Des capteurs intelligents pour une production cellulaire de qualité
Les experts du Fraunhofer intègrent le contrôle de la qualité en temps réel dans la production - objectif, automatisable et rentable
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Les chercheurs du Fraunhofer optimisent la fabrication de modèles de tissus en 3D à l'aide d'une plateforme de capteurs modulaires et de l'IA. Leur solution permet un contrôle continu de la qualité dans les bioréacteurs et ouvre de nouvelles perspectives pour les industries biotechnologiques et pharmaceutiques - pour plus que des tests de médicaments sans animaux.
Que ce soit pour le dépistage de médicaments ou les tests de toxicité, les modèles tissulaires 3D à base de cellules souches sont essentiels à la recherche biomédicale. Cependant, la production d'agrégats cellulaires dans des bioréacteurs est très complexe et coûteuse. Jusqu'à présent, la qualité n'a été contrôlée qu'à la fin du processus. Il en résulte un risque élevé de perte de temps et de matériel.
Aujourd'hui, au Centre Fraunhofer pour l'intelligence des capteurs ZSI, des chercheurs des instituts Fraunhofer pour l'ingénierie biomédicale IBMT et pour les essais non destructifs IZFP ont développé conjointement un système de capteurs intelligents qui surveille et optimise en permanence l'ensemble du processus de fabrication. Le Fraunhofer IBMT apporte son expertise dans le développement de méthodes de culture cellulaire optimisées et normalisées et de systèmes de modèles innovants pour la recherche sur les cellules souches. La plateforme multimodale de capteurs autonomes (MAUS) du Fraunhofer IZFP met en œuvre la collecte et la transmission innovantes des données des capteurs et des informations qui en découlent.
Capteurs coordonnés, déclaration de qualité claire
Dans le cadre de l'actuel projet de recherche SpheroSense, l'équipe Fraunhofer IBMT a installé deux niveaux de capteurs dans un bioréacteur commercial pour sphéroïdes cellulaires 3D, c'est-à-dire des modèles de cellules sphériques qui peuvent imiter les tissus. L'environnement cellulaire est surveillé par des capteurs électrochimiques pour le glucose, le lactate, l'oxygène dissous, le pH et la température. Des caméras permettent la caractérisation optique des agrégats cellulaires. Elles analysent en continu la taille, le nombre et la qualité des sphéroïdes en temps réel. Il en résulte une courbe de croissance qui permet de tirer des conclusions sur les conditions optimales.
Les chercheurs s'appuient sur deux caméras pour le contrôle visuel de la qualité. Une caméra in situ se concentre sur les tubes rotatifs du réacteur et détecte les sphéroïdes en suspension, tandis qu'une autre caméra les détecte lorsqu'ils sont aspirés à travers un canal microfluidique. L'IA intégrée reconnaît et classe les agrégats de cellules en quelques millisecondes. La plateforme MAUS edge AI regroupe toutes les données des capteurs, les évalue directement sur place et transfère les résultats dans une base de données.
Moins de risques, plus d'objectivité
Avec leur solution, les experts de Fraunhofer intègrent le contrôle de qualité en temps réel dans la production. Ce contrôle de qualité est objectif, automatique et rentable, car les milieux de culture des cellules souches sont déjà coûteux et le processus de culture prend du temps. Thomas Velten, chef de projet au Fraunhofer IBMT, explique : "Nous remplaçons l'évaluation subjective par une évaluation objective basée sur l'IA, une surveillance continue et un ajustement potentiel des paramètres du processus. Enfin, nous assurons la connectivité avec les systèmes modernes de contrôle des processus dans le secteur pharmaceutique et biotechnologique. Notre solution correspond à des concepts modernes tels que la technologie analytique des procédés (PAT) et la vérification continue des procédés, comme l'exigent la FDA et l'EMA." Le système fonctionne sans étiquette, ce qui signifie qu'aucune coloration n'est nécessaire et que les sphéroïdes ne sont pas endommagés.
Souveraineté des données dès le départ
Autre avantage : la solution fonctionne sans connexion au cloud et répond donc aux exigences les plus strictes en matière de sécurité des données. Une connexion au nuage est possible sur demande, mais la configuration par défaut conserve les données sensibles du processus chez le client.
Le système peut être adapté à différents scénarios d'application, allant de la recherche sur les cellules souches à la production industrielle de cellules. "Notre plateforme MAUS permet un prototypage rapide pour toutes les applications de surveillance. Grâce à sa conception modulaire, elle peut être adaptée de manière flexible et étendue rapidement et facilement pour répondre à tous les besoins", explique Christoph Weingard, développeur en intelligence des capteurs et en microélectronique au Fraunhofer IZFP. "Par exemple, nous avons implémenté des modules radio avec Bluetooth et communication en champ proche (NFC) dans SpheroSense afin de lire les capteurs à l'intérieur des tubes sans aucun câble supplémentaire. Il suffit de fixer le module enfichable approprié et la surveillance commence."
L'ensemble du système est utilisé avec succès en production au Fraunhofer Center for Sensor Intelligence ZSI, avec un retour direct de la part des collègues qui produisent des sphéroïdes cellulaires en 3D et les utilisent dans d'autres projets.
Les spécialistes présenteront leur solution au salon Analytica à Munich, du 24 au 27 mars 2026. Les visiteurs pourront découvrir l'ensemble du système, y compris les capteurs, les caméras et l'analyse des données en temps réel, à l'occasion du plus grand salon mondial consacré aux équipements de laboratoire, à l'analyse et à la biotechnologie.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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