Produire des cellules souches de manière plus efficace et plus rentable à l'échelle industrielle
Moins de plastique, un meilleur rendement : la production de cellules souches devrait passer des boîtes de culture aux bioréacteurs
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Les cellules souches offrent de nombreuses nouvelles applications dans la recherche et l’industrie. Traditionnellement, elles sont cultivées en laboratoire sous forme de couches cellulaires en 2D. Cependant, cette méthode n’est pas adaptée à une production commerciale à grande échelle. Le consortium de recherche coordonné par la MHH vise désormais à changer la donne et à développer une plateforme de production adaptée à un usage industriel.
Les cellules souches pluripotentes (CSP) comptent parmi les sources cellulaires les plus prometteuses en médecine régénérative. Des thérapies dérivées des CSP font déjà l’objet de plus de 100 essais cliniques pour traiter toute une série de pathologies, allant de la maladie de Parkinson à l’insuffisance cardiaque en passant par le diabète de type 1. Cependant, toutes les applications potentielles se heurtent au même défi : comment produire ces cellules de manière fiable et rentable à l’échelle industrielle, afin que les traitements restent abordables pour les systèmes de santé à l’avenir, en particulier lorsqu’un grand nombre de cellules est nécessaire pour un seul traitement ? Le projet « INDUZELL », dirigé par le professeur Robert Zweigerdt – biologiste cellulaire et responsable d’un groupe de recherche au sein des Laboratoires de recherche Leibniz pour la biotechnologie et les organes artificiels (LEBAO) du département de chirurgie cardiothoracique, de transplantation et de chirurgie vasculaire de la Faculté de médecine de Hanovre (MHH) – s’attaque à ce problème. Le consortium comprend également l’Université Leibniz de Hanovre, l’Université des sciences appliquées et des arts de Hanovre, ainsi que l’Université des sciences appliquées d’Emden/Leer. Le projet est financé par le Fonds européen de développement régional (FEDER) à hauteur d’environ 1,4 million d’euros sur trois ans.
De la production en 2D à la production en 3D
« Les cellules souches pluripotentes, en tant que matière première illimitée et renouvelable, peuvent être transformées en pratiquement n’importe quel type de cellule », explique le professeur Zweigerdt. « Elles offrent donc de nombreuses nouvelles applications – des produits cellulaires thérapeutiques en médecine au développement de meilleurs principes actifs dans l’industrie pharmaceutique, en passant par la production de viande pour une alimentation alternative. » À ce jour, ces cellules sont encore cultivées dans des boîtes de culture dans de nombreux laboratoires. Cette culture bidimensionnelle se solde par un rendement relativement faible, tout en nécessitant beaucoup d’espace et d’énergie, et en générant une quantité importante de déchets plastiques. Elle n’est pas adaptée à une production à l’échelle industrielle. Les chercheurs se concentrent toutefois sur la culture en 3D dans des bioréacteurs industriels standard en verre à cuve agitée. Le groupe de recherche de Zweigerdt est un leader mondial dans le développement de tels procédés. Dans le cadre de leur projet, ils développent une plateforme de production qui, au sein d’un système fermé, garantit un rendement cellulaire élevé et une qualité constante, de manière automatisée, fiable et reproductible. « Nous souhaitons optimiser la production cellulaire en culture en suspension et augmenter le volume des bioréacteurs, pour passer des deux litres actuels à dix litres maximum », explique le biologiste cellulaire.
Culture à partir de cellules cryoconservées
Pour la culture, la culture 3D doit être ensemencée directement à partir de stocks de cellules congelées. Ce procédé, appelé techniquement « cryoconservation », présente plusieurs avantages : les cellules congelées conservent leurs propriétés pendant des années sans subir de modifications incontrôlées. « Dans notre cas, cela signifie que les PSC sont assurées de conserver leur pluripotence – c’est-à-dire leur capacité à être reprogrammées en d’autres types cellulaires », explique le Dr Kevin Cyrys, co-demandeur du projet et chercheur associé au sein du groupe de travail. Les cellules cryoconservées sont transférées de manière stérile vers le bioréacteur à cuve agitée à l’aide de « cryobags ». Cela minimise le risque de contamination par des bactéries ou des champignons. Un autre avantage des cellules cryoconservées est qu’elles ne nécessitent pas de culture préalable et sont donc disponibles exactement au moment où elles sont nécessaires pour ensemencer la suspension.
Utilisation de l’IA pour créer une plateforme de production « intelligente »
L’un des défis de la production cellulaire dans des bioréacteurs à cuve agitée réside dans le fait que les cellules s’agrègent pour former des amas multicellulaires. Alors que dans les boîtes de culture, seul le nombre de cellules individuelles augmente avec le temps, ici, la taille des amas cellulaires évolue également. Des cellules individuelles forment des amas comprenant des centaines, voire des milliers de cellules, qui, collectivement, influencent les propriétés de l’ensemble du processus de production cellulaire. La microscopie multimodale, qui utilise simultanément diverses méthodes de mesure et techniques d’imagerie, doit être employée pour enregistrer avec précision ces influences.
Grâce à l’IA et à l’apprentissage automatique, l’ensemble du processus de production sera surveillé et optimisé en continu. Les chercheurs ont ensuite pour objectif d’utiliser toutes les données collectées pour développer une plateforme de production « intelligente » capable de réagir à des écarts imprévus dans le processus, de proposer elle-même des améliorations et d’augmenter ainsi le rendement cellulaire. « La plateforme est conçue pour garantir que la production de PSC puisse fonctionner de manière fiable à grande échelle à l’avenir, tout en maintenant des coûts bas et en minimisant la consommation de matériaux », souligne le professeur Zweigerdt.
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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