Fermenteur biologique

Le concept des fermenteurs biologiques a considérablement évolué depuis leur création. Les premières conceptions étaient principalement basées sur une fermentation microbienne agitée, où les micro-organismes étaient cultivés dans un réacteur à cuve agitée. Au fil du temps, l'industrie a été témoin de l'avènement de divers types de fermenteurs, notamment des systèmes à mélange par vagues, à cuve agitée et à agitation orbitale. Chacun de ces types s'adresse à différents types de cellules et volumes opérationnels, reflétant la diversité et la complexité de la production biopharmaceutique.

Les fermenteurs à mélange ondulé, par exemple, ont trouvé une application généralisée dans l'expansion des cellules de graines et la culture de cellules de mammifères sensibles au cisaillement. Leur action de mélange douce minimise les dommages cellulaires, favorisant une croissance cellulaire plus saine et des rendements de produits plus élevés. En revanche, les systèmes orbitaux secoués, bien que leur développement soit relativement plus lent, sont principalement utilisés pour la culture de cellules animales et végétales ayant des besoins en oxygène plus faibles. Ces systèmes sont principalement confinés à des applications à l’échelle du laboratoire, servant de plate-forme vitale pour la recherche et le développement précoce.

◆ Chambre de fermentation: C'est le compartiment principal où se déroule le processus biologique. Il est généralement fabriqué en acier inoxydable pour garantir durabilité et stérilité.

◆ Système d'agitation: Pour garantir un mélange et une aération uniformes dans la chambre de fermentation, des agitateurs tels que des roueurs ou des agitateurs sont employés. Ceux-ci aident à maintenir des conditions homogènes tout au long du processus de fermentation.

◆ Système d'aération: La fourniture d'oxygène est cruciale pour les organismes aérobies. Ceci est réalisé par des espaceurs ou des diffuseurs d'air qui introduisent de l'air stérile dans le bouillon de fermentation.

◆ Système de refroidissement: Le contrôle de la température est maintenu à l'aide de vestes ou de bobines remplies d'un liquide de refroidissement. Cela empêche la surchauffe et assure des conditions de croissance optimales.

◆ Système de contrôle du pH: Le pH du bouillon de fermentation est surveillé et ajusté à l'aide d'acides, de bases ou de tampons pour maintenir la plage souhaitée.

◆ Système d'alimentation en nutriments: Un apport contrôlé de nutriments, tels que des sucres, des acides aminés, des vitamines et des minéraux, est assuré pour soutenir la croissance cellulaire et le métabolisme.

La polyvalence des fermenteurs biologiques les rend indispensables à divers stades de la production biopharmaceutique. L'une des applications les plus importantes est la production de protéines recombinantes à l'aide de cultures de cellules de mammifères. Contrairement aux cellules microbiennes, les cellules de mammifères peuvent produire des protéines plus grandes avec des modifications post-traductionnelles complexes, telles que la glycosylation, ce qui les rend idéales pour la production de protéines thérapeutiques qui imitent les protéines humaines.

Les animaux transgéniques, en particulier les chèvres transgéniques et les lapins, sont devenues des modèles prometteurs pour la production de protéines recombinantes. En intégrant les gènes humains dans le génome de l'animal, les chercheurs peuvent exploiter les systèmes de production naturels de l'animal pour générer des protéines thérapeutiques dans leur lait ou d'autres fluides corporels. Cette approche, connue sous le nom de «agriculture moléculaire», offre plusieurs avantages, notamment des coûts de production plus bas, des rendements plus élevés et des profils de sécurité améliorés.

Par exemple, Atryn, un anticorps antithrombine recombinant approuvé par la FDA en 2009, est produit dans le lait des chèvres transgéniques. De même, Ruconest, un inhibiteur recombinant de l'estérase C1 humaine, est purifié à partir du lait de lapins transgéniques. Ces produits démontrent la faisabilité et l'efficacité des réacteurs animaux transgéniques dans la production biopharmaceutique.

◆ avancées dans la technologie de la culture cellulaire: Le développement de nouveaux milieux de culture cellulaire, des stratégies d'alimentation et des systèmes de perfusion a considérablement amélioré la productivité et la qualité des cultures de cellules animales. Ces progrès ont permis la production de titres plus élevés de protéines et de vaccins thérapeutiques, réduisant les coûts et augmentant la disponibilité de ces produits.

◆ Innovations dans la conception du bioréacteur: Les nouvelles conceptions de bioréacteurs, tels que les bioréacteurs à mélange ondulatoire et à agitation orbitale, offrent des propriétés améliorées de mélange et de transfert de masse, permettant la culture de types de cellules sensibles et la production de produits de haute qualité. De plus, l’utilisation de bioréacteurs jetables a réduit les risques de contamination et simplifié les processus de production.

◆ Intégration de l'automatisation des bioprocédés: L'intégration de systèmes d'automatisation et de contrôle dans les bioréacteurs a amélioré la répétabilité des processus, réduit les erreurs de l'opérateur et permis la surveillance et le contrôle en temps réel des paramètres critiques du processus. Cela a entraîné une augmentation de la productivité, une réduction des temps d'arrêt et une amélioration de la qualité des produits.

◆ Impact de la durabilité et de l'environnement: L'industrie de la biotechnologie se concentre de plus en plus sur la réduction de son impact environnemental et l'amélioration de la durabilité. Cela a conduit au développement de nouveaux bioprocédés qui utilisent des ressources renouvelables, minimisent la production de déchets et réduisent la consommation d'énergie. De plus, l’utilisation de bioréacteurs à usage unique a réduit le besoin de nettoyage et de stérilisation, réduisant ainsi davantage l’impact environnemental.