Mario Jolicoeur, ing., Ph.D. - groupes.polymtl.ca · (cellules immobilisées ou en suspension) zstratégies de récupération et purification des produits Production via des catalyseurs

LE GÉNIE PHARMACEUTIQUE

ou le rôle d’un ingénieur chimiste dans le domainepharmaceutique

Mario Jolicoeur, ing., Ph.D.

Professeur adjointdépartement de génie chimique

École Polytechnique de Montréal

L’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

Les impératifs :

Découvrir de nouvelles molécules (3 à 5 par année!)Déterminer les moyens de production économiques• chimie de syntèse• biotechnologie

• extraction à partir d’organismes vivants(ex. lapins, cochons, plantes)

• culture de cellules de divers organismes(microorganismes, cellules et tissus d’animaux et de plantes)

Faire approuver la molécule et le procédé de production par les organismes de régulation (Santé Canada, Food and Drug Administration (FDA) aux É.-U.)


Découvrir de nouvelles molécules

De 3 à 5 nouvelles molécules par annéetamisage à partir de plusieurs centaines évaluées

Modifications de molécules existantesstructure chimique

( effets secondaires, efficacité, spécificité)Recherche médicale

évolution de la compréhension de maladies(déterminer la molécule active idéale)

Médecine traditionnelleparcourir la planète à l’affût de recettes miracles

(plantes, concoctions)

L’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUEDéterminer les moyens de production économiques

Déterminer quel est le procédé de production assurant un retour sur l’investissement

• chimie de syntèse(les procédés comportant généralement moins de 10 étapes)

• biotechnologie(procédés complexes et/ou comportant plus de 10 étapes)

réactifsproduit(s)Réactions

chimiquesou

catalyseurbiologique

purification

L’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUEDéterminer les moyens de production économiques

molécule(s)

Les activités de recherche

Ingénieur biochimiste

• Conception de bioréacteurs

• Mise au point de bioprocédés

• Optimisation de bioprocédés

• physiologie• nutrition• métabolisme

Organismes procaryotesbactéries : ex. Candida zeylanoïdesproduction de L-tryptophan, un acide aminé essentielnon synthétisé par l’hommelevures : ex. Pichia : production d’héparinase, un anti-coagulant

Organismes et cellules eucaryoteschampignons : ex. Penicillium chrysogenum, Aspergillus nidulans : production d’antibiotiquesActinomucor elegans, Aspergillus flavipes, etc. :production de stéroïdes

Production via des catalyseurs cellulaires


Organismes et cellules eucaryotescellules de plantes et racines transformées• métabolites secondaires : agents anti-cancerex. l’if produit le taxol

et la pervenche la vincristine

ces molécules empêchent la division cellulaire descellules cancéreuses

• on peut aussi incorporer des gènes codant pour des protéines d’intérêts : ex. anticorps monoclonaux



Organismes et cellules eucaryotescellules d'insectes• infection par des virus modifiés (ex. baculovirus) :ajout de gènes codant pour des protéines d’intérêts(protéines recombinantes)



Organismes et cellules eucaryotescellules mammifères• hybridomes (cellules normales + cellules cencéreuses)(anticorps monoclonaux : trousses diagnostiques)

• infection par des virus modifiés (ex. adénovirus) :ajout de gènes codant pour des protéines d’intérêts(production de protéines recombinantes)

• infection par des virus modifiés (ex. adénovirus) :ajout de gènes codant pour des protéines d’intérêts(prduction du virus dans un but de thérapie génique)



Choix des équipements de production

Particularités physiologiques des cellulesrésistance au stress mécanique

bactéries > levures >>> cellules végétales > cellules animales

niveau de la consommation en oxygènebactéries ≈ levures >>> cellules végétales ≈ cellules animales

produit intracellulaire ou extracellulaire ?




Particularités physiologiques des cellulesrésistance au stress mécanique

bactéries > levures >>> cellules végétales > cellules animales

type d’agitateurconfiguration du bioréacteurconfiguration des périphériques




Particularités physiologiques des cellulesniveau de la consommation en oxygène

bactéries ≈ levures >>> cellules végétales ≈ cellules animales

• type d’agitateur• configuration du bioréacteur• stratégies d’opération




Particularités physiologiques des cellulesproduit intracellulaire ou extracellulaire

configuration du bioréacteur (cellules immobilisées ou en suspension)

stratégies de récupération et purification desproduits



Choix des équipements de productionCSTR (agitation mécanique) 1 - 1500 L

bactéries, levures, cellules végétales et animales

AIRLIFT (agitation par bullage) 1 - 300 000 Lbactéries, levures, cellules animales



