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#Actualités du secteur
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Vaccins COVID-19 : L'essor du congélateur à ultra-basse température
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Avant la fin 2020, peu de personnes en dehors des cercles médicaux, industriels et universitaires avaient entendu parler des congélateurs à ultra-basse température (ULT). Mais lorsque Pfizer a annoncé que son vaccin nécessiterait un stockage à -70° C, un monde réclamant une solution pour sortir de la pandémie a développé un intérêt nouveau pour le stockage ultra-froid. Mais comment fonctionnent ces super congélateurs ? Quels sont les défis à relever pour les produire ? Outre la conservation des vaccins, quelles sont leurs autres applications ?
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Dusty Tenney, PDG de la société américaine Stirling Ultracold, qui fabrique trois tailles de congélateurs ULT, fonctionnant entre -20°C et -86°C, pour la recherche en sciences de la vie et en biopharmacie, explique :
"Comme l'a récemment observé Forbes, la pandémie de COVID-19 restera dans les mémoires comme le "grand accélérateur" des tendances technologiques, malgré son impact tragique sur la santé et l'économie mondiales. Les congélateurs ULT alimentés par des moteurs Stirling ont toujours eu leur place dans le domaine des biosciences, mais la médecine progresse plus vite que jamais et le stockage ultra-froid est nécessaire pour commercialiser ces traitements. Nous sommes profondément touchés par la gravité de cette pandémie et nous avons augmenté nos capacités de production pour répondre à cette demande sans précédent"
Température critique
Les vaccins COVID-19 nécessitant un stockage ultra-froid pour éviter leur dégradation sont basés sur l'ARN messager (ARNm), comme ceux développés par Pfizer-BioNTech et Moderna. Les vaccins à ARNm sont un nouveau type de thérapie utilisée pour se protéger contre les maladies infectieuses. Ces vaccins apprennent aux cellules des patients à fabriquer une protéine qui déclenchera une réponse immunitaire dans l'organisme et produira des anticorps contre le virus pour les protéger d'une future exposition. Ils utilisent un court fragment d'ARNm ayant le même code que l'ARN du SRAS-CoV-2, le coronavirus responsable du COVID-19.
Pour M. Tenney,
"Les grands progrès de la science prennent du temps et les vaccins à ARNm, comme beaucoup d'autres thérapies avancées, se sont révélés très fragiles et instables à des températures réfrigérées ou ambiantes. La vitesse à laquelle ces vaccins ont été mis sur le marché signifie que des températures de stockage de congélation sont nécessaires sur place pour l'administration afin de maximiser l'efficacité du médicament. D'autres tests de stabilité seront nécessaires pour réduire, si possible, les exigences de stockage à très basse température des vaccins. Si les exigences en matière de stabilité sont réduites, comme l'a récemment fait Pfizer [entre -25° C et -15° C pendant deux semaines], ce sera très probablement pour une courte durée de stockage. Tout ce qui nécessite un stockage à plus long terme devra toujours être conservé à des températures ultra-froides."
Il ajoute qu'un autre exemple de vaccin nécessitant un stockage ultra-froid est le vaccin contre le virus Ebola de Merck, Sharp & Dohme, Ervebo. En outre, les congélateurs ULT augmentent également la durée de conservation des vaccins, ce qui est essentiel pour un déploiement mondial.
Études de thermostabilité
Les températures ultra-basses sont souvent nécessaires dans les premières étapes du développement d'un vaccin, explique Dan Hensler, vice-président des ventes et du marketing de la société américaine So-Low Environmental Equipment. So Low fabrique des congélateurs ULT pour la recherche universitaire, le stockage à très basse température et les cas d'utilisation industrielle depuis 1959 et produit actuellement des modèles verticaux et de poitrine.
"Pour déterminer les exigences en matière de température d'un vaccin, un fabricant de médicaments effectue des études de thermostabilité qui prennent beaucoup de temps. Il s'agit essentiellement de laisser un vaccin à une certaine température et d'étudier les résultats d'un test sur sa stabilité. Cela commence à des températures ultra-froides, puis passe à des températures normales de congélation et enfin à une gamme de réfrigérateurs. Par exemple, le vaccin de Johnson & Johnson peut être stocké entre 2°C et 8°C, mais il est d'abord congelé par le fabricant avant d'être expédié, puis décongelé."
