Les technologies à usage unique (SUT) sont en train de transformer les opérations de traitement en aval (DSP) dans la fabrication biopharmaceutique. En remplaçant les équipements fixes en acier inoxydable par des systèmes pré-stérilisés et jetables, les sites gagnent en flexibilité, réduisent les risques de contamination et accélèrent les changements de produit. Ces avantages sont particulièrement précieux dans les sites multiproduits, la thérapie génique, la médecine personnalisée et la fabrication de vaccins.
Au cœur de cette transformation se trouve la surveillance en temps réel et en ligne des paramètres analytiques et physiques. De la récolte au remplissage/finition, l'intégration de capteurs précalibrés et stérilisés aux rayons gamma pour des paramètres tels que la pression, l'absorbance UV, la conductivité, le pH, la température, la turbidité et le débit permet aux opérateurs de prendre des décisions fondées sur les données qui garantissent le rendement, la qualité et la conformité.
Le type de modalité influe sur la stratégie de traitement en aval (DSP). Les anticorps monoclonaux (mAbs), les vecteurs viraux, les vaccins à ARNm et les thérapies cellulaires présentent des propriétés, des profils d'impuretés et une sensibilité au traitement différents, ce qui nécessite des approches sur mesure. Les mAbs utilisent souvent un processus de plateforme avec chromatographie sur protéine A, les vecteurs viraux nécessitent une clarification douce et un polissage spécialisé pour préserver leur infectivité, et les thérapies cellulaires exigent un stress mécanique minimal pour maintenir leur viabilité.
Quelle que soit la méthode utilisée, une surveillance continue et un contrôle rigoureux des paramètres analytiques et physiques sont essentiels.
Les capteurs en ligne à usage unique permettent de mesurer ces paramètres en temps réel, ce qui favorise un meilleur contrôle des processus et une meilleure automatisation, réduit au minimum les essais hors ligne et garantit la qualité des produits dans divers flux de travail de transformation des boissons.
L'EMA et la FDA acceptent toutes deux les systèmes à usage unique, à condition qu'ils soient utilisés dans le cadre d'une stratégie de contrôle validée et fondée sur les risques.
Parmi les principales références, on peut citer :
Sécurité virale – ICH Q5A(R2) (2024), lignes directrices de l'EMA intitulées « Sécurité virale des produits biotechnologiques »
Spécifications du produit – ICH Q6B
Fabrication aseptique – Annexe 1 des BPF de l'UE, lignes directrices de la FDA sur les procédés aseptiques
Validation des procédés – Lignes directrices de la FDA sur la validation des procédés (étapes 1 à 3), annexe 15 des BPF de l'UE
Intégrité des données – 21 CFR Partie 11, Annexe 11 des BPF de l'UE
Les capteurs SUT avancés allient flexibilité et performances de processus robustes. Par exemple, les capteurs combinés pH/température en ligne stérilisés aux rayons gamma, conçus pour des valeurs de pH comprises entre 1 et 13, permettent une surveillance précise et en temps réel lors de l'inactivation virale à faible pH.
Ces capteurs fournissent la preuve de l'efficacité des stratégies de contrôle, permettant ainsi de réagir rapidement aux écarts de processus tout en répondant aux exigences de la FDA et de l'EMA en matière d'intégrité des données et de surveillance des processus.
Le downstream (traitement en aval) permet de purifier les produits biologiques après la culture cellulaire ou la fermentation en amont, en isolant la molécule cible et en éliminant les protéines de la cellule hôte, l'ADN, les agrégats, les virus et autres impuretés. Les systèmes DSP modernes à usage unique utilisent des composants jetables tels que des poches stériles, des filtres, des tubulures et des colonnes de chromatographie préremplies afin d'améliorer l'efficacité, de réduire au minimum les exigences en matière de nettoyage et de validation, et de diminuer le risque de contamination.
S'appuyant sur cette approche, les capteurs en ligne à usage unique permettent une surveillance continue en temps réel des paramètres critiques du processus, ce qui permet un contrôle plus strict, des décisions plus rapides fondées sur les données et une qualité constante du produit tout au long du flux de travail DSP.
