Development of Fed-Batch and Perfusion Strategies for Intensified Influenza Virus Production in Cell Culture Processes

Les procédés de culture cellulaire sont de plus en plus considérés comme une alternative plus flexible, plus évolutive et plus réactive que les systèmes traditionnels à base d'œufs pour la production de vaccins contre le virus influenza. Pour devenir une plateforme rentable, les processus de production de virus à partir de cultures cellulaires doivent être intensifiés, ce qui, jusqu'à présent, a été réalisé presque exclusivement par le développement d'opérations en mode perfusion. Si les procédés en mode perfusion permettent généralement d'obtenir des densités cellulaires plus élevées, et donc une meilleure productivité, les volumes importants de milieu de culture consommés entrainent des défis au niveau de la préparation et de la gestion des courants d’entrée et de sortie, notamment dans les opérations à grande échelle. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse était de développer des stratégies d'alimentation efficaces pour intensifier la production de virus influenza dans des processus de culture cellulaire visant à minimiser la consommation de milieu de culture. Pour ce faire, des stratégies d'alimentation en modes fed-batch, perfusion et hybride ont été développées sur la base d'une approche simplifiée permettant d'évaluer le métabolisme général des cellules en fonction de la consommation des principaux nutriments. Dans la première partie de ce travail, nous avons développé des procédés pour intensifier la production de virus influenza dans des cultures à haute densité de cellules HEK293. En utilisant des spin tubes comme modèle à petite échelle, nous avons conçu un mode d’opération hybride fed-batch/perfusion et un mode perfusion basée sur : i) une stratégie fed-batch dynamique, dans laquelle l'ajout de milieu de culture concentré a été effectué en fonction de la croissance cellulaire et du profil métabolique principal des cellules; ii) une stratégie de perfusion, dans laquelle le milieu de perfusion a été enrichi avec du milieu de culture concentré afin de réduire le taux de perfusion requis. Les processus établis ont ensuite été transposés à un bioréacteur couplé à un module de filtration en profondeur à flux tangentiel (Tangential Flow Depth Filtration, TFDF) comme dispositif de rétention des cellules. Ces stratégies ont permis de produire efficacement dans des cultures infectées entre 8–10 ×106 cellules/mL, résultant en une augmentation de plus de 4 fois de la production totale et de 3 fois du rendement espace-temps (space time yield, STY), par rapport à une culture référence opérée en mode batch et à faible densité cellulaire. Nous avons ainsi démontré que les stratégies d'alimentation qui minimisent la consommation de milieu de culture sont adaptées à la fabrication de virus influenza à grande échelle.