Ici, plus besoin de passer des nuits blanches : ce laboratoire planifie lui-même ses expériences

"J'ai toujours été intéressé par la manière de faire passer le plus rapidement possible de nouveaux processus biologiques du laboratoire à la pratique", explique le professeur Peter Neubauer, qui dirige le département de génie des bioprocédés à l'Université technique de Berlin. Le cofondateur et directeur du KIWI Biolab est microbiologiste de formation. Il s'est donc d'abord posé de telles questions, surtout en ce qui concerne les bactéries, les levures et les champignons : Comment maintenir au mieux de tels organismes dans des bioréacteurs ? Et ce, de manière à ce qu'ils ne se contentent pas de se multiplier et de bien se développer, mais qu'ils produisent également des substances précieuses, comme des protéines spéciales pour l'industrie pharmaceutique ?

Trouver une réponse à cette question est loin d'être simple. Car les petits fabricants réagissent souvent très fortement à leur environnement. Dans un essai en laboratoire à l'échelle du millilitre, elles se sont peut-être comportées de manière irréprochable. Mais cela ne signifie pas nécessairement qu'ils le feront dans un bioréacteur de quelques centaines de mètres cubes. Avant d'envisager une utilisation industrielle, il convient donc de déterminer dans quelles conditions tel ou tel organisme est le mieux à même d'accomplir la tâche souhaitée.

Travail automatisé en laboratoire

Des modèles de calcul peuvent fournir des points de repère. À quelle vitesse un organisme se développe-t-il ? Quelle quantité de substrat consomme-t-il ? Peter Neubauer et son équipe traduisent ces paramètres et bien d'autres en formules mathématiques. L'ordinateur permet ensuite de comparer le déroulement de différentes variantes d'un processus et de déterminer laquelle donne les meilleurs résultats.

"Nous pouvons également relier de tels modèles mathématiques à des robots et des appareils d'analyse", explique Peter Neubauer. De cette manière, le travail en laboratoire peut être organisé et automatisé numériquement. Un type de robot aspire alors par exemple quelques millilitres de liquide du bioréacteur à des moments précis. Un de ses collègues mobiles transporte ensuite l'échantillon vers un appareil de mesure qui analyse ses propriétés. Pour que cela fonctionne, les assistants techniques doivent toutefois coordonner leur travail de manière à ce que chacun fasse ce qu'il faut au bon moment. "Pour cela, nous avons besoin de programmes informatiques complets", explique Peter Neubauer.

Extrêmement intéressant pour l'industrie pharmaceutique

Mais l'effort en vaut la peine. Le KIWI Biolab fait désormais partie des laboratoires leaders dans le monde pour le développement de bioprocédés. L'utilisation de modèles mathématiques et de l'intelligence artificielle permet d'y réaliser des expériences même complexes de manière entièrement automatisée. L'IA décide par exemple quand il est judicieux de prélever un échantillon et lance ensuite les étapes nécessaires. Elle veille à ce que les organismes ne manquent de rien dans le bioréacteur, maintient automatiquement la température, le pH et d'autres paramètres dans la plage optimale. Elle contrôle ainsi le processus de manière à obtenir le meilleur rendement possible ou une certaine qualité du produit souhaité. Elle reconnaît même quand une expérience ne se déroule pas bien, de sorte qu'elle doit être interrompue, répétée ou modifiée.

"Tout cela est extrêmement intéressant pour l'industrie pharmaceutique par exemple", explique Peter Neubauer. Vaut-il la peine de passer du laboratoire à l'application avec un nouveau produit ? Parmi plusieurs candidats possibles, lequel est le plus prometteur ? Et quel est le processus optimal pour la production ? Le KIWI Biolab permet de répondre à ces questions beaucoup plus rapidement et efficacement que dans un laboratoire traditionnel.

Une place de marché de données pour le secteur de la biotechnologie

Il n'est donc pas étonnant que Peter Neubauer et son équipe collaborent avec des fabricants de médicaments dans le cadre de nombreux projets. "Le développement d'un nouveau médicament coûte en moyenne 2,5 milliards de dollars américains et dure entre dix et quinze ans", explique le chercheur. Chaque expérience devenue superflue, chaque jour économisé profite donc autant aux patients* qu'aux entreprises.

Un nouveau défi a également été lancé au groupe TU par l'industrie. "Jusqu'à présent, nous nous sommes surtout intéressés aux processus dans lesquels les micro-organismes jouent un rôle", explique Peter Neubauer. "Mais il y a aussi un grand intérêt pour des procédés similaires pour les cultures cellulaires". C'est précisément ce dont son groupe de travail s'occupera à l'avenir au centre de recherche Si-M, dans lequel la TU Berlin et la Charité - médecine universitaire de Berlin coopèrent.

Un autre point fort sera le développement d'une place de marché de données pour le secteur de la biotechnologie : Quelles informations faut-il collecter lors d'une expérience pour qu'elle puisse être reproduite ? Comment faut-il présenter les données et les proposer à d'autres pour qu'ils puissent les reproduire et les utiliser ? L'équipe a également acquis une grande expérience dans ce domaine au fil des ans.

"De mon point de vue, nous ne sommes pas un groupe central au Si-M", tempère le scientifique. C'est pourquoi seule une petite partie de son équipe déménagera peu à peu dans le nouveau centre de recherche. "Mais nos compétences sont intéressantes pour de nombreux groupes qui y travaillent". En effet, les robots et l'IA devraient à l'avenir jouer un rôle de plus en plus important dans d'autres laboratoires également. Et pour que les assistants techniques de recherche fassent ce qu'ils doivent faire, Peter Neubauer et son équipe ont encore beaucoup de travail devant eux.

Le centre de recherche L'homme simulé (Si-M)

Le 22 avril 2026, quatre ans après la pose de la première pierre, les portes du bâtiment de recherche de cinq étages "L'Homme simulé" s'ouvriront. Sur le campus de Berlin-Wedding, des médecins*, des scientifiques et des ingénieurs* de nombreuses disciplines de l'Université technique de Berlin et de la Charité - Médecine universitaire de Berlin veulent à l'avenir collaborer étroitement pour développer de nouvelles approches thérapeutiques et diagnostiques des maladies. La bioanalyse, les technologies des organoïdes et les méthodes de mesure des cellules en font partie, tout comme la génétique des cellules uniques, la bio-informatique, les technologies d'automatisation et les technologies médicales, qui sont souvent entremêlées avec d'autres disciplines et des clusters d'excellence. Des mini-organes artificiels fabriqués à partir de cellules humaines et pouvant être placés sur une puce remplaceront les expériences sur les animaux ; le collage de protéines interagissant les unes avec les autres permettra de mettre en évidence des processus cellulaires encore inconnus.

L'architecture du bâtiment Si-M reflète déjà l'atmosphère de travail intégrative et le dialogue prévu avec le public : Dans l'atrium central inondé de lumière avec un café et une salle de conférence ronde, une cage d'escalier ouverte s'élève de manière imposante. Elle mène aux vastes laboratoires remplis de grandes technologies telles que la spectrométrie de masse, la bio-impression, la microscopie à balayage laser et autres.