Etapes | But | Mesures en ligne essentielles |
Récolte | Élimine les cellules et les débris par filtration en profondeur ou par centrifugation à usage unique. | Pression, turbidité, conductivité |
Chromatographie de capture | La purification primaire fait souvent appel à la protéine A pour les mAbs. | Absorbance UV, pH, pression, débit |
Chromatographie intermédiaire et de perfectionnement | Élimine les impuretés liées aux processus et aux produits. | Absorbance UV, conductivité, pH, pression |
Élimination virale | Inactive ou élimine les virus grâce à un pH faible, à un traitement détergent ou à la nanofiltration. | pH, température, pression, débit, absorbance UV |
Ultrafiltration/Diafiltration (UF/DF) | Concentre le produit et effectue un échange de tampon. | Pression, conductivité, température, absorption UV, pH |
Formulation | Permet d'ajuster le pH et la concentration, et d'ajouter des excipients afin de garantir la stabilité et l'efficacité thérapeutique. | pH, conductivité, osmolalité |
Filtration stérile | Étape finale de filtration à 0,22 µm pour éliminer les particules et la charge microbienne. | Pression, débit |
Remplissage/finition et stockage | Le produit pharmaceutique fini est conditionné dans des récipients et stocké dans des conditions appropriées. | Capteurs de poids/volume, température |
Source : « Intégration de méthodes en continu et à usage unique pour la mise en place d'une nouvelle plateforme de traitement en aval pour les anticorps monoclonaux ». Continuous Processing in Pharmaceutical Manufacturing, janvier 2015.
La récolte constitue la première étape décisive de la transformation en aval : elle consiste à séparer les cellules et les débris du bioréacteur afin d'obtenir un surnageant clarifié et exempt de cellules. Cette étape est généralement réalisée par filtration en profondeur ou par centrifugation à usage unique, avec un contrôle minutieux visant à prévenir les dommages par cisaillement et à éviter le colmatage des filtres, qui peut réduire le rendement ou compromettre la qualité.
La surveillance en temps réel de la turbidité permet de détecter toute pénétration de particules ou une clarification incomplète, tandis que la pression permet d'identifier un colmatage ou un blocage du filtre. La conductivité confirme la composition correcte du tampon et détecte toute contamination croisée. L'analyse des tendances de la turbidité (NTU) et de la pente de pression au cours des cycles permet de remplacer les filtres en temps opportun avant toute percée, protégeant ainsi l'intégrité du produit et les performances du processus. Ces contrôles sont conformes à la norme 21 CFR 211.113(b) relative au contrôle de la contamination microbiologique et aux exigences de l'annexe 2 des BPF de l'UE concernant la charge microbienne et l'élimination des impuretés.
La chromatographie de capture constitue la principale étape de purification ; elle permet de fixer de manière sélective la molécule cible, telle que les anticorps monoclonaux, à partir d’un mélange complexe à l’aide de résines d’affinité (par exemple, la protéine A) ou de supports d’échange d’ions. Des conditions d’élution agressives, telles qu’un pH faible, peuvent entraîner une agrégation, tandis qu’une surcharge de la colonne peut nuire au rendement et à la pureté. La surveillance en ligne de l'absorbance UV (280 nm) confirme la concentration de la molécule cible et détecte toute percée du produit, le pH garantit le maintien des conditions de liaison/élution, la conductivité vérifie la précision du tampon et la pression de la colonne identifie l'encrassement ou la surcompression. La surveillance du débit permet d'éviter les écarts liés à la pompe. L'analyse des tendances de ces mesures sur l'ensemble des cycles permet une détection précoce de l'encrassement, donne un aperçu des performances de la résine et fournit la preuve de la cohérence du processus. La surveillance en ligne de ces paramètres garantit la conformité documentée aux profils validés et s'aligne sur les directives de validation des processus de la FDA, ainsi que sur les lignes directrices ICH Q8/Q9 pour la conception de la stratégie de contrôle.
