Le biotraitement, comme dans la fabrication de substances chimiques utilisant des cellules vivantes ou des enzymes comme catalyseurs hautement efficaces, est depuis longtemps devenu une pratique courante dans la production pharmaceutique. À l'échelle industrielle, cette approche économe en énergie et respectueuse de l'environnement est désormais utilisée dans la production de produits pharmaceutiques, d'aliments, d'arômes, de cosmétiques, de carburants et de produits chimiques spécialisés dans un bioréacteur. Le traitement en aval implique l'élimination des impuretés, la réduction du volume en vrac et la concentration du produit du bioréacteur. Le traitement en amont concerne le développement d'un organisme hôte pour produire un bioproduit. De nouvelles technologies de bioprocédés émergent basées sur la culture de cellules de mammifères, d'insectes, de levures, de bactéries et même de plantes. Les biocarburants, les produits chimiques biosourcés et les polymères progressivement commercialisés ont le potentiel de devenir de véritables changeurs de jeu dans la « révolution industrielle verte » 

Avec le biotraitement dans des bioréacteurs à usage unique (S.U.B.) et le traitement en aval reposant de plus en plus sur des composants à usage unique, des dispositifs de détection intelligemment réglés sont essentiels non seulement pour un fonctionnement rentable, mais aussi pour garantir une production sans faille et sans contamination. Et c'est précisément dans le biotraitement que les capteurs environnementaux et biologiques aident à activer cette nouvelle fonctionnalité biologique. 

Culture cellulaire in vitro

Lab grown meat

Viande cultivée en laboratoire

Ces dernières années, des efforts considérables ont été déployés pour cultiver de la viande non pas de bétail, mais de cellules (souches) uniques d'animaux. Cette branche de l'agriculture cellulaire révolutionnera l'industrie alimentaire en rendant la production de viande moins gourmande en ressources et plus respectueuse des animaux. Le processus de culture cellulaire in vitro contribuera à rendre l'approvisionnement alimentaire humain plus durable en offrant une alternative à l'élevage de masse. 

La technologie de production de viande de culture cellulaire impose des exigences élevées en matière de contrôle des processus de culture cellulaire dans les phases de prolifération et de différenciation. On cultive principalement des myosatellites, des cellules souches, qui sont responsables de la régénération musculaire après une blessure. Pour la différenciation et la culture cellulaires, une surveillance étroite du glucose conduit à un rendement plus élevé et à des cycles de production plus rapides. La surveillance du facteur métabolique crucial, le lactate, apporte des avantages supplémentaires, en particulier pendant la phase de croissance exponentielle. Les facteurs de croissance et les hormones coûteux étant à la base des voies du processus de culture, la réutilisation et la surveillance multiparamétrique du glucose, du lactate et des acides aminés comme la glutamine sont nécessaires. 

Biosensor LV5 packaged

Biocapteurs pour la surveillance du glucose

Le portefeuille de biocapteurs d'IST AG peut être utilisé dans des bioréacteurs uniques à petite échelle, en utilisant sa capacité unique de surveillance continue pour le glucose, le lactate ainsi que la glutamine et le glutamate. La petite taille et le faible coût de notre capteur B.LV5 et de notre transmetteur SIX permettent une surveillance parallèle de plusieurs cultures sans avoir à acheter des appareils de bureau très coûteux. Avec notre système de mesure, la surveillance continue des milieux et les bioréacteurs contrôlés par rétroaction contribuent à des cycles de développement rapides dans l'agriculture cellulaire. L'enregistrement de données multiparamétriques à haute résolution temporelle donne des informations précieuses pour l'optimisation de la viande cultivée sur cellules pour les chercheurs ainsi que pour la production. 

Biotraitement en amont

Metabolic monitoring

Surveillance métabolique instantanée

Pour améliorer la qualité et la productivité dans la fabrication, l'industrie s'oriente vers une utilisation croissante des systèmes de bioréacteurs avec une surveillance intégrée en temps réel et des analyses avancées qui peuvent permettre l'automatisation, stimuler les performances et améliorer un contrôle qualité riche en données. De multiples options émergent pour les capteurs et les technologies qui surveillent les variables importantes de la culture cellulaire ou les paramètres de processus critiques. 

