelle épinière. 

• Administration intracérébrale dans différentes régions du cerveau : en fonction de la région cérébrale ciblée, InnoSer peut réaliser des injections stéréotaxiques afin d'administrer localement des composés.  

• Canulation chronique dans la cisterna magna (ICM) : InnoSer propose des études de canulation chronique dans la citerne magna chez le rat. 

Using Mouse Data To Establish PK/PD Relationships in Specialized PK/PD Studies 

PK/PD studies are not one-size-fits-all; specialized approaches are required depending on the drug modality. InnoSer provides tailored PK/PD study designs that address the unique characteristics of various drug classes, including small molecules, biologics, and gene therapies. 

In vivo PK/PD Studies For Gene Therapy Approaches  

Gene therapies introduce unique PK and PD challenges due to their long-lasting effects and complex delivery mechanisms. Unlike small molecules or biologics, gene therapies often require precise vector optimization, biodistribution assessment, and prolonged PK monitoring (1). Some of the key challenges and considerations for PK/PD studies in gene therapy include: 

• Administration par vecteur et biodistribution : Il est essentiel de comprendre comment les vecteurs viraux et non viraux se répartissent dans les tissus pour garantir leur efficacité et leur innocuité. 

• Voie d'administration : l’ajustement précis des stratégies d’administration est essentiel pour exploiter pleinement le potentiel des thérapies géniques. Des aspects tels que l’applicabilité clinique (c’est-à-dire les procédures d’administration invasives ou par voie intraveineuse), le coût et l’échelle de production (plus élevés en cas d’administration par voie intraveineuse), les effets hors cible potentiels et les risques immunitaires en cas d’exposition systémique plus importante doivent être évalués lors des phases de recherche préclinique.  

• Cinétique d'expression : Les effets de la thérapie génique peuvent mettre plusieurs jours, voire plusieurs semaines, à se manifester, ce qui nécessite une surveillance pharmacocinétique et pharmacodynamique prolongée. 

Readouts and Approaches for Gene Therapy PK Screening Studies 

Chez InnoSer, nous sommes spécialisés dans l’optimisation des thérapies géniques adaptées à votre modalité thérapeutique (par exemple, les thérapies à base d’ARN, les ASO, CRISPR-Cas9), systèmes d’administration (par exemple, vecteurs AAV, vecteurs lentiviraux ou adéno-associés, nanoparticules non virales telles que les LNP), voies d’administration (intraveineuse, intracérébrale, intrathécale), ainsi qu’une expérience dans les dispositifs médicaux visant à améliorer la pénétration de la barrière hémato-encéphalique et l’administration ciblée. Les principaux paramètres et approches proposés par InnoSer pour le criblage pharmacocinétique en thérapie génique comprennent :  

Optimization of administration routes and dosages 

• Comparing different administration routes (e.g., IV versus ICV administration). 

• Direct organ delivery strategies evaluation (such as kidney, relevant for genetic diseases such as ADPKD – read more here).  

• Testing single versus repeated dosing schedules. 

• Testing prophylactic and/or treatment strategies efficacy. 

Biodistribution Analysis 

• In vivo imaging (bioluminescence/fluorescence) to assess real-time gene expression and distribution. 

• Detect vector DNA in target and off-target tissues. 

Transgene Expression and Protein Production 

• RT-qPCR/ddPCR to measure transgene mRNA levels. 

• Western Blot/ELISA to quantify transgene-encoded protein levels. 

• Immunohistochemistry (IHC) to localize transgene expression. 

Functional Readouts 

• Phenotypic assessments to evaluate therapeutic effects on disease models. 

Immunology readouts 

• Local inflammatory reactions (e.g., via IHC), immunogenicity (flow cytometry immune cell profiling), inflammatory cytokine MSD/ELISA panels to study adaptive and innate immunity 

Dans le cadre d'une expérience représentative, InnoSer a évalué l' efficacité de l'édition génétique par CRISPR/Cas9 chez des souris Ai9 (figure 1). 

FIGURE 1. Efficacité de l'édition génétique Exemple d'expérience d'optimisation . L'efficacité de l'édition génétique par CRISPR/Cas9 peut être évaluée à l'aide de souches telles que Ai9. La souche Ai9 permet de quantifier le signal fluorescent dans le tissu musculaire ciblé après injection intramusculaire de iTOP® CRISPR/Cas9 visant à supprimer le codon STOP (A), qui empêche normalement l’expression de tdTomato. À la suite de la recombinaison induite par CRISPR/Cas9 (B), le muscle squelettique de la souche Ai9 transcrit le gène gène tdTomato . L’image représentative (C) souligne l’efficacité de l’édition génétique par CRISPR/Cas9 à la suite d’études d’optimisation. Une analyse complémentaire de l’expression génique et protéique, associée à un suivi longitudinal par imagerie luminescente in vivo, fournit des informations très pertinentes sur la biodistribution et l’efficacité de l’édition génétique. 

In Vivo PK/PD Studies for Therapeutic Antibodies 

Historically, PK/PD modelling has been applied in the development of small molecule drugs; however, modelling has more recently been successfully applied to characterize the efficacy and disposition of biotherapeutic drugs such as monoclonal antibodies, bispecific antibodies or antibody-drug conjugates (ADCs). The PK and PD of large molecules differ in several aspects from those of small molecules. 

