L’émergence des thérapies cellulaires et géniques de cette dernière décennie a entrainé un essor du biomanufacturing et une demande croissante pour des systèmes de cultures cellulaires capables de fournir un produit répondant à l’outil d’assurance qualité, Bonnes Pratique de Fabrication (BPF), et montrant une efficacité thérapeutique. Les outils développés visent à adresser ce besoin en fournissant des informations quantitatives et qualitatives sur les cellules, leur processus de mise en culture et, par conséquent, leur expansion: numération, viabilité, consommation de métabolites… Ces solutions se distinguent habituellement en quatre catégories : off-line, at-line, on-line et at-line.
Figure 1 – comparaison des différents modes d’échantillonnage dans une culture cellulaire en bioréacteur
L’iLine F PRO d’Ovizio est un analyseur en ligne qui propose une solution de suivi de culture cellulaire en continu (un point de mesure toutes les 30minutes). L’analyseur est branché au bioréacteur en circuit fermé au moyen du BioConnect, un consommable à usage unique composé d’une chambre de comptage. Un système de pompe intégré à l’analyseur aspire la suspension cellulaire du bioréacteur en continu pour l’envoyer dans la chambre de comptage où l’échantillon sera imagé puis analysé. L’avantage clef est l’utilisation d’un circuit fermé qui réduit drastiquement le risque de contamination externe.
Figure 2 : iLine F PRO (gauche) connecté en mode on-line à un bioréacteur type « wave bag » (droite). L’iLine F pro est doté d’une pompe et accueille son consommable, le « BioConnect » qui est équipé de tubes servant à prélever l’échantillon depuis le bioréacteur pour l’amener jusqu’à la cellule de comptage et réinjecter
l’iLine F PRO s’appuie sur la microscopie en contraste de phase quantitative, une technologie qui n’implique pas de marquage cellulaire. Une fois l’image acquise, des algorithmes propriétaires permettent d’identifier chaque cellule individuellement (fig. 3 – cell identification). La combinaison des deux éléments précédents permet alors d’extraire jusqu’à 30 paramètres par cellule : diamètre, volume, circularité, élongation cellulaire, régularité de la membrane… (fig. 3 – cell measurement). L’utilisation d’algorithmes de machine learning (ML) permet de combiner ces paramètres pour générer une signature phénotypique avancée et en extraire : numération, viabilité, diamètre et circularité cellulaire (fig. 3 – cell classification).
Figure 3 : Illustration du processus menant de la capture d’une image par l’iLine F PRO à une analyse quantitative de la viabilité cellulaire. Ce même processus permet également de mesurer l’activation lymphocytaire ou l’efficacité de transduction
Ces algorithmes peuvent également être adaptés à façon pour quantifier des mécanismes biologiques spécifiques : efficacité de transduction/infection, activation lymphocytaire… Pour ce faire, un grand nombre de données sont générées avec l’iLine F PRO et un instrument de référence (méthode off-line) de type cytomètre en flux ou microscope. Ainsi nous comparons la répétabilité et la justesse de la méthode alternative (iLine F PRO) à la méthode de référence.. A titre d’exemple, l’iLine F PRO utilise les paramètres liés à la forme cellulaire pour déterminer la viabilité, une explication logique dans un contexte d’apoptose. Pour la mesure de l’infection de cellules Sf9 par Baculovirus, l’algorithme s’appuie entre autre sur l’augmentation du diamètre cellulaire post-infection.
Le système est également compatible avec un serveur OPC et permet dès lors une automatisation des étapes de culture cellulaire lors du développement des bioprocédés : automatisation de la vitesse d’approvisionnement en nutriments, selon la croissance cellulaire, notification en cas de chute de viabilité, . Cette automatisation permet de réduire le temps de culture, s’affranchir de toutes manipulations par un opérateur (risque de contamination) et optimiser la croissance cellulaire (meilleur rendement).
La solution proposée par Ovizio se résume en plusieurs avantages :
– Automatisation pour une manutention minimale
– Fonctionnement en circuit fermé pour une réduction des risques de contamination
– Combinaison de la microscopie et l’intelligence artificielle pour un suivi qualitatif et quantitatif de la culture cellulaire : numération, mesure de viabilité, infection/transduction, activation lymphocytaire.
– Imagerie des cellules afin de permettre à l’opérateur de garder le contrôle sur la culture cellulaire.
Ovizio présentera son activité au Congrès Cell and Gene Therapies vol.4 des 15 et 16 septembre 2021au Brussels South Charleroi BioPark