Que ce soit dans la production cGMP ou lors de la caractérisation du processus en laboratoire, l'évaluation en temps réel des teneurs en nutriments et en métabolites dans le milieu de culture présente des informations inestimables sur l'état du processus. En effet, ils peuvent être directement corrélés à l'activité métabolique des cellules et indirectement à la production des biomolécules fabriquées. La surveillance métabolique instantanée peut faciliter la prise d'empreintes digitales du processus ou servir de base au contrôle de rétroaction en temps réel. 

Biosensor LV5

Surveillance des concentrations de glucose, lactate, glutamine, glutamate

Les biocapteurs IST AG permettent une analyse continue des concentrations de glucose et de lactate, ainsi que de glutamate et de glutamine. Intégré dans des analyseurs de processus en ligne avec échantillonnage automatisé, un réseau de biocapteurs microfluidiques peut fonctionner sans préparation d'échantillon et extraire en quelques secondes des données de processus précieuses à partir de microlitres de milieu de culture.    

Adaptées à la livraison facile d'échantillons et aux systèmes d'étalonnage automatiques, les micropompes péristaltiques compactes complètent les biocapteurs de métabolites et, associées à un transmetteur OEM prêt à l'emploi, forment les éléments de base d'un système de mesure adaptatif. 

Glucose monitoring

Biotraitement cellulaire

Ces dernières années ont vu d'énormes progrès dans les thérapies cellulaires, y compris les produits de réparation du cartilage ; la peau issue de l'ingénierie tissulaire ; l'impression d'organes ; et l'immunothérapie cellulaire personnalisée contre le cancer. Pourtant, la culture commerciale de cellules souches autologues spécifiques au patient s'est avérée une entreprise technologique difficile, également en raison de la grande variabilité des processus. Au lieu d'une caractérisation expérimentale des processus et d'une mise à l'échelle prudente, le contrôle continu des processus de réduction des risques a été identifié comme une condition préalable à l'adoption et à la commercialisation de la production de thérapie cellulaire. 

biosensor

Mesure continue ou sur place

Les mesures et le contrôle en cours de fabrication des produits pharmaceutiques à base de cellules vivantes présentent plusieurs défis uniques, notamment la surveillance et le contrôle des cellules, l'échantillonnage et le dosage. La culture parallèle dans plusieurs bioréacteurs cellulaires de petit volume nécessite un haut niveau d'automatisation, à commencer par la configuration du bioréacteur, l'échange de gaz pour l'aération et le contrôle du pH pour déstresser les stratégies d'alimentation basées sur une surveillance métabolique continue.    

De nouveaux biocapteurs innovants d'IST AG qui mesurent les concentrations de glucose, de lactate, de glutamine et de glutamate (en continu ou sur place) et des actionneurs péristaltiques de Jobst Technologies adaptés aux liquides (y compris la culture cellulaire) ou au gaz jusqu'à 2 bars en utilisant une surveillance à distance, avec une faible dérive et un risque minimal d'encrassement biologique, sont désormais utilisées pour amener les thérapies cellulaires à la réussite commerciale 

Biotraitement en aval

 

Le traitement en aval est utilisé pour le contrôle des impuretés liées aux processus et aux produits dans la biofabrication afin de séparer et de purifier efficacement les analyses de biomolécules pour mesurer les impuretés liées aux processus, telles que les protéines des cellules hôtes et les acides nucléiques, qui repoussent les limites de la technologie de mesure actuelle. Les stratégies d'automatisation modernes ciblant l'optimisation du temps de traitement et de manipulation, la consommation d'énergie et le niveau de purification reposent fortement sur une surveillance continue fiable. 

Une surveillance et une mesure précises des impuretés liées au produit, y compris les espèces à poids moléculaire élevé et à poids moléculaire inférieur, sont essentielles pour la sécurité des produits. Les processus de qualité exigent des étapes de processus critiques telles que l'inactivation des virus. 

Les capteurs compacts de conductivité, de température et de débit d'IST AG avec des solutions d'emballage et d'assemblage personnalisées sont utilisés pour les mesures de contrôle de processus et sont facilement intégrés sur place avec un volume mort minimal. Convient aux systèmes à usage unique et compatible avec les procédures variables de stérilisation et de nettoyage en place (NEP). Les matériaux biocompatibles et la compatibilité avec les procédures CIP et de stérilisation les plus courantes simplifient la qualification initiale.