Les anticorps thérapeutiques présentent souvent une grande spécificité vis-à-vis des cibles humaines. Par conséquent, les anticorps conçus pour reconnaître des protéines humaines peuvent ne pas interagir avec leurs homologues chez la souris ou le rat, voire parfois avec celles de primates non humains. Pour relever ces défis, il est nécessaire de mener des études de pharmacocinétique (PK) et de pharmacodynamique (PD) sur des modèles murins humanisés avancés. InnoSer possède une vaste expérience dans la conduite d’études pour le compte de promoteurs sur des modèles murins spécialisés qui présentent des caractéristiques humaines ou similaires à celles de l’humain dans différents aspects de leur biologie adaptés à ces fins.  

Using Advanced Humanized Mouse Models for PK Studies 

Most therapeutic mAbs are immunoglobulin G (IgG) subclasses, IgG1 and IgG2. The neonatal Fc receptor (FCRN; also known as FCGRT) plays a central role in IgG clearance by protecting antibodies from degradation, thus largely influencing and prolonging their PK profile. However, due to species differences in antibody binding to the FCRN, PK studies in wild-type (WT) mice do not generate a reliable PK profile.  

Therefore, humanized mouse models with human FcRN receptors are pivotal for accurately predicting the PK profile of therapeutic antibodies. As these mice express the human FcRn receptor instead of the mouse version, you can easily and more predictively:  

• Évaluation de la clairance des anticorps : Les souris exprimant la FcRn humaine permettent de mieux comprendre la demi-vie et la clairance des anticorps chez l'homme. 

• Améliorer la transposabilité : Ces modèles améliorent la capacité prédictive des évaluations pharmacocinétiques précliniques. 

Transgenic humanized mouse models serve as a robust platform for selecting promising leads and predicting clinical PK parameters of therapeutic antibody candidates. InnoSer offers PK studies in humanized target-specific mouse models (such as FcRN, hTNFR2 mice etc.,)or humanized immune system mice. Reach out to our expert pharmacology study directors who will advise you on the most suitable rodent model for your PK rodent screening studies.  

Partnering Up with a Preclinical CRO for PK/PD Screening Studies  

Collaborating with a Contract Research Organization (CRO) offers several key advantages for conducting PK/PD analyses. Partnering with a CRO gives you access to a wealth of expertise and resources that can significantly enhance the quality and efficiency of your studies.  

By delegating the execution of preclinical studies to a trusted partner, your organization can concentrate on strategic decision-making and advancing drug candidates to the next phase of development. By leveraging the resources of an external organization, you can reduce the need for in-house capabilities and accelerate project timelines. 

What Sets InnoSer Apart for PK/PD Services? 

As a European preclinical drug development CRO, InnoSer offers comprehensive support for your PK/PD studies, including:  

• Solutions sur mesure: Chez InnoSer, nous pouvons prendre en charge aussi bien des études PK/PD à faible volume (ponctuelles) que des études à grand volume (récurrentes). Nous nous chargeons de la validation des dosages pour vos médicaments expérimentaux. Pour les études à grand volume, nous travaillons avec des délais d’exécution fixes (TAT) et disposons d’animaux en réserve afin de vous permettre de démarrer rapidement vos études, ce qui facilite la réalisation d’études de criblage PK à grande échelle sur des rongeurs. 

• Élevage et entretien des colonies : InnoSer héberge et/ou élève régulièrement des modèles spécifiques de souris humanisées dans le cadre de son portefeuille de services PK/PD, ce qui vous permet de bénéficier de délais de démarrage d’étude plus courts. 

• Intégration des études de criblage PK/PD et des études d'efficacité : En confiant vos études de criblage PK/PD à InnoSer, vous pouvez passer efficacement aux études d'efficacité sans retard dans le déroulement de vos projets.  

• Expertise : Les directeurs d’études en pharmacologie d’InnoSer, experts en la matière, prennent en compte le mécanisme d’action (MoA) de votre composé et discutent en détail avec vous de la conception d’étude la plus appropriée, des schémas de prélèvement, du sexe, de la souche et des voies d’administration.  

• Communication : Avec InnoSer, vous gardez le contrôle de vos propres projets, car les résultats des études et/ou toute découverte inattendue vous sont toujours communiqués. Les données brutes sont partagées via des plateformes sécurisées de partage de données afin de vous tenir rapidement informé de l'avancement des études. 

• Expérience dans le travail avec différentes matrices et différents composés : InnoSer possède une expérience dans le traitement de différentes matrices biologiques, notamment le sérum, le plasma, l'urine, la salive et le LCR. Les composés étudiés comprennent des petites molécules et des macromolécules de grande taille (par exemple, des anticorps).   

• Modèles murins : InnoSer peut travailler avec des modèles PK génétiquement modifiés, particulièrement pertinents pour l'évaluation pharmacocinétique des traitements par anticorps (par exemple, en utilisant des souris humanisées FcRN pour le développement d'anticorps).  

Using Mouse Data to Establish PK/PD Relationships – Conclusion 

PK/PD studies in mice are a cornerstone of preclinical drug development, providing you with crucial data needed to make informed decisions about dosing, efficacy, and safety. With expertise in conducting rodent PK screens, InnoSer is your trusted partner in advancing your therapeutic research. 

Contact us today to learn how we can support your next breakthrough.