Répartition des espèces dans une cuve agitée avec un axe d'agitateur incliné. Crédit :TU Graz
La nouvelle technologie de simulation développée par TU Graz est conçue pour rendre la production de produits biopharmaceutiques plus efficace, rentable et compréhensible pour les fabricants.
La demande de produits biopharmaceutiques est forte :les principes actifs biopharmaceutiques, c'est-à-dire médicaments génétiquement modifiés - représentaient sept des dix médicaments les plus vendus dans le monde en 2018. Et la proportion est appelée à augmenter, car les produits biopharmaceutiques peuvent être utilisés pour lutter contre des affections telles que la sclérose en plaques et l'anémie, ainsi que de nombreuses formes de cancer et de maladies rares, qui ne peuvent pas être traités avec des agents chimiques et synthétiques. Mais une telle efficacité a un prix. Alors que les médicaments produits chimiquement sont de « petites molécules » relativement faciles à fabriquer et disponibles sous forme de comprimés, les médicaments biopharmaceutiques comprennent généralement des centaines ou des milliers d'atomes.
Cela rend la fabrication biopharmaceutique extrêmement complexe - elle nécessite des micro-organismes entraînant des réactions dans les bioréacteurs, implique des expériences coûteuses effectuées sur la base d'essais et d'erreurs, et se fonde sur des valeurs empiriques. "À l'heure actuelle, l'industrie biotechnologique manque de connaissances approfondies sur les processus. Les gens que le processus de fabrication fonctionne, mais ils ne savent pas pourquoi ou comment cela fonctionne exactement, " explique Christian Witz de l'Institute of Process and Particle Engineering de la TU Graz.
Les simulations informatiques sont essentielles pour améliorer la connaissance des processus, et pourrait également accélérer considérablement le passage du laboratoire à l'échelle de production. Cependant, les programmes de simulation actuellement disponibles sur le marché ne sont pas adaptés à une application de routine, car il faut des mois pour effectuer les calculs nécessaires, et faire appel à l'expertise pour exécuter des simulations, ainsi qu'une puissance de calcul importante.
C'est là qu'interviennent les recherches de Christian Witz. Il travaille sur un nouveau, logiciel de simulation convivial et rapide qui vise à permettre à la simulation de processus de prendre racine dans l'industrie biopharmaceutique. « Mon système réduira les temps de simulation de quelques mois à quelques heures. Il peut être utilisé par des personnes sans savoir-faire en matière de simulation et fonctionne sur des cartes graphiques commerciales standard. » Le nouveau logiciel raccourcit le temps nécessaire au dépannage et promet des informations plus détaillées sur les processus. Cela contribuera à rendre la fabrication biopharmaceutique plus efficace. « Les entreprises doivent réaliser moins d'expériences pour passer du laboratoire à la production à l'échelle industrielle, économiser entre 300 EUR, 000 et 1 million d'euros, " dit Witz, se référant aux dernières estimations.
Bioréacteur aéré et agité de 150l avec trois turbines Rushton. Crédit :TU Graz
La simulation de processus de bout en bout prend en charge les processus de production
Le nouveau logiciel, qui est utilisé dans la recherche industrielle depuis 2017, est basé sur un code de simulation que Witz a développé pour les bioréacteurs aérés et agités. Par exemple, le programme simule le mouvement des micro-organismes dans le réacteur ou le transport de l'oxygène dissous libéré par les bulles d'air. Dans le cadre du projet ComBioPro (Computational BioProcess Design), Witz intégrera d'autres algorithmes dans le logiciel, qui permettra une représentation encore plus précise et conviviale des processus physiques et biochimiques dans les bioréacteurs. Entre autres, l'objectif est d'automatiser en partie l'évaluation des données brutes de simulation, et pour simuler de très grosses bulles d'air dans un réacteur. Les résultats de la simulation alimenteront en fin de compte les processus de prise de décision pour la conception et la production. À son tour, cela permettrait aux entreprises de simuler plus de projets en moins de temps, et effectuer des tests montrant où et comment les pertes de productivité se produisent dans un réacteur.
Cela est dû aux informations uniques que le logiciel offre sur les processus de production biopharmaceutique, comme le souligne Witz :« Comment pouvons-nous créer les conditions de bioréacteur dans lesquelles les micro-organismes sont les plus productifs ? Comment la vitesse de l'agitateur ou le taux d'aération influence-t-il le processus ? les micro-organismes ? Le logiciel de simulation permet de répondre à ces questions et à d'autres.
