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De l'œuf à la cellule

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De l'œuf à la cellule

LES VACCINS SONT PRODUITS DANS DES OEUFS DEPUIS PRÈS DE 70 ANS.

© © GSK.

Débutée il y a 70 ans, la production industrielle des vaccins ne cesse d'évoluer. Parmi les dernières avancées, le remplacement des œufs de poule par des lignées cellulaires, l'ajout d'adjuvants ou encore la création de vaccins synthétiques permettent de rendre le process plus rapide, notamment en cas de pandémie, plus sûr ou de combattre des maladies plus virulentes.

Rage, peste, tétanos, tuberculose, hépatite, diphtérie, poliomyélite... Autant de maladies qui ont pu être éradiquées, dans de nombreux pays, grâce à la vaccination. Et dans l'avenir, de grands espoirs sont fondés autour de la lutte contre le sida, la maladie d'Alzheimer ou encore le cancer. Avec toujours ce même grand principe : stimuler les défenses immunitaires de l'organisme en introduisant un antigène, autrement dit un agent infectieux ou une fraction de celui-ci, responsable de la maladie. Ciblant soit un virus, soit une bactérie, la grande famille des vaccins se subdivise en vaccins inactivés, dont l'agent infectieux a été détruit par des procédés chimiques (comme la beta propiolactone, couramment utilisée) ou thermiques, et en vaccins atténués, dont le caractère pathogène de l'antigène a été réduit. Parmi les vaccins viraux atténués, citons à titre d'exemple ceux contre les oreillons, la rougeole, la rubéole ou encore la fièvre jaune. Pour les vaccins viraux inertes : la grippe, la rage ou l'hépatite. Les vaccins bactériens vivants concernent le BCG ou encore les vaccins bactériens inertes, la diphtérie, le tétanos, la coqueluche, le méningocoque... Enfin, une troisième famille de vaccins, dits recombinants et produits à partir de l'ADN synthétique d'un antigène, cible par exemple l'hépatite B.

La mise au point de ces vaccins débute toujours par l'identification d'une nouvelle souche virale ou bactérienne. Dans le cadre d'un réseau de surveillance, des laboratoires du monde entier collectent en routine des échantillons des virus en circulation et les transmettent pour analyse aux centres collaborateurs de l'OMS. La première étape de la production d'un vaccin, notamment contre la grippe annuelle, démarre lorsqu'un centre détecte un nouveau virus présentant des différences sensibles avec les souches en circulation. Il transmet alors cette information à l'OMS. Avant toute chose, ce virus doit être modifié, afin de le rendre moins dangereux et surtout favoriser sa multiplication dans les œufs de poule, méthode de production utilisée par la plupart des laboratoires pharmaceutiques. Pour cela, le virus est mélangé à une souche virale standard de laboratoire et les deux sont cultivés ensemble. Au bout d'un certain temps, un hybride se forme, composé des éléments internes de la souche de laboratoire et des éléments externes de la souche pandémique. Une étape qui nécessite, selon les informations de l'OMS, environ trois semaines. Après une série de tests, visant en particulier à vérifier que le virus hybride produit bien les protéines externes de la souche pandémique, cette nouvelle souche vaccinale est distribuée aux fabricants de vaccins.

Ceux-ci sont tout d'abord chargés de la multiplier afin de pouvoir fabriquer les vaccins. Pour cette étape, les œufs de poule sont donc utilisés depuis près de soixante-dix ans. En effet, ils contiennent un liquide allantoïque dans lequel les virus se développent rapidement. Ils sont également disponibles en très grande quantité. On estime en effet qu'il faut un à deux œufs par dose de vaccin. En conséquence, des millions d'œufs, provenant d'élevages dédiés et soigneusement tracés, sont consommés pour cet usage dans le monde, chaque année. Pourtant, l'utilisation des œufs, à la fois fiable et éprouvée, montre aussi ses limites. En particulier dans le cas du vaccin contre la grippe, renouvelé chaque année avant la campagne de vaccination hivernale. Le véritable tournant de cette réflexion est venu avec la menace de pandémie de la grippe H1N1 et de l'épidémie de grippe aviaire. En effet, le temps d'incubation des œufs limite la rapidité de mise à disposition ainsi que le nombre d'œufs. Par ailleurs, que faire si les élevages eux-mêmes venaient à être contaminés, en cas de grippe aviaire ? De plus, il est connu depuis longtemps que l'utilisation des œufs pose des problèmes pour les patients allergiques, puisque certains composants de l'œuf subsistent dans le vaccin. Enfin, l'utilisation des œufs, par essence tous uniques, nécessite d'importants contrôles sanitaires en amont. D'où l'introduction progressive, depuis quelques années, de la culture sur lignées cellulaires. Dans ce cas, le virus qu'il faut multiplier n'est plus injecté dans le liquide allantoïque de l'œuf mais directement dans des bioréacteurs de 2 à 10 litres contenant des lignées cellulaires adaptées à la culture du virus. Ces lignées sont de deux types : elles se développent soit en suspension dans le milieu de culture, soit ancrées à des microbilles. Dans tous les cas, la multiplication des virus est contrôlée en continu (pH, concentration, température... ) et elle est arrêtée, quand la concentration et le volume de virus attendus dans le milieu sont atteints. Mais les lignées cellulaires ont un avantage de poids. Congelées, elles sont immédiatement disponibles, sans limite en termes de quantités et nécessitent moins de contrôles, puisque tout se passe dans un milieu totalement clos.