L'analyse des tendances de ces mesures sur l'ensemble des cycles permet une détection précoce de l'encrassement, donne un aperçu des performances de la résine et apporte la preuve de la cohérence du processus. La surveillance en ligne de ces paramètres permet de documenter la conformité aux profils validés et s'aligne sur les directives de validation des processus de la FDA, ainsi que sur les normes ICH Q8/Q9 pour la conception de la stratégie de contrôle.
La chromatographie intermédiaire et de perfectionnement améliore encore la pureté du produit en éliminant les impuretés liées au procédé et au produit, notamment les HCP, l'ADN, les agrégats et les variants de charge.
Les approches courantes comprennent la chromatographie d'échange d'ions (IEX), la chromatographie d'interaction hydrophobe (HIC) et la chromatographie en mode mixte. Les performances peuvent être affectées par des conditions de tampon sous-optimales ou un encrassement de la colonne qui réduit la résolution. La surveillance continue de la conductivité permet de détecter les erreurs de composition du tampon, les écarts de pH peuvent affecter la sélectivité de séparation, la pression permet d'identifier l'encrassement de la colonne et l'UV à double longueur d'onde (260/280 nm) permet de suivre l'élimination des impuretés et la récupération du produit.
Ces données facilitent les ajustements des tampons et favorisent la maintenance prédictive. La surveillance de ces paramètres au fil du temps optimise l'utilisation des tampons et contribue à garantir que chaque cycle respecte les objectifs de purification prédéfinis, réduisant ainsi le recours à l'analyse hors ligne et améliorant l'efficacité globale du processus. Ces paramètres s'alignent sur les principes de contrôle des processus basés sur les risques des normes ICH Q8 et Q9. Les systèmes de tampons doivent être qualifiés et stockés dans des conditions contrôlées pour garantir la reproductibilité.
L'élimination virale garantit la sécurité des patients en éliminant ou en inactivant les virus adventices et endogènes. Les stratégies courantes comprennent les phases de maintien à pH bas, les traitements aux détergents et la nanofiltration à rétention virale. Les risques comprennent l'agrégation due à une exposition prolongée à un pH bas ou l'altération du produit par des résidus de détergents.
La surveillance en temps réel du pH garantit les conditions d'inactivation virale, la température préserve l'efficacité de l'élimination, la pression détecte le colmatage du filtre et le débit confirme la stabilité des vitesses de filtration. L'absorbance UV peut révéler une perte de produit ou une percée virale pendant la nanofiltration. La surveillance de la pression en ligne est essentielle pour vérifier l'intégrité du filtre et éviter les échecs de la valeur de réduction logarithmique (LRV). L'analyse des tendances de ces paramètres sur l'ensemble des cycles facilite la maintenance prédictive, confirme le respect des spécifications de pH/temps et fournit des preuves documentées de la satisfaction des objectifs LRV validés.
L'ultrafiltration et la diafiltration (UF/DF) préparent le produit biologique en vue de sa formulation en concentrant le produit et en procédant à un échange de tampons par filtration tangentielle (TFF). Ces étapes permettent d'ajuster le volume et la composition tout en préservant la stabilité. Les risques comprennent la dénaturation induite par le cisaillement et un échange de tampons incomplet.
La surveillance en temps réel de la pression transmembranaire (TMP) permet de détecter l'encrassement de la membrane, l'absorbance UV suit la concentration, tandis que le pH et la conductivité du perméat confirment l'échange tampon complet. Les écarts peuvent indiquer un dysfonctionnement de la pompe, une dégradation de la membrane ou une détermination incorrecte du point final. L'analyse des tendances de la TMP et d'autres paramètres sur l'ensemble des cycles permet de suivre l'état de la membrane, d'assurer une maintenance prédictive et de garantir des performances cycliques constantes.
La formulation sert à tamponner et à stabiliser la substance médicamenteuse finale afin de préserver son activité et son efficacité à long terme. Cela implique souvent un ajustement du pH et l'ajout d'excipients tels que des sucres, des tensioactifs ou des stabilisants. Des concentrations d'excipients ou une composition du tampon inappropriées peuvent entraîner une instabilité, une précipitation ou une incompatibilité avec le récipient.
