Article

1 - CELLULES ANIMALES POUR LA CULTURE EN MASSE

2 - MILIEUX DE CULTURE

3 - IMPACT DES PARAMÈTRES ENVIRONNEMENTAUX SUR LES CINÉTIQUES CELLULAIRES

  • 3.1 - Métabolisme énergétique
  • 3.2 - Composés gazeux
  • 3.3 - Paramètres physico-chimiques
  • 3.4 - Qualité du produit
  • 3.5 - Modèles cinétiques

4 - BIORÉACTEURS POUR LA CULTURE EN MASSE DE CELLULES ANIMALES

5 - HYDRODYNAMIQUE ET TRANSFERT DE MATIÈRE EN CYTOCULTEUR

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : BIO6800 v1

Procédés de culture en masse de cellules animales

Auteur(s) : Annie MARC, Éric OLMOS

Relu et validé le 01 sept. 2015

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Présentation

RÉSUMÉ

Les procédés de culture en masse de cellules animales sont de plus en plus fréquemment utilisés dans les industries biotechnologiques et pharmaceutiques. Les capacités de ces cellules à produire des particules virales ou des molécules recombinantes complexes ouvrent des voies attractives pour répondre aux nombreux défis de santé publique. Cependant, la mise en oeuvre industrielle de tels procédés suppose de pouvoir transférer la culture des cellules de l'échelle de la boîte à celle du réacteur sans perte de productivité ni de qualité du produit. Cet article propose de donner des éléments de base permettant au lecteur non averti d'appréhender les spécificités de ces procédés. Il intègre les notions relatives aux cellules et milieux de culture utilisés, ainsi qu'à l'évolution du comportement cellulaire en fonction des conditions environnementales. Il présente des technologies de bioréacteurs et des stratégies de contrôle et conduite de procédés semi-continus et perfusés. Enfin, il introduit des des éléments liés à l'hydrodynamique et aux transferts de matière rencontrés dans ces procédés.

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ABSTRACT

Processes of mass cultivation of animal cells

The processes of mass cultivation of animal cells are at the moment increasingly used in the biotechnological and pharmaceutical industry. The capabilities of these cells to produce viral particles and complex recombinant molecules have opened interesting paths in order to meet the numerous challenges in the public health sector. However, the industrial implementation of such processes requires the transferal of the cultivation of the cells from the scale of the box to that of the reactor without impacting the productivity or the quality of the product. The aim of this article is to enable the layman to grasp the specificities of these products. It encompasses the notions concerning the used cells and cultivation media, as well as the evolution of cellular behavior according to environmental conditions. It presents bioreactor technologies as well as control strategies and the implementation of semi-continuous and perfused processes. It finally introduces elements related to hydrodynamics and matter transfer involved in these processes.

Auteur(s)

  • Annie MARC : Directeur de recherche au CNRS - Laboratoire réactions et génie des procédés – UPR CNRS 3349, Nancy-Université

  • Éric OLMOS : Maître de conférences à l'ENSAIA de Nancy - Laboratoire réactions et génie des procédés – UPR CNRS 3349, Nancy-Université

INTRODUCTION

Les procédés de culture en masse de cellules animales ont progressé de façon considérable ces 30 dernières années. Ils sont ainsi devenus essentiels aux industries des biotechnologies pour l'obtention de nombreux produits à application thérapeutique et diagnostique (vaccins viraux, cytokines, facteurs de croissance, anticorps monoclonaux, protéines recombinantes, etc.). Ces produits sont utilisés pour la prévention ou le traitement de maladies telles que le cancer, les infections virales, les déficiences héréditaires et nombre de maladies chroniques. Cette accélération impose d'augmenter les capacités de production. On dénombre ainsi plus d'une quinzaine d'installations utilisant des réacteurs en cuve agitée Inox de l'ordre de 15 000 litres. Des productions plus spécialisées utilisent des systèmes moins volumineux mais plus diversifiés. Un fort engouement est récemment apparu pour des réacteurs à usage unique, comme maillons de la chaîne de production ou pour le criblage de conditions opératoires. Concernant les investissements, du fait des longs délais d'installation et de validation d'une unité industrielle, ceux-ci doivent être anticipés le plus tôt possible, en s'appuyant sur des connaissances amont et sur des outils performants d'aide à la décision.

