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Perfusion à l’échelle du µL : une avancée technologique pour l’intensification des procédés USP !

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Les modèles réduits sont devenus essentiels pour le développement des lignées cellulaires et des milieux, ainsi que pour l'optimisation globale des procédés. Ils offrent la possibilité d'exécuter plusieurs expériences en parallèle, d’obtenir de nombreuses données tout en permettant de réduire considérablement le temps et les coûts par rapport aux expériences à plus grande échelle.

Jusqu’à présent, ces modèles réduits ne permettaient pas de réaliser des cultures à haute densité cellulaire en perfusion continue mais uniquement des échanges de milieux quotidiens avec des options de détection et de contrôle limitées.

Mais cela, c’était avant… !

De nouvelles innovations technologiques permettent aujourd’hui de réaliser de véritables procédés de perfusion, à petite, voire très petite échelle, permettant également de s’inscrire dans une démarche d’intensification.

Voyons comment ces technologies révolutionnent nos procédés et nos étapes de Recherche et Développement.

Qu’est-ce que l’intensification ?

L’intensification des procédés se concentrent autour de 5 notions principales .

      • Augmenter la productivité

Augmentation du titre volumétrique, de la production par cellule, réduction des pertes de matière pour augmenter le rendement par lot sans augmenter l'échelle du bioréacteur.

      • Raccourcir les délais

Raccourcir les étapes de Recherche et Développement, la durée d'un cycle de production afin de mettre un produit sur le marché plus rapidement.

      • Réduire l'empreinte spatiale

Réaliser plus de cultures dans un même espace, réduire l’empreinte d’un procédé, maximiser l'utilisation et la capacité d’un site.

      • Réduire les coûts

Réduire les coûts de développement, de fabrication des produits et par conséquent les coûts pour les systèmes de santé et les patients.

      • Augmenter la flexibilité

Penser des équipements et des installations facilement et rapidement adaptables à de nouveaux procédés, de nouveaux produits.

Comment la perfusion à très petite échelle s’inscrit-elle parfaitement dans une démarche d’intensification des bioprocédés ?

Perfusion à l’échelle du µL, une avancée révolutionnaire

Perfusion et productivité

Les approches de perfusion facilitent les augmentations de productivité en grande partie en permettant des densités de cellules viables beaucoup plus élevées dans le bioréacteur grâce à un cycle constant de renouvellement des milieux de culture.

Les attributs de qualité critiques sont alors améliorés grâce à des temps plus courts des biomolécules générées dans le bioréacteur, des modifications post-traductionnelles réduites, une diminution de l'hétérogénéité dans les biomolécules récoltées ou encore une réduction de la lyse cellulaire.

Les systèmes de micro-cultures tel que le micro-bioréacteur Breez™, permettent de réaliser de véritables cultures en perfusion à un volume total de culture de seulement 2 mL. Il permet d’atteindre des densités cellulaires élevées – supérieures à 250 millions de cellules CHO/ml pendant 30 jours, avec un contrôle intégré du pH, de l'oxygène dissous, de la température et de la densité cellulaire.

Les performances obtenues sont égales voir supérieures à celles obtenues à partir de cultures en bioréacteurs à cuve agitée de plus grands volumes.

Article Erbi

Cela est notamment possible grâce à ses technologies de mélange et de transfert de gaz. Le système Breez™ utilise des membranes en silicone souples pour déplacer la culture à travers la chambre. La diffusion des gaz se fait également au travers de ces membranes, évitant la formation de bulles et de mousse.

Les bioréacteurs traditionnels, en revanche, utilisent des hélices mécaniques pour le mélange et le transfert des gaz se fait par bullage pouvant provoquer des forces de cisaillements pour les cellules et de la mousse.

Perfusion à petite échelle et réduction des coûts

Il existe deux grands domaines pour lesquels la perfusion continue à petite échelle apporte un réel bénéfice : le développement de bioprocédés et la thérapie cellulaire.

Pour ces applications, le coût des milieux peut être conséquent (50 $/L à 1 000 $/L) avec des volumes pouvant atteindre plusieurs centaines de litres par semaine.

