Inactiver les agents pathogènes avec des électrons à faible énergie

Pour un procédé de fabrication de vaccins plus efficace, plus rapide et plus respectueux de l'environnement, ils reçoivent le prix Fraunhofer « Technologie pour l'homme et son environnement » : Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey et Martin Thoma (de gauche à droite). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / Ayant reçu le prix Joseph von Fraunhofer pour le développement d'un procédé de production de vaccins plus rapide, plus efficace et plus écologique : Frank-Holm Rögner, Dr. Sebastian Ulbert, Dr. Jasmin Fertey et Martin Thoma (de gauche à droite). © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Fabrication de vaccins sans produits chimiques, plus sûre et plus rapide grâce à l'utilisation de rayons électroniques. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski / L'utilisation de faisceaux d'électrons garantit une production de vaccins plus rapide, fiable et sans produits chimiques. © Fraunhofer / Piotr Banczerowski

Les vaccins sont actuellement de grands espoirs. Après tout, ils doivent aider à préparer la société contre la COVID-19 et à ouvrir la voie à une vie normale. Bien que l'accent soit actuellement clairement mis sur le virus Corona – mais les vaccins contre d'autres agents pathogènes sont également essentiels. Une équipe de chercheurs de trois instituts Fraunhofer a développé une production de vaccins, plus efficace, plus rapide et plus respectueuse de l'environnement par rapport à la fabrication conventionnelle – et reçoit à cette fin le prix Fraunhofer « Technologie pour l'homme et son environnement ».

Les méthodes de production de vaccins sont connues depuis des décennies. Mais avec une nouvelle procédure pour la production de « vaccins inactivés » (vaccins morts), il sera possible à l'avenir de fabriquer des vaccins non seulement plus rapidement, mais aussi de manière plus écologique, plus efficace et moins coûteuse qu'auparavant. Représentant leurs équipes, le Dr Sebastian Ulbert et le Dr Jasmin Fertey de l'Institut Fraunhofer pour la thérapie cellulaire et l'immunologie (IZI) de Leipzig, Frank-Holm Rögner de l'Institut Fraunhofer pour l'électronique organique, la technique à faisceau d'électrons et la technologie au plasma (FEP) de Dresde, ainsi que Martin Thoma de l'Institut Fraunhofer pour la production et l'automatisation (IPA) de Stuttgart, ont été récompensés en 2021 par le prix Fraunhofer « Technologie pour l'homme et son environnement ». Le jury souligne notamment « la méthode simple et efficace, qui conserve largement les structures essentielles à l'effet du vaccin et évite complètement l'utilisation d'additifs chimiques ».

Électrons accélérés au lieu de chimie : tuer les virus en millisecondes

Jusqu'à présent, la fabrication de vaccins morts repose sur des produits chimiques : les agents pathogènes sont conservés avec des produits chimiques toxiques, principalement du formaldéhyde – jusqu'à ce que l'information génétique des virus soit complètement détruite et qu'ils ne puissent plus se reproduire. On parle alors d'inactivation. Cependant, cela pose plusieurs problèmes : d'une part, le produit chimique détruit également une partie des structures externes dont le système immunitaire a besoin pour produire des anticorps. De plus, lors de la fabrication industrielle de vaccins, de grandes quantités de produits chimiques toxiques sont utilisées, ce qui pose un défi pour la sécurité au travail et constitue une charge pour l'environnement. Et selon le virus, il peut falloir des semaines, voire des mois, pour que les virus soient réellement « tués ».

La nouvelle approche de l'équipe d'experts du Fraunhofer évite tous ces inconvénients. « Au lieu d'inactiver les virus avec des produits chimiques toxiques, nous les bombardons avec des électrons », explique Ulbert. « La couche externe des virus reste presque totalement intacte, nous n'avons pas de produits chimiques à éliminer, et tout le processus ne dure que quelques secondes. » La difficulté à surmonter : les électrons ne peuvent pénétrer que quelques centaines de micromètres dans les liquides, perdant ainsi progressivement de l'énergie. Pour que les virus flottant dans le liquide soient tués de manière fiable par les électrons, le film de liquide ne doit pas dépasser environ 100 micromètres d'épaisseur – et doit également être transporté de manière uniforme. « Cela nécessitait une technique d'installation sophistiquée, c'est pourquoi nous avons fait appel à l'IPA Fraunhofer », raconte Rögner.

Vers une application industrielle

Martin Thoma a développé deux approches à l'Institut Fraunhofer IPA pour relever ce défi. « Le module en sac convient pour des essais préliminaires significatifs, tandis que le module en rouleau est plus adapté pour de plus grandes quantités », décrit le physicien diplômé. Avec cette installation, Fertey a notamment étudié la grippe, Zika, l'herpès ainsi que de nombreuses bactéries et parasites, traités par des électrons ciblés via le module en sac et en rouleau. « Nous avons réussi à inactiver toutes les classes d'agents pathogènes de manière sûre et efficace », se réjouit la biologiste.

Le prototype a été achevé en 2018, mis en service à l'IZI Fraunhofer et développé davantage. Dès l'année suivante, l'équipe de chercheurs a trouvé un partenaire de licence et a sécurisé par contrat des revenus de licence d'environ un million d'euros. Dans environ cinq à sept ans, ces modules de production, de la taille d'un réfrigérateur, pourraient être intégrés à la production pharmaceutique pour fabriquer des vaccins – rapidement, écologiquement et efficacement.