Récolte de cellules : devenir culturel

Peter Rose d'Alfa Laval se penche sur l'un des domaines de croissance de la filtration et de la séparation biopharmaceutiques : la récolte de cellules de mammifères pour produire de nouveaux médicaments. L'article examine les origines de la technologie utilisée dans ce secteur de l'industrie et considère les développements récents.

Nous – les mammifères – sommes composés de cellules. Le reflet qui vous fait face dans un miroir peut paraître assez solide, mais ce que vous voyez en réalité, ce sont environ 10 000 milliards de cellules réparties en environ 200 types différents. Ces groupes cellulaires sont assez spécialisés : les foies sont constitués de cellules hépatiques, les muscles de cellules musculaires spécialisées, etc.

La culture et la récolte de cellules de mammifères en dehors du corps et en laboratoire ou en usine pour produire de nouveaux médicaments constituent l’une des activités les plus passionnantes de l’industrie moderne des sciences de la vie. Pourtant, aussi farfelu que cela puisse paraître, ces énormes progrès de la science médicale remontent à un poulet qui a été disséqué à la fin du 19e siècle ; 1885 pour être précis. C'est alors que Wilhelm Roux réussit à maintenir la plaque médullaire dudit poulet embryonnaire dans une solution saline chaude pendant plusieurs jours et établit ainsi pour la première fois le principe de la culture tissulaire.

Ses travaux ont été poussés plus loin par les scientifiques de la faculté de médecine John Hopkins et de l'université de Yale au cours de la première décennie du 20e siècle. Dans les années 1940 et 1950, des virus cultivés en cultures cellulaires étaient utilisés dans la fabrication de vaccins. Les vaccins contre la polio qui ont finalement éliminé la menace de la maladie ont été cultivés dans des cultures cellulaires de reins de singe.

De nos jours, bien entendu, la production de médicaments basée sur la culture cellulaire est l’un des domaines de la biotechnologie qui connaît la croissance la plus rapide. Son succès rapide doit beaucoup au développement parallèle de technologies pour les trois étapes clés de la croissance des cultures cellulaires : la fermentation, la récolte et la purification.

La récolte s'effectue en séparant la culture cellulaire du milieu de culture et plusieurs techniques sont utilisées pour réaliser cette opération délicate ; centrifugation, microfiltration, filtration en profondeur et filtration à travers des membranes à pores de taille absolue. Parmi les différentes techniques, la centrifugation est celle qui est la plus couramment étendue du laboratoire à la production en usine.

La centrifugation utilise la différence de densité entre les solides et le fluide environnant et accélère la décantation qui se produirait normalement lors de la sédimentation. La plupart des applications industrielles utilisent des centrifugeuses à disques pour éliminer les cellules et les débris cellulaires du bouillon nutritif. Les centrifugeuses à disques offrent un fonctionnement continu, rendant leur débit cohérent avec la volonté de limiter le temps des opérations de récolte.

Naturellement, ce n’est pas aussi simple qu’il y paraît. Les cellules de mammifères sont des organismes très fragiles. Même si une centrifugeuse à disques rend le travail de séparation relativement facile, l'astuce consiste à le faire en minimisant les dommages au produit. L’accélération de la matière alimentaire riche en protéines prend une fraction de seconde. Mais même si la rapidité est essentielle, elle ne doit pas se faire au détriment de la destruction de la membrane de la paroi cellulaire, hautement sensible au cisaillement, ce qui libérerait des protéines intracellulaires indésirables dans le bouillon – un processus connu sous le nom de lyse.

En empêchant une lyse supplémentaire pendant l'accélération, il est possible d'augmenter la capacité du séparateur tout en obtenant le résultat de séparation requis. La purification en aval des protéines cibles est également simplifiée et peut être réalisée à l’aide d’équipements plus compacts, générant ainsi des économies significatives dans le processus. Le défi consiste donc à atteindre une efficacité de séparation maximale avec une perturbation minimale du produit.

Tout comme la culture cellulaire s’est développée à partir d’origines relativement modestes, l’équipement utilisé pour la récolter a également évolué. En fait, dès les premiers stades de la science de la culture cellulaire, lorsqu'Alfa Laval a travaillé avec des leaders de l'industrie pour développer des fermentations de cultures cellulaires à grande échelle, il est vite devenu évident que les caractéristiques de la culture cellulaire nécessitaient des conceptions de séparateurs extrêmement douces. Ils se sont tournés vers le fuseau creux, qui doit ses origines à des concepts développés à l'origine pour l'industrie laitière, où le toucher doux était utilisé pour empêcher les particules de graisse du lait de se séparer pendant l'accélération. Des décennies plus tard, la même technologie constitue la pierre angulaire du traitement moderne des cultures cellulaires.