Traitement en amont

Le traitement en amont représente une phase critique de la biofabrication, où des systèmes biologiques tels que des micro-organismes, des cellules de mammifères ou des cellules d’insectes sont cultivés pour produire des protéines thérapeutiques, des vaccins, des enzymes ou d’autres produits d’origine biologique. Cette phase englobe toutes les étapes, de la sélection et de la manipulation génétique de l’organisme producteur à la culture des cellules dans des bioréacteurs sous des conditions environnementales strictement contrôlées.

Sélection des hôtes et optimisation génétique
Le processus commence par la sélection d’un organisme hôte approprié. Cela peut être une souche naturelle, une lignée cellulaire ou un organisme génétiquement modifié conçu pour exprimer le produit désiré avec un rendement et une stabilité élevés. Les hôtes communs incluent Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, les cellules de l’ovaire de hamster chinois (CHO) et Pichia pastoris. La technologie de l’ADN recombinant est fréquemment employée pour introduire des gènes spécifiques dans le génome de l’hôte, souvent sous le contrôle de promoteurs inductibles pour une expression régulée.

Développement des médias et expansion de la culture semence
Après la sélection de l’hôte, les milieux de croissance sont adaptés pour répondre aux besoins nutritionnels des cellules. Des ratios optimisés de sources de carbone (par exemple, glucose), de sources d’azote (par exemple, sels d’ammonium), de vitamines et d’oligo-éléments sont intégrés. La stérilité et le contrôle de la contamination sont essentiels à chaque étape pour garantir une culture pure et productive. Le procédé commence à l’échelle du laboratoire en utilisant des cultures de graines dans des flasques de secouement ou de petits bioréacteurs, puis il est progressivement augmenté à travers une série de bioréacteurs de semences pour développer un inoculum robuste pour les bioréacteurs à l’échelle de la production.

3. Fonctionnement du bioréacteur et contrôle des procédés
Dans les bioréacteurs à grande échelle, les paramètres environnementaux tels que le pH, la température, l’oxygène dissous (DO) et l’agitation sont rigoureusement surveillés et contrôlés. Des systèmes automatisés équipés de capteurs permettent des ajustements en temps réel pour maintenir des conditions de croissance optimales. Pour les systèmes recombinants, des inducteurs tels que l’isopropyle β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG), un inducteur synthétique de l’opéron lac, ou des répresseurs peuvent être administrés pour réguler l’expression génique à des phases de croissance spécifiques. Ces mesures permettent d’atteindre une densité cellulaire élevée et une qualité de produit constante. Les modes de bioprocédé — batch, feed-batch ou continus — sont sélectionnés en fonction des caractéristiques du produit et des objectifs de production.

Une fois la biomasse ou la concentration de produit désirée atteinte, la culture est soumise à un traitement en aval, où le produit est extrait et purifié pour la formulation finale et l’utilisation.