L’apparition de la pandémie de COVID-19 a démontré la nécessité de développer, produire et distribuer rapidement de grandes quantités de nouveaux vaccins. Une équipe de chercheurs de l'Université Purdue et de Merck & Co. Inc., connue sous le nom de Merck Sharp & Dohme Corp. en dehors des États-Unis et du Canada, a introduit un nouvel outil analytique qui pourrait aider les sociétés pharmaceutiques à stimuler la production de vaccins grâce à une surveillance et une analyse rapides.
L'équipe de recherche, dirigée par Mohit Verma, professeur agrégé de génie agricole et biologique à Purdue, a validé l'outil en instance de brevet lors de tests qui ont mesuré avec succès la qualité et la quantité de particules virales circulant en continu.
« Les méthodes actuelles prennent plus de temps et sont hors ligne », a déclaré Shreya Athalye, étudiante diplômée de Purdue en génie agricole et biologique. Les échantillons doivent être retirés de la chaîne de production et transférés vers un instrument pour être testés. Mais le nouvel outil de contrôle qualité peut fonctionner sur la chaîne de production et donner des résultats en 30 secondes ou moins. « Le faire en ligne permettra d'économiser du temps et de l'argent dans la production de vaccins », a-t-elle déclaré.
Athalye, Verma et leurs co-auteurs ont décrit leur nouvel outil analytique dans Spectrochimica Acta Partie A : Spectroscopie moléculaire et biomoléculaire. Ils ont divulgué l'innovation au Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, qui a déposé une demande de brevet pour protéger la propriété intellectuelle. L’étude a combiné l’expertise de spécialistes en génie agricole et biologique, en génie biomédical, en informatique, en génie mécanique et en génie scientifique des matériaux. Les co-auteurs de Merck ont fourni les échantillons et assuré la compatibilité de l'étude avec les opérations industrielles.
Les chercheurs ont basé leur nouvel outil sur la spectroscopie Raman, qui utilise un laser pour obtenir l'empreinte moléculaire d'un échantillon.
Il est de nature non destructive et sa capacité à fonctionner avec des échantillons contenant de l’eau le rend idéal pour les échantillons biologiques tels que les vaccins. »
Shreya Athalye, Université Purdue
En 2022, Athalye a co-écrit une étude des laboratoires de Verma et Arezoo Ardekani, professeur de génie mécanique, qui a appliqué la spectroscopie Raman et l'apprentissage automatique pour mesurer la concentration de particules virales dans des échantillons contenant la rougeole, les oreillons et d'autres virus.
La nouvelle étude a démontré l'efficacité de l'outil dans la détection des particules du cytomégalovirus humain (CMV), un membre de la famille de l'herpès. Les chercheurs travaillent avec des particules pseudo-virales dans le cadre de leurs efforts pour développer un vaccin contre le CMV. Le CMV infecte principalement les personnes dont le système immunitaire est affaibli, y compris celles qui reçoivent une greffe. « La structure et le mode d'action du CMV rendent le développement d'un vaccin difficile, mais de nombreux vaccins expérimentaux sont en cours d'évaluation dans le cadre d'essais cliniques », a noté Athalye.
« La technologie d'analyse des processus, ou PAT, a le potentiel de permettre une libération rapide de produits biologiques », a déclaré Verma. « Nous avons travaillé sur ce projet collaboratif avec le laboratoire Ardekani en génie mécanique et avec le groupe Merck pour permettre la PAT à l'aide de la spectroscopie Raman. En démontrant que nous sommes capables de caractériser le CMV à des concentrations et des débits industriellement pertinents, nous soutenons une adoption plus facile de cette approche dans la biofabrication.
L’équipe de recherche n’a connaissance d’aucun rapport antérieur sur un outil de ce type basé sur la spectroscopie Raman pour détecter les particules de CMV. Ce type d'outil, connu sous le nom de technologie d'analyse de processus, offre un contrôle qualité amélioré en surveillant en permanence le processus de production.
« Le fait est que nous voulons analyser la particule au fur et à mesure de sa production », a déclaré Athalye. Et la technologie est suffisamment flexible pour être appliquée à la production d’autres types de vaccins.
Dans une étude de 2020, Verma et ses collègues ont utilisé la spectroscopie Raman pour identifier les contaminants bactériens et fongiques préoccupants pour l’industrie pharmaceutique. Dans ce projet, l’équipe a développé un test permettant de détecter des bactéries 10 fois plus grosses que les virus et dans des conditions statiques. « Dans cette étude, nous avançons avec un système qui permet une surveillance en flux continu », a déclaré Athalye.
De plus, en 2020, Verma et ses co-auteurs ont évalué l’impact du PAT sur la fabrication d’anticorps qui fonctionnent un peu comme les anticorps humains produits naturellement.
Les chercheurs ont testé le nouveau système sous différents débits, notamment le débit de production industrielle et des conditions statiques. « Nous voulions nous assurer que nous développions un outil transférable aux conditions d'exploitation industrielles », a déclaré Athalye. Cela s’applique spécifiquement à la fabrication continue, dans laquelle les vaccins et autres produits sortent sans arrêt de la chaîne de production.
« La fabrication continue est l'avenir. Elle est respectueuse de l'environnement et permet également d'économiser de l'argent et des ressources », a déclaré Athalye. « L'élément essentiel de la fabrication continue consiste à développer un outil de contrôle qualité robuste, ou plus précisément un outil d'analyse des processus. C'est ce qui me motive à faire cette recherche. »
Dans les travaux futurs, l’équipe démontrera l’utilisation de la spectroscopie Raman pour d’autres virus, vaccins et particules semblables à des virus. « Nous démontrerons également le potentiel des méthodes basées sur des sondes pour fournir de tels résultats afin qu'ils puissent être intégrés dans les opérations continues des unités de fabrication », a déclaré Verma.
Ce travail a été financé par l'Institut national pour l'innovation dans la fabrication de produits biopharmaceutiques, l'Institut national des normes et technologies et Merck Sharp & Dohme Corp.