Ainsi, Sanofi Pasteur développe depuis quelques années un vaccin contre la grippe saisonnière, obtenu avec la technologie de culture cellulaire PER.C6 (dérivée de cellules embryonnaires humaines) sous la licence de la société de biotechnologie Crucell. Baxter, qui n'a pas souhaité communiquer directement sur le sujet des vaccins, réalise, lui, la culture du virus sur sa technologie propriétaire, une lignée cellulaire dénommée Vero, dérivée des cellules du rein du singe vert africain (vervet), qui lui permet notamment de développer un vaccin contre la grippe. Le 2 décembre dernier, le laboratoire américain a annoncé un accord avec le Japonais Takeda, qui permettra à ce dernier d'utiliser la lignée Vero pour développer des vaccins sur le marché japonais. Pour sa part, Novartis utilise la lignée MDCK, produite à partir de cellules de reins de chien. Enfin, développée récemment, la lignée cellulaire EB66 provient quant à elle de cellules souches embryonnaires de canards. Étape importante de son développement, la FDA vient d'accorder fin novembre à GSK l'autorisation d'initier des essais cliniques de phase 1 pour un vaccin humain contre la grippe produit sur cette lignée. Un premier vaccin vétérinaire produit sur cette lignée est ainsi attendu à l'horizon 2012 et un premier vaccin pour l'homme vers 2015. « Il s'agit du substrat cellulaire le plus proche pour remplacer les œufs de poule. Étant donné que de très nombreux virus ont été adaptés à la culture sur œufs, notre lignée permet ainsi la multiplication de 25 familles de virus », détaille Franck Grimaud, président du directoire de Vivalis, société nantaise propriétaire de cette plate-forme, après le rachat en 1999 des brevets exclusifs auprès de l'Inra, du CNRS et de lENS de Lyon et de l'Université de Caroline du Nord.

Consciente des enjeux, surtout en cas d'une crise pandémique, la FDA s'est elle-même prononcée en faveur de la production à base de lignées cellulaires, dans un guide publié en février 2010 et intitulé « Caractérisation et qualification des substrats de cellules et autres matériels biologiques utilisés dans la production des vaccins viraux dans les indications de maladies infectieuses ». Celui-ci vise à éclaircir et donc à favoriser leur utilisation par les entreprises pharmaceutiques.

Les progrès de la culture cellulaire

Pour autant, cela n'est pas sans poser, là aussi, des difficultés. Ce qui pourrait expliquer que, malgré tous ces avantages, elle ne soit pas encore généralisée. A commencer par le développement de nouvelles lignées lui-même, qui doit réunir de nombreux critères. « Il faut en effet une lignée cellulaire immortelle et stable, qui permette une très haute densité cellulaire, avec un temps de doublement très rapide, et qui puisse pousser sans sérum bovin, mais dans un milieu de culture d'origine non animale. Par ailleurs, il faut qu'elle respecte le cahier des charges réglementaires, tout en permettant de développer à la fois des vaccins, des protéines, des anticorps », souligne Franck Grimaud. De plus, le remplacement de la culture sur œufs par la culture cellulaire peut nécessiter quelques investissements importants. Car bien qu'elles ne soient pas radicalement différentes, certaines étapes ultérieures - extraction et purification au moyen de plusieurs centrifugations, ultrafiltrations et chromatographies - doivent être adaptées au changement de supports et de milieux. Enfin, dernier frein : le temps de réenregistrement. En effet, la production sur œufs étant très bien maîtrisée, pourquoi en changer, surtout sur les process de routine, estiment certains laboratoires. D'où la coexistence de ces deux modes de production. « La transition sera longue », estime Russell Thirsk, responsable de la production des vaccins grippaux chez Novartis, dont les vaccins sont produits avec des œufs au Royaume-Uni et en Italie et avec des cellules en Allemagne et en Caroline du Nord. « Pour certains virus, l'œuf reste aussi le meilleur support, le plus efficace et le plus productif », explique-t-on chez Sanofi Pasteur.

