Familles de technologies de bioproduction

Cette page décrit les principales technologies de production de biomédicament. Elle propose une définition permettant une segmentation technologique d'un large panel d'innovations. Elle se complète d'une synthèse de la technologie et évoque les indications thérapeutiques bénéficiant de ces technologies.

Définition : Méthodes de purification pour isoler des protéines ou nucléotides à partir de sources biologiques telle que le sang.

Indications : Cette technologie est généralement employée dans des thérapies dites de remplacement. Les patients souffrant d'une insuffisance chronique d'une protéine du fait de pathologie génétiques, ces protéines purifiées leurs sont fournies en remplacement de la synthèse endogène défaillante.

Définition : Méthodes de culture et de purification de microorganismes destinés à un usage thérapeutique ou à produire un composé d’intérêt destiné à un usage thérapeutique.

Indications : Les microorganismes utilisés directement comme substance active sont principalement indiqués dans la restauration de la flore intestinale. Lorsque des composés d'intérêts sont produit à partir de microorganismes en l'absence de modification génétique ils sont principalement des antibiotiques.

Définition : Méthode de culture et de purification de cellules ou tissus humain non modifiées génétiquement destiné à un usage thérapeutique.

Synthèse de la technologie : Malgré une variété de cellules ou tissu employées, la production de ses thérapies partage les mêmes grandes étapes de production. Les cellules ou tissus doivent être prélevées par des méthodes spécifiques à chaque population selon un protocole établit. Les cellules d'intérêts sont ensuite purifiées selon différentes techniques telles que la séparation microfluidique, le marquage et purification ou la chromatographie d'affinité. Enfin une étape de formulation et de remplissage aseptique permettra d'aboutir au biomédicament. 

Indications : L'emploi de cellules non génétiquement modifiées se caractérise généralement entre les cellules souches et les cellules non souches. Elles sont indiqués dans la quasi totalité des aires thérapeutiques.

Définition : Méthodes de production et de purification de protéines, tel que les anticorps, à partir de cellules génétiquement modifiées destinés à un usage thérapeutique.

Synthèse de la technologie : La première étape de production est la constitution de la matière de départ : la banque de cellules. Les cellules d'intérêts sont modifiées génétiquement pour produire la protéine recombinante d'intérêt. Ces cellules sont ensuite mise en culture dans des bioréacteurs. Les protéines seront d'abord récoltées par centrifugation ou par filtration. Une purification sera réalisée par une combinaison de différents types de chromatographie (d'affinité, d'échange d'ion ou d'exclusion de taille). Puis une étape d'inactivation et d'élimination virale sera menée, lorsqu'un risque potentiel de la lignée cellulaire est identifié. Enfin une étape de diafiltration permettra l'échange du tampon de production par celui de formulation. Le lot de substance active pourra alors être filtré et rempli aseptiquement pour constituer le biomédicament. De plus amples informations sont disponibles dans  une étude dédiée (lien).

Indications : Cette technologie de production est très répandue est abonde une variété de biomédicaments comme des anticorps, des vaccins ou des facteurs de coagulation aussi est-elle employée dans l'ensemble des aires thérapeutiques.  Concernant les anticorps, ceux-ci sont particulièrement employés dans le traitement des cancers et des maladies auto-immunes bien qu'adressant la majorité des aires thérapeutiques.

Définition : Méthodes de production et de purification de nucléotides, tel que l’ARN, à partir de cellules génétiquement modifiées destinés à un usage thérapeutique.

