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La chromatographie se fait plus efficace en continu

La chromatographie se fait plus efficace en continu

NOVASEP PROCESS PROPOSE D'INSTALLER DES COLONNES DE CHROMATOGRAPHIE EN SÉRIE POUR UN PROCÉDÉ EN CONTINU.

© © Novasep

Novasep développe sa gamme pour les procédés downstream de purification. La société française mise sur le « continu » et une résine sélective pour les anticorps monoclonaux.

« Les technologies de chromatographie traditionnelles sont souvent difficiles à opérer et ne sont pas forcément toujours très productives », souligne Jean Bléhaut, directeur Marketing et Business development de Novasep. Un constat qui a motivé les développements de la gamme dédiée aux bioprocédés. Créée fin 2006, cette ligne d'équipements et de consommables pour les procédés downstream des bioproductions a été axée sur les étapes de chromatographie et de filtration tangentielle. « Les procédés downstream font appel à trois voire quatre étapes de chromatographie et de filtration tangentielle », indique Jean Bléhaut. D'où l'importance de mettre en œuvre des procédés à la fois efficaces et rapides.

Novasep Process a travaillé sur la fonctionnalité de ces solutions de chromatographie, et notamment sur la phase stationnaire. « Pour la chromatographie de capture d'anticorps monoclonaux, la phase stationnaire est généralement produite à base de protéine A. Or cette résine coûte cher et n'est pas très résistante. Il faut donc la changer très régulièrement. La capture est de loin l'étape la plus coûteuse du process downstream qui représente entre 60 et 80 % du coût de production de l'anticorps », précise Ludovic Chauchat, directeur du marché Bioprocessing de Novasep Process. La société a mis au point une phase stationnaire à base de silice modifiée et de protéine A, nommée AbSolute. Avec des particules d'une taille moyenne de 44 Œm, elle peut être utilisée pour tous les types de chromatographie (à basse, moyenne et haute pression) avec un pH compris entre 1,5 et 9. Selon le fabricant, la combinaison d'une structure rigide et de tailles de particules uniformes rend possibles des opérations à plus haute vélocité, c'est-à-dire la vitesse de la solution pour passer dans la phase stationnaire, supérieure à 1 000 cm/h pour une colonne de plus de 20 cm. « Cette résine permet de réaliser des chromatographie de capture 3 à 5 fois plus vite qu'avec des phases stationnaires classiques à base de protéine A. Les industriels utilisent donc moins de résine pour une même opération ou alors peuvent augmenter leur production avec le même équipement », se félicite Ludovic Chauchat. Dans les bioprocédés, la chromatographie de capture intervient notamment après une étape de clarification à la sortie du bioréacteur. Elle permet de réaliser une première séparation de l'anticorps monoclonal des impuretés présentes dans le milieu de culture. Les quantités de solutions sont encore conséquentes et l'augmentation de la vitesse de l'opération de chromatographie s'avère cruciale.

Pour cette première chromatographie du procédé downstream, Novasep Process propose également une solution en rupture par rapport aux colonnes classiques fonctionnant en batch : la chromatographie en continu nommée BioSC. Les développeurs de Novasep Process sont partis du constat : « dans un procédé batch classique, à peine 50 % de la résine est utilisée. Et, plus on descend dans la colonne, moins la résine est utilisée », note Ludovic Chauchat. Par ailleurs, « si l'opération est réalisée plus vite, la capacité de capture de la résine est alors réduite considérablement », ajoute-t-il. La solution serait donc de travailler très lentement pour mieux utiliser la phase stationnaire. Un temps dont les industriels ne disposent pas toujours. L'utilisation d'à peine la moitié de la capacité de la résine représente également une perte pour les sociétés de biotechnologies. « La phase stationnaire à base de protéine A coûte entre 10 et 12 000 euros le litre », souligne Ludovic Chauchat. Novasep Process propose donc de diviser la colonne de chromatographie.