En outre, s'il est une avancée majeure, le remplacement des œufs par des cellules n'est pas la seule évolution dans la production des vaccins. L'optimisation des étapes suivant la multiplication des virus (extraction, purification) en est une autre. A titre d'exemple, chez Sanofi Pasteur, le nouveau candidat vaccin rage combine désormais deux techniques de purification, l'ultracentrifugation et la chromatographie. L'ajout d'adjuvants fait également partie des pistes régulièrement évoquées par les laboratoires. Si cela ne modifie pas directement le process de fabrication (le vaccin et l'adjuvant sont fabriqués en parallèle et mélangés au dernier moment), cela pourrait permettre d'augmenter les capacités de production des vaccins, principal facteur limitant. Ces adjuvants sont en effet des agents chimiques ou biologiques qui augmentent l'immunogénicité des vaccins. Ils facilitent la présentation des antigènes aux cellules immunocompétentes et renforcent ainsi la réaction immunitaire pour une même dose d'antigène vaccinal. Ils peuvent aussi élargir la protection en cas de mutation du virus.

Les bienfaits des adjuvants

L'adjuvant le plus classiquement utilisé est l'aluminium, en particulier dans les vaccins grippaux saisonniers. Selon l'Afssaps, les vaccins pandémiques avec adjuvant qui viennent d'être autorisés comportent des adjuvants d'une génération plus récente dite huile dans l'eau. Leur composition incorpore essentiellement du squalène (substance lipidique qui est présente notamment dans les aliments). C'est le cas pour les adjuvants MF59 et ASO3. « Nous travaillons également sur ce sujet, souligne Sophie Muller, directeur médical vaccins chez GSK France. Nous pouvons aujourd'hui traiter 26 maladies infectieuses mais il reste des maladies trop virulentes, comme le VIH, la tuberculose, la malaria qui pourraient être combattues avec l'ajout d'adjuvants. Concernant la grippe, diminuer la quantité d'antigènes nous permet également d'augmenter nos capacités de production, d'autant que la couverture immunitaire est plus forte et plus durable ». GSK Biologicals, dont le siège mondial est en Belgique, possède dans son portefeuille plus de 30 vaccins enregistrés et 20 autres en développement clinique à différents stades (dont le VIH, la maladie d'Alzheimer en phase 1, la tuberculose, la dengue, l'herpès en phase 2, et la malaria, le cancer du poumon non à petites cellules, le mélanome en phase 3).

D'autres laboratoires considèrent, quant à eux, les vaccins conjugués comme la « nouvelle génération de vaccins », comme l'estime Sofiane Fahmy, directeur opérationnel ventes chez Pfizer, chez qui sont produits deux vaccins : un contre le pneumocoque, produit en Irlande depuis 2000 et un autre contre la méningite de type C produit en Angleterre depuis 1999. D'autres sont également en développement, contre Alzheimer ou la méningite de type B. Ces vaccins sont de purs produits de biologie moléculaire et s'affranchissent totalement des cultures cellulaires ou œufs. Pour cela, la séquence de l'ADN d'une bactérie responsable d'une maladie est reproduite à l'identique à l'aide de polysaccharides. Une fois activés au moyen d'un réactif chimique, ces polysaccharides sont fixés, conjugués à une protéine porteuse afin d'amplifier la réaction. L'étape se déroule en présence du solvant DMSO. Au bout de 80 heures, la réaction est arrêtée et le polysaccharide se referme, prêt à être filtré, purifié puis conditionné.

Enfin, des vaccins d'un autre genre pourraient non plus stimuler le système immunitaire en prévision d'une maladie, mais aider le système immunitaire à combattre une maladie déjà présente : ce sont les vaccins thérapeutiques. GSK travaille ainsi au développement d'immunothérapies anti-cancéreuses spécifiques d'un antigène (ASCI) : une nouvelle classe potentielle de thérapies du cancer visant à apprendre au système immunitaire à reconnaître des antigènes du cancer et à attaquer les cellules cancéreuses qui présentent cet antigène. Déjà centenaire, la production des vaccins n'a de cesse d'évoluer et de s'optimiser.


Le remplacement des œufs par des cellules n'est pas la seule évolution dans la production des vaccins.

Les vaccins du futur seront thérapeutiques.

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