Synthèse de la technologie : Cette section ne décrit pas les voies de synthèses chimiques permettant de produire des nucléotides. La synthèse biologique de nucléotide se base sur la synthèse de plasmides qui sont des ADN circulaires de petites tailles présent dans les bactéries. Une banque de cellules bactériennes est constitué par l'incorporation des plasmides dans la lignée. Les étapes de productions successives sont similaires à celles décrites dans la purification. Concernant la production d'ARN par voie de synthèse biologique, celle-ci s'effectue à partir du plasmide précédemment décrit.  Le plasmide étant circulaire, il sera linéarisé par une enzyme. Le plasmide linéarisé subira une étape de transcription in vitro pour devenir de l'ARN sera ensuite coiffé (cap) par l'emploi d'enzymes. Une digestion des plasmides résiduels sera effectuée par une enzyme dédiée. L'ARN étant synthétisé celui-ci est alors purifié par des méthodes chromatographiques et de filtration tangentielle. Enfin l'ARN est généralement encapsulé dans des nanoparticules lors de la formulation, filtré et rempli aseptiquement pour constituer le biomédicament.

Indications : Les plasmides sont des matières de départs utilisés à la base de toute modification génétique et concernent indirectement l'ensemble des aires thérapeutiques, ils peuvent également être utilisés comme biomédicament notamment dans le cadre de la vaccination. Les ARN ont été popularisés par les vaccins COVID à ARNm, cette technologie est investiguée dans une variété d'application thérapeutique. 

Définition : Méthodes de production et de purification de vecteurs dérivés de virus, à partir de cellules génétiquement modifiées destinés à un usage thérapeutique direct (in-vivo) ou indirect (ex-vivo).

Synthèse de la technologie : Deux grandes méthodes de production peuvent être employées pour les vecteurs viraux : l'emploi de la transfection transitoire ou la génération d'une lignée stable. La production par transfection transitoire implique l'introduction temporaire de l'ADN viral dans les cellules hôtes. Dans cette méthode, des plasmides contenant les gènes d'intérêt, ainsi que les éléments nécessaires à la production virale, sont introduits dans les cellules par des techniques de transfection comme la lipofection. Après la transfection, les cellules produisent les particules virales de manière transitoire pendant quelques jours. La production via des lignées stables, en revanche, repose sur l'intégration permanente de l'ADN viral dans le génome des cellules hôtes. Dans cette approche, des lignées cellulaires sont génétiquement modifiées pour contenir les séquences nécessaires à la production des vecteurs viraux. Ces cellules hôtes, une fois sélectionnées et clonées, produisent de manière continue les particules virales. Indépendamment de la méthode de production, les particules virales produites sont purifiées. Premièrement par une étape de clarification, généralement par centrifugation ou filtration. Ensuite  particules virales sont concentrées et purifiées par chromatographie d'affinité, qui utilise des colonnes spécifiques pour capturer les vecteurs viraux tout en éliminant les contaminants résiduels. Une étape de filtration en flux tangentiels (TFF) est souvent intégrée pour concentrer davantage le produit et éliminer les impuretés solubles de faible poids moléculaire.

Indications : Lorsqu'elle est employée de manière direct (in-vivo) deux principales utilisations sont à noter : une approche vaccinale et une approche de thérapie génique. Dans le domaine de la thérapie génique, ces biomédicaments sont principalement indiquées dans des maladies génétiques rares, les principales aires thérapeutiques étant la neurologie et l'ophtalmologie. 

Définition : Méthodes de culture, de modification génétique et de purification de cellules humaines destinés à un usage thérapeutique.

Synthèse de la technologie : Les cellules peuvent provenir du patient, on parlera de thérapie autologue, ou d'un donneur sain, on parlera de thérapie allogénique. Différentes populations peuvent être modifiées génétiquement et leurs conditions de cultures sont spécifiques à chacune. L'étape de modification génétique peut faire appel à différente technologie dont les principales sont l'emploi de vecteurs viraux ou de ciseaux moléculaires. Ces cellules seront enfin purifiées par des méthodes similaires à celles décrites dans la partie relative aux thérapies cellulaires. 

Indication : Les thérapies cellulaires génétiquement modifiées sont indiqués dans deux grandes familles de pathologies, en oncologie (ex: CAR-T cells) et dans les maladies génétiques rares (ex : Cellules Souches Humaines génétiquement modifiées).