La surveillance continue du pH garantit la stabilité, la conductivité confirme la composition correcte du tampon et l'osmolalité vérifie les concentrations d'excipients. Une osmolalité incorrecte peut entraîner une instabilité du produit ou une efficacité réduite. Le suivi de ces paramètres pendant la production permet de confirmer rapidement la cohérence du processus et de réduire le risque d'écarts. Les décisions de mise sur le marché sont fondées sur des spécifications de formulation vérifiées et sur la qualité des excipients par rapport aux monographies de l'USP–NF ou de la Ph. Eur. Les meilleures pratiques consistent à utiliser des lots d'excipients préqualifiés, à vérifier la compatibilité des récipients et à mener des études de stabilité conformément aux lignes directrices de l'ICH afin de confirmer la robustesse de la durée de conservation.
La filtration stérile constitue la dernière étape de stérilisation avant le remplissage et le conditionnement ; elle utilise généralement un filtre de 0,22 µm pour éliminer les micro-organismes et les particules. Les principaux risques comprennent la perte de produit due à l'adsorption ou à une défaillance du filtre. La surveillance en temps réel de la pression permet de détecter l'encrassement du filtre ou une perte d'intégrité, tandis que le débit confirme que le processus se déroule sans obstruction.
Tout écart peut indiquer une défaillance imminente du filtre ou une rupture de l'assurance de stérilité. Ainsi, l'évolution des données peut aider à confirmer les performances du filtre et la conformité à l'annexe 1 des BPF de l'UE et aux directives de la FDA en matière de traitement aseptique. La prise de décision repose sur la réussite des tests d'intégrité et l'atteinte du niveau d'assurance de stérilité (SAL) requis. Les contrôles en cours de fabrication, tels que les tests de particules et de charge microbienne, permettent une confirmation précoce de la qualité, favorisant ainsi une libération des lots en toute confiance et en temps opportun.
Les étapes de remplissage/finition et de stockage viennent clore le processus : le produit biologique est conditionné de manière aseptique dans des flacons, des seringues ou des poches, puis stocké dans des conditions contrôlées afin de préserver sa stérilité et sa stabilité.
Les risques comprennent les imprécisions de volume de remplissage, les défaillances des dispositifs de fermeture et les écarts de température. La vérification en ligne du poids et du volume permet d'éviter les cas de non-conformité liés au sous-remplissage ou au surremplissage, tandis que la surveillance de la température garantit que les conditions de stockage restent dans les limites validées afin de préserver l'efficacité et la stabilité du produit.
METTLER TOLEDO Pendotech propose des capteurs à usage unique pré-stérilisés et des solutions de surveillance qui apportent précision et efficacité aux processus de traitement en aval (DSP).
Ces capteurs pré-étalonnés de pression, de débit, d'UV, de conductivité, de pH, de température et de turbidité capturent des données en temps réel, conformes aux BPF, tout au long des processus de filtration, de chromatographie, d'UF/DF et de formulation, sans les délais liés à la validation du nettoyage.
Parfaitement intégrés dans des systèmes fermés et stériles, ces capteurs à faible volume accélèrent le transfert de technologie, raccourcissent les temps de changement de série et renforcent le contrôle des processus. Les données électroniques prêtes à être intégrées dans les dossiers de lots sont conformes à la 21 CFR Part 11 et à l'Annexe 11, s'alignant parfaitement avec les directives de validation des processus de la FDA (Étape 3). Ce cadre de conformité permet des opérations basées sur les données, garantit une qualité constante des produits et donne aux fabricants la confiance nécessaire pour évoluer dans des environnements multiproduits en constante évolution.
Cette vidéo examine le choix crucial entre les capteurs réutilisables et à usage unique dans la biofabrication, en mettant l'accent sur la manière dont ce choix influe sur l'efficacité, la flexibilité et la conformité réglementaire. Que ce soit dans des installations à grande échelle ou modulaires, il est essentiel de comprendre les avantages et les inconvénients de chaque type de capteur pour parvenir à une production robuste et efficace.