En permettant de travailler à petit volume et en consommant moins de 0,5 L de milieu au total, les coûts d'exploitation d’un micro-bioréacteur sont inférieurs à ceux des bioréacteurs de plus grands volumes.

A cela, s’ajoutent également les économies faites sur les dépenses liées aux temps de préparation et de travail mais également à la maintenance.

Perfusion à petite échelle et réduction de l’empreinte spatiale

Traditionnellement, la culture en perfusion utilise des bioréacteurs à cuve agitée équipés de filtres à fibres creuses. Ces systèmes, dont la configuration et l'utilisation peuvent être complexes, nécessitent un espace important, pouvant aller jusqu'à 1m de paillasse pour un seul bioréacteur.

Les nouveaux équipements de perfusion à très petite échelle, permettent d’offrir un système de contrôle complet dans un très faible encombrement et ceci sans en sacrifier les performances et la productivité comme nous l’avons vu précédemment.

Breez gain de place

Il devient alors possible sur 1m de paillasse, d’installer l’équivalent de 12 bioréacteurs entièrement fonctionnels ; le gain de place est considérable !

Cette réduction d'échelle crée de nouvelles opportunités en permettant d'augmenter à la fois la capacité de l'installation et le nombre de cultures réalisées au cours d’une même période.

Perfusion à petite échelle et réduction des délais

La notion de délai est particulièrement importante pour les sociétés biotechnologiques et pharmaceutiques, notamment dans les phases pré-commerciales, car être le premier sur le marché peut avoir des avantages considérables en termes de capture de parts de marché.

Dans un objectif d’intensification, la réduction des délais peut être faite à plusieurs niveaux.

Gain de temps grâce à la perfusion N-1

La mise en place d’une perfusion N-1 est une option attrayante puisqu’elle permet de réduire le temps de production en intensifiant la croissance cellulaire à l'étape précédant le bioréacteur de production.

Cette méthode requière un dispositif de rétention cellulaire robuste pour obtenir un inoculum à haute densité cellulaire, ce à quoi répondent parfaitement les micro-bioréacteurs à perfusion.

Gain de temps grâce aux cultures en parallèle

Les phases de R&D, pendant lesquelles les utilisateurs cherchent à expérimenter plusieurs changements de procédés, peuvent prendre beaucoup de temps.

Les systèmes de multi-bioréacteurs en parallèle permettent d’accélérer le développement et la cartographie du procédé en offrant aux équipes la possibilité de contrôler plusieurs cultures en même temps et développer à l’aide de plans d’expériences.

Un seul système Breez™ peut réaliser jusqu’à 4 cultures en perfusion en parallèle individuellement contrôlés et automatisés. La capacité de débit, en multipliant les systèmes, s’inscrit parfaitement dans une démarche d’intensification.

Gain de temps grâce à une simplicité d’utilisation

Les technologies à usage unique permettent de produire plus en moins de temps en éliminant notamment les étapes de nettoyage entre chaque lot et en simplifiant l’installation et l’utilisation des équipements.

Le système Breez™, entièrement automatisé, permet ainsi d’économiser du temps d'installation et de fonctionnement grâce à ses cassettes de micro-bioréacteurs stérilisées à usage unique et à un système de distribution des fluides intégré. L’étalonnage et la configuration sont automatisés, les temps d’assemblage et de montage/démontage sont minimisés, aucune étape de stérilisation après réception n’est requise. 

Cassette Breez

Cassette Micro-bioréacteur Breez™, livrée stérile et prête à l'emploi, permettant de réaliser des cultures en perfusion de 2 mL

 

Les avancées technologiques ont permis aujourd’hui de développer des systèmes de perfusion à très petite échelle, qui n’ont absolument rien à envier à leurs confrères de plus grands volumes. Ils représentent de véritables plateformes de génération de données, au service des utilisateurs en leur fournissant les informations dont ils ont besoin pour améliorer le développement de leurs procédés et en répondant parfaitement aux exigences de l’intensification.

Alors pourquoi s’en priver ?

 

J'intensifie mes procédés en perfusion  à très petite échelle grâce au système Breez

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