Équipements de productionoriginaux: rubans hélicoïdaux

Jolicoeur M., Chavarie C., Carreau P.J.,Archambault J. (1992)Biotechnol. Bioeng. 39: 511-521

Cellules sensibles au cisaillement(cellules de plantes, animales)



Les activités de rechercheConception de bioréacteurs et mise au point de

bioprocédés

gazo-siphon brouillard Garnissagesrubans

hélicoïdaux

Cellules sensibles au cisaillement

Cellulesvégétales, animales Racines transformées

Équipements de production

CSTR 200-L



Santé Canada et la Food and Drug Administration (FDA) aux É.-U.

Validation du procédé de production, un préalable àl’homologation du produit

AseptieDesign : canalisation, équipements, procéduresProcédures de nettoyage: pyrogènes, surfaces neutres

• Procédures de stérilisation• Séquence des opérations

Organismes de régulation


Bonnes pratiquesNormes (matériaux, produits)

Procédures d'opération standard

GLP (pour Good laboratory practices)

cGMP (pour current Good manufacturing practices)

Salle propre (confinement des travaux)

Organismes de régulation


- Microbiologie: manipulations, cellules, aseptie- Enzymologie: biocinétiques, suivi de la production- Production pharmaceutique

a) normes (GLP, cGMP, matériaux)b) aseptie (moyens)c) procédés (instrumentation, production,

récupération des produits)

Où se situe la microbiologie


- Optimisation de bioprocédés de production(ingénierie métabolique, physiologie nutritionnelle)

- Processus de transfert des procédéspharmaceutiques(transfert de masse et de chaleur, procédés de séparation-purification)


Rôle de l’ingénieur en génie pharmaceutique

La recherche à Polytechnique

purificationR. Legros

commandedes procédés

M. Perrier

géniemétaboliqueM. Jolicoeur

bact. levuresD. Groleau(IRB, CNRC)

biomédicalM. Buschmann

cellulesanimalesA.KamenB.Massie(IRB, CNRC)


relarguagecontrôléB. Favis

Optimisation de bioprocédés de production:génie métabolique

(optimisation des capacités catalytiques des cellules)

• knock-out de gènes (éliminer certains enzymes)• sur-expression de gènes (ajouts par des plasmides)• jeu nutritionnel (optimisation/modulation desconstituants du milieu de culture)

E. coli, cellules de plantes, d'insecte et de mammifères

Voies de recherche


génie métabolique potentielmembranaire

transportactif

(substrats)

métabolisme cellule

produit(s)

Na+, K+

NO3-, H2PO4

-,, glucides


Voies de recherche


Optimisation de bioprocédés

physiologie - nutrition - métabolisme

vacuole

cytosolnutriments• Phosphate• Azote

libre

stock(c)stock(v)

une cellule

produits,métabolites




vacuole

cytosolnutriments• Phosphate• Azote

libre

stock(c)stock(v)

une celluleHypothèsela dynamiquestocks - libredes nutrimentsest une clémétabolique

produits,métabolites




Hypothèse : clé métabolique

La connaissance des dynamiques intracellulaires de nutriments clés pourrait permettre d’orienter le métabolisme cellulaire

• contrôler la qualité du produit• maximiser les productivités

Les

activ

ités

de re

cher

che

À v

e nir

:

Ingénierie cellulaire : optimisation des voies métaboliques

perv

ench

e de

Mad

agas

car

• Équipements : design, réingénierie

• Procédés de production :• mise au point et/ou optimisation• ingénierie métabolique, physiologie nutritionnelle

• Récupération des produits :• hydrodynamique(écoulement du fluide contenant le produit)• transfert de masse(ex. diffusion dans les colonnes d’affinité)


Rôle de l’ingénieur en génie pharmaceutique

0. Besoins mondiaux : 18 000 emplois d’ici 20051. Industries pharmaceutique et alimentaire

2. Industrie satellite- équipements de production- récupération des produits

3. Instituts de recherche- IRB : Institut de recherche en biotechnologie

Groupe de culture de cellules animales, Usine pilote

- CRDA : Centre de recherche et de développement des aliments

Lieux d’emploisL’INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE

Documents

Mario Jolicoeur, ing., Ph.D. - groupes.polymtl.ca · (cellules immobilisées ou en suspension) zstratégies de récupération et purification des produits Production via des catalyseurs