Publié le 9 février 2024 16:35:00. Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont mis au point une nouvelle méthode de surveillance des processus de biofabrication, qui pourrait réduire les coûts, améliorer l’efficacité et minimiser l’impact environnemental de la production de médicaments essentiels.
- Une nouvelle technologie de capteurs laser permet de suivre en temps réel les fermentations.
- Cette innovation vise à réduire les pertes liées aux échecs de production à grande échelle.
- La biofabrication, alternative plus propre à la chimie traditionnelle, pourrait devenir plus accessible.
Dans les laboratoires de l’Université d’État de Caroline du Nord, des cuves métalliques imposantes bourdonnent d’activité, abritant des micro-organismes en pleine croissance dans un environnement rigoureusement contrôlé. Ce processus, qui rappelle de loin la fabrication de la bière, est pourtant destiné à produire des médicaments vitaux tels que l’insuline, des traitements anticancéreux injectables et, plus récemment, les médicaments GLP-1 utilisés dans la lutte contre le diabète.
Les chercheurs estiment que leur nouvelle approche pourrait transformer la biofabrication, en la rendant plus économique, plus performante et plus respectueuse de l’environnement. Kurt Selle, directeur des opérations au Biomanufacturing Training and Education Center (BTEC) de NC State, explique :
« À grande échelle, la biofabrication est très gourmande en matériaux et en énergie. Plus vous devez réaliser d’expériences, plus vous utilisez d’eau, d’énergie et de matières premières. »
Kurt Selle, directeur des opérations au BTEC de NC State
Le principal défi réside dans la « mise à l’échelle ». La production de médicaments modernes repose de plus en plus sur des cellules vivantes plutôt que sur des réactions chimiques classiques. Les scientifiques commencent souvent par de petits volumes, parfois quelques millilitres dans des tubes à essai, avant de passer à des cuves pouvant contenir des milliers de litres. C’est lors de cette transition que les problèmes surviennent le plus souvent.
Selon Ryan Barton, responsable de l’automatisation des bioprocédés chez BTEC,
« Une recette qui fonctionne à petite échelle ne fonctionne pas toujours de la même manière lorsque vous essayez de la préparer en grandes quantités. »
Ryan Barton, responsable de l’automatisation des bioprocédés chez BTEC
Un échec à ce stade peut entraîner la perte de tout un lot de production, ainsi que des ressources considérables.
Les conséquences financières peuvent être importantes.
« Lorsqu’un lot échoue, des millions de dollars sont perdus. Vous avez consommé d’énormes quantités d’eau, d’électricité et de chauffage, et vous devez ensuite tout nettoyer et stériliser et recommencer. »
Ryan Barton, responsable de l’automatisation des bioprocédés chez BTEC
La région du Triangle, en Caroline du Nord, est un pôle majeur de l’industrie pharmaceutique et biotechnologique américaine. Les chercheurs soulignent que même une légère amélioration de l’efficacité pourrait avoir un impact significatif sur une industrie qui soutient des dizaines de milliers d’emplois dans l’État.
L’équipe de NC State a récemment achevé un projet financé par BioMADE, un partenariat public-privé dédié au développement de la biofabrication aux États-Unis. Ce financement a permis l’installation d’un nouveau système de surveillance basé sur un capteur laser, capable d’analyser en temps réel les processus de fermentation.
« Cela nous donne essentiellement un aperçu du processus. Nous pouvons suivre l’évolution de la fermentation et intervenir plus tôt si quelque chose commence à mal se passer. »
Kurt Selle, directeur des opérations au BTEC de NC State
Cette connaissance précoce permet aux chercheurs de tester et d’optimiser les processus à des échelles réduites, en prédisant leurs performances futures sans avoir à réaliser des expériences coûteuses et à grande échelle.
En réduisant le nombre d’essais et d’erreurs, les fabricants pourraient considérablement diminuer leurs déchets.
« Si vous pouvez réduire le nombre d’expériences dont vous avez besoin, vous réduisez la quantité d’eau, d’énergie, de produits chimiques et de services publics nécessaires pour effectuer le même travail. »
Kurt Selle, directeur des opérations au BTEC de NC State
Cette efficacité pourrait également se traduire par une baisse des coûts de production, rendant ainsi les médicaments plus accessibles.
« Les matériaux eux-mêmes sont chers et la main-d’œuvre est hautement spécialisée. Si vous pouvez le faire avec moins d’expériences, vous économiserez de l’argent. »
Kurt Selle, directeur des opérations au BTEC de NC State
La biofabrication est également perçue comme une alternative plus propre à la fabrication traditionnelle, fortement dépendante des combustibles fossiles.
« Nous utilisons des cellules pour fabriquer des produits au lieu de les fabriquer directement par des procédés chimiques. Les cellules savent déjà comment construire des molécules très complexes. Nous les guidons simplement pour qu’elles fabriquent ce dont nous avons besoin. »
Ryan Barton, responsable de l’automatisation des bioprocédés chez BTEC
Cette approche est déjà utilisée pour produire de l’insuline, des enzymes et des ingrédients alimentaires comme la levure. Les chercheurs estiment que l’amélioration de l’efficacité pourrait élargir l’accès à ces processus, en particulier dans les régions où l’énergie et les ressources sont limitées.
« Cela ouvre un tout nouveau monde pour la formation et la collaboration. Nous pouvons enseigner aux étudiants et aux professionnels de l’industrie comment appliquer ces méthodes à leurs propres processus. »
Kurt Selle, directeur des opérations au BTEC de NC State
Les chercheurs envisagent également de collaborer avec les entreprises de la biofabrication en Caroline du Nord pour transposer cette technologie du laboratoire à la production industrielle.