La faisabilité de la production industrielle d'un bioproduit par des cellules animales passe par le transfert de la culture des cellules à l'échelle du réacteur sans perte des performances de production et de qualité. Le défi consiste à mettre en œuvre des cellules assez fragiles, dans des conditions de stress environnemental, biochimique et physique, tout en conservant leur potentiel de production. Il importe ainsi de développer une approche intégrée et multi-échelle qui prenne en compte les aspects liés aux bioréacteurs, aux caractéristiques cellulaires et à la qualité du produit. Les défis à relever allient la connaissance des processus cellulaires en lien avec le milieu de culture, l'adaptation des cellules aux contraintes des réacteurs, la formulation des milieux de culture, la recherche d'outils d'analyse des cellules et des produits pour améliorer le contrôle en ligne des procédés, la conception de nouveaux réacteurs, la maîtrise des conditions opératoires et l'identification des paramètres clés de l'extrapolation. Il s'agit donc nécessairement d'une approche interdisciplinaire entre les sciences de la vie et le génie des procédés.

Dans ce contexte, cet article se propose de présenter les principales spécificités des procédés de culture de cellules animales. Après avoir exposé les caractéristiques des lignées cellulaires industrielles les plus utilisées, nous évoquerons les défis actuels touchant aux milieux de culture et nous apporterons des données relatives à l'impact des facteurs opératoires sur le comportement cellulaire. Une autre partie s'attachera à la présentation des technologies de réacteurs, classiques où à usage unique, ainsi qu'aux outils de contrôle et de conduite de ces procédés. Enfin, des éléments liés à l'hydrodynamique et aux transferts de matière rencontrés dans ces procédés seront présentés.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-bio6800


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PETIOT (E.) -   Étude et optimisation de procédés de production de vaccins par cultures de cellules animales en bioréacteurs.  -  Doctorat INPL, Nancy, 6 nov. 2009.

  • (2) - LAMOTTE (D.) -   Production et glycosylation de l'interféron-gamma humain par des cellules CHO cultivées en bioréacteurs discontinus et perfusés.  -  Doctorat INPL, Nancy, 20 juin 1997.

  • (3) - CHEVALOT (I.), VISVIKIS (A.), NABET (P.) et al -   Production of a membrane-bound protein, the human gamma-glutamyltransferase, by CHO cells cultivated on microcarriers, in aggregates and in suspension.  -  Cytotechnology, 16, p. 121-129 (1994).

  • (4) - RODRIGUES (M.E.), COSTA (A.R.), HENRIQUES (M.) et al -   Technological progresses in monoclonal antibody production systems.  -  Biotechnology progress, 26, p. 332-351 (2010).

  • (5) - DEPARIS (V.) -   Étude et maîtrise d'éléments clés du procédé de production de l'alpha-1,3fucosyltransférase humaine par le système baculovirus/cellules d'insectes.  -  Doctorat INPL, Nancy, 29 avr. 2002.

  • ...

1 Sites Internet

Étude du LEEM. Bioproduction en 2008, état des lieux et recommandations pour l'attractivité française http://www.leem.org/dossier/101/etude-bioproduction-en-2008-etat-des-lieux-et-recommandations-pour-l-attractivite-1297.htm

HAUT DE PAGE

2 Événements (liste non exhaustive)

Congrès de l'ESACT, organisé tous les deux ans en Europe http://www.esact.org/meetings_esact.html

Congrès de l'engineering foundation : cell culture engineering, organisé tous les deux ans principalement aux États-Unis http://www.confabb.com/conferences/28966-cell-culture-engineering-xi

Congrès vaccine technology, engineering conferences international http://www.engconf.org/

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3 Annuaire

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