Utiliser au mieux les capacités de la résine

Les installations de la gamme BioSC sont construites avec deux à six colonnes, montées en série. Une série de vannes contrôlée par un système informatique intégré gère l'utilisation de chacune des colonnes. En effet, toutes les colonnes ne réalisent pas la même opération au même moment, afin « d'utiliser au mieux les capacités de la résine », indique Ludovic Chauchat. Ainsi, si dans un premier temps, la solution est injectée dans toutes les colonnes positionnées en série, quand la première est saturée, une vanne se ferme. La deuxième colonne prend le rôle de la première. Pendant ce temps, la colonne qui ne reçoit plus la solution de charge subit les étapes d'élution, de lavage, de régénération puis d'équilibrage avant d'entrer à nouveau dans la boucle. Et quand la deuxième colonne est saturée, c'est à son tour de subir les étapes d'élution, etc. Ainsi, toutes les colonnes fonctionnent en permanence soit dans la boucle de mise en charge soit pour les opérations d'élution, etc. « Avec ce procédé continu, nous pouvons multiplier par deux voire trois la productivité de la chromatographie par rapport à un procédé batch. Une autre option est de réduire la quantité de la résine, à productivité constante », souligne Ludovic Chauchat. Il cite l'exemple d'une étude de coût réalisée pour un industriel. Il s'agit de la production de 1,4 tonne d'anticorps par an fabriquée en 98 batchs. La chromatographie initiale s'effectue avec une colonne en mode batch de 600 mm de diamètre et une phase stationnaire à partir de protéine A classique. « Nous avons calculé pour des coûts de résine de 10 000 €/l, de solution tampon de 1,5 €/l pour une productivité annuelle en batch de 0,4 litres de résine par kilogramme d'anticorps produits et de 0,2 l en continu. Nous trouvons que le BioSC génère 2,8 M€ d'économie sur l'achat de la résine et de 1,28 M€ pour le tampon, soit une économie totale de 4 M€ par an », détaille Ludovic Chauchat. Et ces calculs ne tiennent pas compte des systèmes de dilution en ligne de la solution tampon, inclus dans les équipements BioSC et qui permettent de réduire les espaces de stockage. En effet, pour ses solutions de chromatographie dédiées aux bioproduits, Novasep Process, la division biomolécules de Novasep, a aussi travaillé sur la dilution en ligne de la solution d'élution. « Les industriels travaillent avec de gros volumes de ce type de solution, ce qui implique des capacités de stockage importantes », précise Jean Bléhaut. La société française a développé un système de dilution en ligne qui permet de stocker de plus petits volumes d'éluant et de réaliser la dilution directement au point d'utilisation. « La diminution de l'encombrement est très importante dans les salles blanches de nos clients », ajoute-t-il. Ce type de skid constitue la gamme Hipersep, et peut être intégré sur des systèmes comme la gamme BioSC. Pourtant, si la gamme de chromatographie BioSC semble intéressante tant pour ses rendements que pour les économies qu'elle permet de réaliser, les industriels n'ont pas encore sauté le pas. « Nous avons des clients très intéressés. Il faut qu'ils s'habituent au procédé en continu et qu'ils s'approprient la technique, de la même façon qu'il a fallu quelques années pour que notre technologie de chromatographie en « lit mobile simulé » soit adoptée par l'industrie pharmaceutique pour la séparation industrielle des isomères optiques », constate le directeur du marché bioprocédés. La société propose des services de mise au point de méthodes de purification des biomolécules, à partir notamment de son site de Pompey. L'occasion de démontrer à ses clients les avantages de ces installations intégrées pour la capture des anticorps. Et pour aller plus loin dans les développements de procédés de biochromatographie, les équipes de Novasep Process travaillent maintenant sur l'introduction d'équipements à usage unique pour ces étapes.

LA FILTRATION, AUTRE ÉTAPE INDISPENSABLE DU DOWNSTREAM

« Novasep est né autour de la technologie de chromatographie pour la séparation d'isomères optiques. Nous avons très vite opéré nos propres techniques pour la purification à façon de petites molécules », rappelle Jean Bléhaut, directeur Marketing et Business development de Novasep. Les développements de la société ont ensuite reposé sur la synthèse à façon de principes actifs pharmaceutiques puis une diversification entamée en 2004 vers la biopurification, avec des technologies de chromatographie mais aussi de filtration membranaire. En septembre 2006, Novasep ajoute une nouvelle technique à sa gamme avec l'acquisition de la société américaine TangenX. Si la société se compose de seulement deux personnes, elle permet au Français de mettre la main sur une technologie de filtration tangentielle à usage unique. « Cela nous permet de proposer des systèmes à usage unique pour environ un quart du prix de nos concurrents. Après la mise sur le marché en 2008, nous avons enregistré une accélération de nos ventes », se félicite Jean Bléhaut. Aujourd'hui, l'activité Biopharma qui représente plus de 40 % du chiffre d'affaires de la division Novasep Process est celle qui connaît la plus forte progression dans le groupe. En 2010, Novasep a enregistré un chiffre d'affaires d'environ 300 millions d'euros.

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