Garder au frais
Binder GmbH fabrique deux tailles (550L et 700L) de congélateurs ULT sur son site en Allemagne. Jens Thielmann, chef de produit, explique que, comme de nombreux autres congélateurs ULT sur le marché, ses modèles utilisent un système de réfrigération à compression de vapeur à deux étages.
"Aujourd'hui, on utilise des gaz réfrigérants naturels qui ne contribuent pas de manière significative au réchauffement de la planète. Et pour maintenir la consommation d'énergie au minimum, des panneaux d'isolation sous vide très efficaces sont intégrés dans les parois en mousse PUR tout autour."
Binder, quant à lui, intègre une conception utilisant un piston et un déplaceur alternatifs, ainsi qu'un thermosiphon continu, actionné par gravité, pour refroidir l'intérieur de l'armoire.
"Les deux pièces mobiles ne s'usent jamais car les paliers à gaz éliminent tout contact physique pendant le mouvement, comme un palet sur une table de hockey sur gazon. Le piston et le plongeur, dilatent et compriment l'hélium dans le moteur, absorbant la chaleur du thermosiphon, ce qui maintient l'armoire froide. Le réfrigérant est condensé en liquide près de la zone d'expansion du moteur Stirling, puis circule dans le thermosiphon en circuit fermé. Au fur et à mesure que la chaleur est absorbée par l'intérieur de l'armoire du congélateur, il se transforme en gaz, remonte dans le thermosiphon où il est refroidi pour redevenir liquide et le processus se répète."
Un fonctionnement fiable
Le directeur commercial Roberto Buzzi, de la société espagnole Telstar, qui fabrique également une gamme complète de congélateurs ULT, décrit les défis auxquels sont confrontés les producteurs.
"Le premier consiste à concevoir un système de refroidissement fiable et robuste. La valeur du contenu d'un ULT dans une installation de recherche dépasse largement le coût d'un congélateur et les clients doivent être sûrs de pouvoir compter sur l'équipement. La consommation d'énergie est actuellement un aspect que les fabricants doivent prendre en considération et s'efforcer d'améliorer. Des unités aussi compactes que possible et pouvant être positionnées facilement sur site constituent un autre aspect essentiel. Les congélateurs ULT nécessitent des roulettes robustes et doivent parfois passer par des portes standard ; la hauteur et la largeur ou la profondeur sont donc essentielles."
L'équipement s'appuie sur un système de contrôle à microprocesseur qui surveille tous les paramètres, tandis que des systèmes d'alarme visuels et sonores avertissent les utilisateurs de toute anomalie.
"Il est assez fréquent que les unités soient connectées à un système numérique de gestion de laboratoire à l'aide d'une sonde de température indépendante pour signaler les anomalies à distance, ce qui permet de déclencher un appel de service local dans les plus brefs délais. Les ULT peuvent également être équipés de systèmes de sécurité de secours qui s'appuient sur une alimentation indépendante en CO2 ou en azote liquide pour se déclencher lorsque la température intérieure descend en dessous d'un certain point de consigne."
Applications diverses
Les congélateurs ULT ont de nombreuses autres utilisations : ils servent notamment à stocker des échantillons de tissus, des enzymes et d'autres matériaux biologiques dans les laboratoires. Ils sont également utilisés pour le stockage dans l'industrie alimentaire, en particulier pour le poisson, et pour le stockage et l'extraction de produits chimiques pour des applications industrielles. M. Hensler observe que,
"Dans le secteur du cannabis médical, les congélateurs ULT sont utilisés dans le processus d'extraction du cannabis"
Si les congélateurs ultrafroids de Stirling sont principalement destinés à un usage biologique, dit M. Tenney, ils jouent également un rôle en médecine vétérinaire, ainsi qu'en géologie et en océanographie. Mais, souligne-t-il :
"Je sais que de nouvelles demandes se font jour dans le traitement des micropuces, la pétrochimie et les applications de soudage à froid des métaux, mais nous ne faisons que commencer sur ces marchés respectifs. Nous pensons également que le monde des CAR-T [cellules T à récepteurs d'antigènes chimériques] et des thérapies cellulaires et génétiques continuera à demander des applications encore plus froides et nous avons l'intention d'y parvenir."