Une exploration des avantages du downstream process pour les industries pharmaceutiques, cosmétiques et agronomiques
Le Downstream Process (DSP), également connu sous le terme de traitement en aval, représente une phase cruciale dans la production de composés destinés aux industries pharmaceutiques, cosmétiques, agronomiques, et bien d’autres. Cet article se penche sur la définition du DSP et met en évidence son importance dans l’optimisation de la valorisation des ressources naturelles. En particulier, il examine les différentes étapes du DSP, de la récolte à la formulation, en mettant en avant les méthodes de purification telles que la chromatographie et les techniques de traitement en aval, telles que la stérilisation et la formulation.
Définition du downstream process
Le downstream process est défini comme la séquence des opérations nécessaires à la production de composés destinés aux industries pharmaceutiques, cosmétiques, agronomiques, etc. Le DSP constitue les différentes étapes effectuées après celles de croissance et de prolifération cellulaires jusqu’à la synthèse des produits ou la formulation des produits issus de la culture. Il consiste en l’extraction et la purification d’un produit cible (d’une molécule d’intérêt) d’origine naturelle contenu dans un milieu plus ou moins complexe généralement issue de cultures cellulaires animales, végétales ou de micro-organismes. Il permet d’obtenir des produits finaux purs, sûrs et conformes aux normes réglementaires, assurant ainsi la qualité du produit final.
Le downstream process permet donc la purification de composés actifs (et de ce fait la réduction des impuretés). Le plus souvent, le produit final peut être des anticorps monoclonaux, des protéines, des oligonucléotides, des polysaccharides ou des substances entrant dans la composition de divers vaccins.
Les différentes étapes associées au downstream process peuvent varier en fonction de la nature du produit biologique, des technologies disponibles et des réglementations spécifiques de l’industrie.
- Récolte de la culture cellulaire
- Filtration des impuretés
- Concentration et purification du produit
- Traitement en aval du produit final
Les étapes du downstream process
Les étapes du DSP varient en fonction de la nature du produit biologique, des technologies disponibles et des réglementations spécifiques à l’industriel.
Récolte et filtration des produits
Outre le fait d’obtenir le produit, cette première étape est le premier maillon de la chaîne d’optimisation du rendement et de la qualité du produit final.
Augmentation de la concentration
La capture primaire constitue l’étape de séparation des impuretés et des sous-produits tout en conservant le produit final. Dans cette étape, les débris issus de la culture cellulaire sont déjà presque tous éliminés.
La séparation des produits s’opère généralement par centrifugation, filtration, extraction ou encore sédimentation.
- La filtration permet la séparation de constituants en mélange contenant une phase liquide et une phase solide au travers d’un milieu poreux.
- L’ultrafiltration est une méthode de séparation membranaire qui filtre les particules d’une taille comprise entre 1 et 100 nm. Les cellules sont retenues en amont du filtre.
- La diafiltration et la conjugaison de dilution et de filtration. L’ajout d’un solvant tel que l’eau distillée ou une solution tampon permet de diluer le composé à purifier et à éliminer les impuretés via un filtre.
- La centrifugation est une méthode permettant la séparation des produits contenus dans un liquide par la force centrifuge. Les éléments sont séparés par leur poids moléculaire : après l’étape de centrifugation, les composés à haut poids moléculaire se situent vers l’extérieur, entrainés par la force centrifuge tandis que les composés de faible poids moléculaire restent en surface. Ces derniers peuvent alors être aisément récupérés. Certaines techniques comme la centrifugation en gradient de saccharose permettent d’affiner ce processus en créant des zones de localisation de poids moléculaires intermédiaires.
- La sédimentation (ou décantation) est un processus consistant à laisser sédimenter les particules en suspension dans un liquide pour les séparer.
- L’extraction permet l’obtention sélective de composés grâce à un ensemble de méthodes conventionnelles ou nouvelles.
- Les méthodes conventionnelles font souvent appel à l’entrainement à la vapeur comme l’extraction par Soxhlet, en mode batch ou la sonication.
- Les méthodes nouvelles utilisent par exemple les micro-ondes, les fluides supercritiques (comme le CO2) ou subcritiques (comme l’eau), l’extraction solide-liquide (techniques chromatographiques classiques) ou liquide-liquide (chromatographie de partage centrifuge)
Purification
Elle est généralement effectuée par une méthode chromatographique préparative. Elle permet la séparation des constituants grâce à la différence de vitesse de migration des solutés le long d’un dispositif présentant deux phases non miscibles (la phase mobile et la phase stationnaire). Il en existe un grand nombre qui s’appliquent selon la nature du produit. Par exemple, nous pouvons citer :
- La chromatographie liquide utilise une phase mobile constituée d’un ou plusieurs solvants purs.
- La chromatographie gazeuse utilise un gaz comme vecteur.
- La chromatographie en phase supercritique utilise un fluide supercritique.
Traitements complémentaires
Les traitements complémentaires diffèrent selon le produit et son emploi. Il peut s’agir d’une étape de stérilisation, de formulation, auxquelles s’ajoutent des tests de contrôle qualité.
- La stérilisation garanti l’innocuité de la substance active en éliminant tout agent pathogène potentiel.
- La formulation est une étape de transformation opérée dans le but de transformer une substance médicamenteuse en médicament à l’aide d’excipients. Elle améliore la stabilité de la substance active, sa solubilité et son administration.
- Le contrôle qualité garanti quant à lui la qualité et la conformité du produit aux normes réglementaires en vigueur.
Les traitements complémentaires peuvent également inclure la gestion des ressources et des risques biologiques ainsi que le traitement des déchets issus des activités en amont. L’intérêt est ici d’obtenir un impact environnemental positif en améliorant l’efficacité du processus de transformation, en réduisant les coûts de production, en contribuant à réduire les déchets, et à rendre la production plus durable.
Conclusion
En conclusion, l’optimisation de la valorisation des ressources naturelles repose sur le rôle central du downstream process. Ce processus complexe, constitué de multiples étapes de purification et de traitements complémentaires, assure la production de produits finaux répondant aux normes les plus strictes. De la récolte initiale à la formulation finale, le DSP joue un rôle crucial dans la création de substances actives pures et sécuritaires. En outre, les traitements complémentaires contribuent à la durabilité environnementale en gérant efficacement les ressources et les risques biologiques, tout en minimisant les déchets. Ainsi, en comprenant et en optimisant le DSP, il est possible d’exploiter de manière efficiente les ressources naturelles pour répondre aux exigences croissantes des industries biotechnologiques modernes.
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