| Title: |
Optimized therapeutic drug monitoring: the role of machine learning models |
| Authors: |
Sayadi, Hamza; Fromage, Yeleen; Labriffe, Marc; Codde, Cyrielle; Monchaud, Caroline; Marquet, Pierre; Ponthier, Laure; Woillard, Jean-Baptiste |
| Contributors: |
Service de Pharmacologie, toxicologie et pharmacovigilance CHU Limoges; CHU Limoges; Pharmacologie et Transplantation (P&T); CHU Limoges-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-OmégaHealth (ΩHealth); Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM); Fédération Hospitalo-Universitaire « SUrvival oPtimization in ORgan Transplantation » (FHU SUPORT); Centre d'Investigation Clinique Rennes (CIC); Université de Rennes (UR)-Centre Hospitalier Universitaire de Rennes CHU Rennes = Rennes University Hospital Pontchaillou -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Rennes (UR)-Centre Hospitalier Universitaire de Rennes CHU Rennes = Rennes University Hospital Pontchaillou -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de recherche en santé, environnement et travail (Irset); Université d'Angers (UA)-Université de Rennes (UR)-École des Hautes Études en Santé Publique (EHESP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes (Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique)-Université d'Angers (UA)-École des Hautes Études en Santé Publique (EHESP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Structure Fédérative de Recherche en Biologie et Santé de Rennes (Biosit : Biologie - Santé - Innovation Technologique)-Centre Hospitalier Regional d'Orléans (CHRO)-Centre Hospitalier Universitaire de Nantes = Nantes University Hospital (CHU Nantes)-Lymphocytes B, Autoimmunité et Immunothérapies (LBAI); Université de Brest (UBO EPE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-LabEX IGO Immunothérapie Grand Ouest; Nantes Université (Nantes Univ)-Nantes Université (Nantes Univ)-Institut Brestois Santé Agro Matière (IBSAM); Université de Brest (UBO EPE)-Université de Brest (UBO EPE)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-LabEX IGO Immunothérapie Grand Ouest; Université de Brest (UBO EPE)-Centre Hospitalier Le Mans (CH Le Mans)-Service de néphrologie et immunologie clinique CHRU Tours; Centre Hospitalier Régional Universitaire de Tours (CHRU Tours)-Centre Hospitalier Régional Universitaire de Tours (CHRU Tours)-Pharmacologie et Transplantation (P&T); Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-CHU Limoges-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-OmégaHealth (ΩHealth); Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Anti-infectieux : supports moléculaires des résistances et innovations thérapeutiques (RESINFIT); Université de Limoges (UNILIM)-Université de Limoges (UNILIM)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Ischémie reperfusion, métabolisme et inflammation stérile en transplantation U 1313 (IRMETIST Poitiers ); Université de Poitiers = University of Poitiers (UP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université de Poitiers = University of Poitiers (UP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM); Service des Maladies infectieuses et tropicales CHU Limoges; Ciblage individuel et prévention des risques de traitements immunosupresseurs et de la transplantation (IPPRITT); CHU Limoges-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut Génomique, Environnement, Immunité, Santé, Thérapeutique (GEIST); ANR-22-PESN-0017, National Research Agency; ANR-22-PESN-0017,DIGPHAT,Multi-scale and longitudinal data modeling in pharmacology: toward digital pharmacological twins(2022) |
| Source: |
ISSN: 1751-2433. |
| Publisher Information: |
CCSD; Informa Plc |
| Publication Year: |
2026 |
| Collection: |
Université de Poitiers: Publications de nos chercheurs.ses (HAL) |
| Subject Terms: |
Digital Twin; Monte Carlo simulation; Hybrid Models; Population Pharmacokinetics; Therapeutic Drug Monitoring (TDM); Model Informed Precision Dosing (MIPD); Artificial Intelligence; Machine Learning; Machine Learning Therapeutic Drug Monitoring (TDM); Artificial Intelligence Population Pharmacokinetics Hybrid Models Monte Carlo simulation Digital Twin; [SDV.SP.PHARMA]Life Sciences [q-bio]/Pharmaceutical sciences/Pharmacology |
| Description: |
International audience ; Introduction - Traditional therapeutic drug monitoring (TDM) faces limitations in accuracy and adaptability, often failing to optimize therapy for complex patients. Machine learning (ML) is emerging as a powerful tool to overcome these challenges, offering a data-driven paradigm to enhance therapeutic outcomes and minimize toxicity for drugs with narrow therapeutic indices. Areas covered - This review synthesizes the evolution of ML in TDM. We cover foundational models that predict drug exposure from sparse data using either real-world or simulation-based training. We then explore the extension of these techniques to proactive first-dose optimization and the recent development of hybrid models, which integrate the physiological interpretability of population pharmacokinetic frameworks with the corrective power of ML. Expert opinion - The future of TDM lies not in replacing mechanistic models, but in their convergence with ML. While promising, clinical translation requires overcoming critical barriers in data access, model interpretability, and workflow integration. The long-term trajectory points toward dynamic Digital Twins capable of forecasting patient-specific benefit-risk profiles. Ultimately, validated hybrid tools embedded in clinical decision support systems could establish proactive, individualized dosing as the new standard of care in personalized pharmacotherapy. |
| Document Type: |
article in journal/newspaper |
| Language: |
English |
| Relation: |
info:eu-repo/semantics/altIdentifier/pmid/41460893; PUBMED: 41460893 |
| DOI: |
10.1080/17512433.2025.2611431 |
| Availability: |
https://unilim.hal.science/hal-05438276; https://unilim.hal.science/hal-05438276v1/document; https://unilim.hal.science/hal-05438276v1/file/clean_revision_Optimized%20therapeutic%20drug%20monitoring_the%20role%20of%20machine%20learning%20model_final.pdf; https://doi.org/10.1080/17512433.2025.2611431 |
| Rights: |
https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ ; info:eu-repo/semantics/OpenAccess |
| Accession Number: |
edsbas.BFD14682 |
| Database: |
BASE |