Livraison rapide de vaccins à l’échelle mondiale grâce à un encombrement réduit des bioréacteurs

La distribution mondiale des vaccins est essentielle à l’éradication des maladies mortelles.

La distribution mondiale des vaccins est essentielle à l’éradication des maladies mortelles. En 1980, à l’issue d’une campagne de vaccination intensive, l’Assemblée mondiale de la santé a déclaré la variole éradiquée. En 2020, on compte moins de 500 nouveaux cas de poliomyélite par an dans le monde.

Aux États-Unis, 14 maladies autrefois mortelles (comme la diphtérie et la rougeole) sont aujourd’hui presque éliminées. Elles sont toutefois bien plus répandues dans les pays qui n’ont pas pu mener de campagnes de vaccination rigoureuses.

L’impossibilité de mener ces campagnes de vaccination tient le plus souvent au coût prohibitif des vaccins. Lorsque les vaccins sont fabriqués à moindre coût, ils peuvent être distribués dans le monde entier à des coûts bien inférieurs — ce qui fait progresser l’éradication des maladies partout.

L’encombrement de l’usine est étroitement lié aux coûts de fabrication

L’espace est une denrée précieuse, en particulier dans les installations de salles blanches GMP. Réduire l’encombrement des bioréacteurs et de divers autres équipements peut avoir des bénéfices considérables — au final, une distribution des vaccins moins chère et plus large.

Dans tous les contextes, réduire l’encombrement réduit le coût global des marchandises, ce qui conduit à des installations plus efficaces et plus rentables. Pour les installations amont, l’encombrement des bioréacteurs peut être fortement réduit en concevant des méthodes innovantes pour augmenter la densité cellulaire, ce qui donne de meilleurs rendements avec la même installation — et davantage de doses de vaccin produites sans augmenter les coûts.

L’intensification des procédés : accroître la productivité en utilisant moins d’équipements

L’objectif de l’intensification des procédés est d’augmenter la productivité tout en réduisant la taille nécessaire de l’usine. Cela signifie des investissements de capital moindres pour les nouvelles installations, des frais généraux moindres sur la durée de vie et un coût des marchandises globalement plus bas – tout en maintenant, voire en augmentant, la production de l’installation.

Dans les bioréacteurs, l’intensification des procédés peut être obtenue en augmentant la densité cellulaire dans le milieu du réacteur. Traditionnellement, les cultures cellulaires étaient développées sur des surfaces 2D, et le changement d’échelle exigeait simplement d’augmenter la surface disponible pour l’adhérence des cellules.

Cette méthode permet d’atteindre une densité cellulaire de 20 millions de cellules/mL et exige un grand encombrement de fabrication : le nombre d’incubateurs et de postes de sécurité microbiologique doit croître avec la taille de la culture. Ce système exige aussi de nombreux opérateurs qualifiés pour surveiller les cultures.

Des technologies plus récentes, comme les microporteurs, ont permis aux scientifiques et aux fabricants d’atteindre des densités cellulaires nettement plus élevées sur des surfaces bien plus petites. En 2014, le Pall iCELLis a atteint 100 millions de cellules/mL, et ce chiffre continue de croître. Univercells utilise actuellement une subvention de la Fondation Gates pour porter la densité à l’impressionnant chiffre de 250 millions de cellules/mL — dans le but d’abaisser suffisamment le coût de fabrication des vaccins pour pouvoir livrer des vaccins contre la poliomyélite aux pays à revenu faible et intermédiaire pour seulement 0,15 $ par dose.

Étude de cas : Sartorius utilise l’intensification des procédés pour accélérer le développement de vaccins

Dans un livre blanc de juillet 2020, Sartorius a étudié l’intensification des procédés comme méthode pour accélérer le développement de vaccins en réponse à la COVID‑19. L’entreprise a noté que, dans le monde, il y a bien plus de bioréacteurs de 2 000 L inutilisés à tout moment que de bioréacteurs de 20 000 L conformes aux GMP. Ces bioréacteurs plus petits sont flexibles et peuvent être intégrés à des skids mobiles qui permettent des changements de produit rapides. Le livre blanc indiquait : « l’utilisation d’un procédé de culture cellulaire intensifié… pour produire 10 – 20 doses de vaccin/mL, [permet] de réaliser des séries de 2 000 L et de produire suffisamment de vaccin pour des essais à petite échelle ».

Multiplier les unités (plutôt que changer d’échelle) peut maximiser l’efficacité des installations existantes

Le « scaling out » des installations de bioréacteurs consiste à augmenter la production de réacteurs plus petits — sans avoir à passer à des réacteurs de taille de production. Cela se fait soit en augmentant simplement le nombre de petits bioréacteurs, soit en augmentant la densité cellulaire dans un seul réacteur plus petit.

Le scaling out est souvent plus facile et plus réalisable que le passage de bioréacteurs de 2 000 L à des réacteurs de 10 – 20 000 L. C’est principalement parce qu’il permet une croissance de culture à grande échelle (et une production de vaccins) sans exiger les installations conçues pour des bioréacteurs à grande échelle (très coûteux).

Un avantage clé du scaling out d’un procédé est qu’il permet de continuer à utiliser des bioréacteurs à usage unique (SUB). Les SUB sont moins chers, plus flexibles et peuvent offrir un temps de fonctionnement nettement supérieur à celui des réacteurs réutilisables — mais leur capacité maximale est généralement d’environ 2 000 L. Augmenter le nombre de SUB dans une installation tout en augmentant la densité cellulaire qu’ils peuvent atteindre peut combler avec succès l’écart de capacité d’un facteur 10 entre un SUB et un bioréacteur de taille de production.

Il en résulte une réduction de l’encombrement nécessaire des bioréacteurs à l’échelle commerciale, ce qui peut être particulièrement utile pour les essais de vaccins de phase 3, qui exigent la production d’un grand nombre de doses mais dont les résultats restent incertains. La possibilité de répondre aux besoins de production des essais cliniques sans exiger le niveau actuel (énorme) de dépenses d’investissement pourrait donc permettre à un plus grand nombre de produits biologiques d’atteindre les essais cliniques — d’où un plus grand nombre de nouveaux vaccins arrivant plus vite sur le marché, ce qui nous permet de combattre les maladies nouvelles ou rares plus efficacement qu’auparavant.

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