Processus de purification en aval à l'échelle industrielle pour le vaccin contre la rhinotrachéite infectieuse bovine (IBR) – Section "Ultrafiltration"
La rhinotrachéite infectieuse bovine (IBR) est causée par une infection par le virus de la rhinotrachéite infectieuse bovine (IBRV), également connu sous le nom d'herpèsvirus bovin de type 1 (BHV-1). La maladie se caractérise principalement par des symptômes respiratoires et des avortements. En plus de ces manifestations cliniques, l’IBR peut entraîner une diminution de la production laitière chez les bovins laitiers et une diminution du gain de poids chez les bovins de boucherie, entraînant ainsi des pertes économiques importantes pour les élevages.
La maladie est de nature immunosuppressive. Lorsqu’elle survient sous la forme d’une infection unique, sa pathogénicité est relativement faible ; cependant, lorsque des infections mixtes avec d’autres maladies virales ou bactériennes surviennent, la gravité et les dommages augmentent considérablement. La vaccination est la méthode de prévention et de contrôle la plus efficace, avec deux principaux types de vaccins disponibles : les vaccins vivants atténués et les vaccins inactivés. Actuellement, les vaccins contre la rhinotrachéite infectieuse bovine utilisés dans les élevages sont majoritairement des vaccins inactivés.
Les vaccins vivants atténués se caractérisent par une forte immunogénicité, une apparition rapide de l’immunité et une longue durée de protection (généralement plus de six mois). Ils sont couramment utilisés pour la vaccination d’urgence lors d’épidémies. Cependant, ils comportent des risques potentiels d’excrétion du virus, présentent des risques pour les vaches gestantes et ne peuvent pas être utilisés chez les bovins infectés de manière latente mais asymptomatiques.
Les vaccins inactivés se caractérisent par une sécurité élevée, sans risque d’excrétion du virus ou de retour à la virulence, et sont considérés comme absolument sûrs. Ils peuvent être utilisés chez les bovins à tous les stades, y compris les vaches gestantes, les veaux et les taureaux reproducteurs. Cependant, l’apparition de l’immunité est relativement lente et la durée de la protection est plus courte, c’est pourquoi des vaccinations de rappel sont généralement nécessaires. Dans certains cas, l’efficacité protectrice peut être plus faible que celle des vaccins vivants atténués.
Qu'un vaccin vivant atténué ou un vaccin inactivé soit utilisé, le processus de purification en aval peut être divisé en quatre étapes principales : récolte et clarification → concentration et purification primaire → purification par polissage → inactivation/filtration stérile et formulation.
La concentration est une étape essentielle du processus de purification en aval des vaccins, immédiatement après la clarification. Son objectif principal est de réduire rapidement la solution clarifiée de virus récoltée en grand-volume et faible-concentration en une forme de petit-volume et haute-concentration tout en maintenant la bioactivité virale. Cela crée les conditions nécessaires pour des étapes ultérieures de purification fine à haute-résolution mais à faible-capacité, telles que la chromatographie.
Cette étape est généralement réalisée par ultrafiltration à flux tangentiel (TFF). Le principe est le suivant : la solution d’alimentation virale s’écoule parallèlement à la surface d’une membrane d’ultrafiltration présentant une taille de pores spécifique. Sous pression, les petites molécules telles que l’eau, les sels et certaines impuretés traversent perpendiculairement la membrane et sont éliminées, tandis que les particules virales intactes, beaucoup plus grosses que les pores de la membrane, sont retenues, recirculées en permanence et concentrées. Par rapport à la centrifugation traditionnelle à grande vitesse-, cette méthode est plus douce pour les virus fragiles comme l'IBRV, qui ont une enveloppe lipidique. Il réduit efficacement les dommages structurels des virus et la perte d'activité causés par des forces de cisaillement élevées et se prête mieux à une mise à l'échelle linéaire-pour la production industrielle.
Une opération de concentration réussie va bien au-delà d’une simple réduction de volume. Les points clés de l'optimisation du processus comprennent : le contrôle précis de la pression transmembranaire et du débit d'alimentation pour équilibrer l'efficacité de la filtration tout en minimisant la polarisation de la concentration et l'encrassement de la membrane ; sélectionner le matériau de la membrane et la taille des pores appropriés pour garantir une rétention élevée du virus et un flux de perméat élevé ; et trouver l’équilibre optimal entre la récupération du virus, le facteur de concentration et le temps de traitement. La suspension virale concentrée atteint non seulement un titre significativement plus élevé, mais atteint également une purification préliminaire en éliminant une grande partie des impuretés solubles dans l'eau-. Cela fournit la base de volume et de concentration nécessaire pour les étapes de raffinement critiques ultérieures, telles que la chromatographie et le traitement aux nucléases, faisant de la concentration un centre d'efficacité central dans l'ensemble du processus en aval.
La diafiltration secondaire est une étape critique de la purification en aval du vaccin, positionnée après la purification fine et avant la formulation. Elle est généralement réalisée après une chromatographie et un traitement par nucléase. Son objectif principal n'est pas la concentration initiale, mais l'échange de systèmes et l'ajustement précis des conditions finales de formulation. Le processus est effectué dans un système d'ultrafiltration à flux tangentiel (TFF), dans lequel un tampon de formulation frais et propre est ajouté en continu à la solution virale concentrée en circulation, tandis que le solvant d'origine et les petites impuretés moléculaires - sont éliminés. Cette opération élimine efficacement et en douceur les sels résiduels, les solvants organiques, les produits de dégradation des nucléases et les traces d'impuretés solubles restant du processus de purification.
La clé est de maintenir un volume constant ou d’appliquer des ajustements mineurs de concentration pour garantir que la concentration en virus répond aux spécifications de la formulation. Pour les virus fragiles et enveloppés tels que le virus de la rhinotrachéite infectieuse bovine (IBRV), l’environnement hydrodynamique doux de la diafiltration secondaire est crucial pour préserver l’intégrité et l’immunogénicité des particules. En fin de compte, cette étape fournit une base solide pour l'inactivation ultérieure (si nécessaire), l'ajout d'adjuvant ou de stabilisant et le remplissage final, garantissant que le produit final entre dans la formulation avec des composants définis, des conditions uniformes et une bonne compatibilité. Il s'agit donc de l'une des étapes essentielles pour garantir la sécurité, la stabilité et la cohérence d'un lot à l'autre des vaccins.
L'IBRV est un virus à ADN linéaire double-enveloppe avec une enveloppe approximativement sphérique. Les particules matures d'IBRV ont un diamètre d'environ 160 à 230 nm. En conséquence, l’utilisation de membranes d’ultrafiltration de 100, 300 ou 500 kDa peut retenir l’IBRV tout en éliminant certaines protéines contaminantes. Le taux de récupération par ultrafiltration des cassettes à membrane Jiuling Technology varie en fonction du type de matière première, mais atteint généralement 90 à 95 %.