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Agriculture moléculaire : comment les produits pharmaceutiques à base de plantes peuvent-ils révolutionner le développement et la fabrication des médicaments ?

La demande croissante de molécules médicamenteuses, en particulier les anticorps monoclonaux, renforce la nécessité de recourir à des plates-formes de production alternatives. La récente approbation d’un vaccin fabriqué à partir de plantes nommé Covifenz par la société canadienne Medicago Inc. pour traiter la COVID-19 en début 2022, a donné une impulsion importante à l’utilisation des plantes pour la production de médicaments, de plus en plus populaire. Même si les lignées cellulaires CHO et E.coli sont encore considérées comme des références pour la production de protéines recombinantes et de biopharmaceutiques, l’utilisation des plantes comme plateforme de production de médicaments s’avère de plus en plus efficace. Dans cet article, Alcimed examine le potentiel de l’agriculture moléculaire pour révolutionner le développement et la fabrication de médicaments.

Un nouveau moyen de production de pharmaceutiques

La production de protéines recombinantes à partir de plantes est souvent appelée « moléculture végétale » ou « agriculture moléculaire ».

L’idée de produire des médicaments à base de plantes a été proposée pour la première fois dans les années 80. Cependant, le premier médicament commercial, Elelyso (taliglucerase alfa), n’a été lancé sur le marché et approuvé par la FDA qu’en 2012. Il a été développé par Protalix, une entreprise israélienne en collaboration avec Pfizer, et vise à traiter la maladie de Gaucher qui est une affection génétique rare.

La production de protéines recombinantes à partir de plantes est souvent appelée « moléculture végétale », « agriculture moléculaire » ou encore « molecular pharming » en anglais. Il existe diverses espèces hôtes, plates-formes et technologies utilisées pour cette technologie :

  • Cultures cellulaires

Les cultures de suspensions cellulaires de plantes sont des groupes de cellules qui se multiplient rapidement dans un milieu liquide. Ces cellules ont besoin de nutriments simples pour se développer. Les cultures cellulaires permettent souvent de concentrer la protéine recombinante dans le milieu de culture, ce qui facilite la purification et les étapes suivantes de production. Cependant, cette méthode a un rendement faible en termes de protéine libérée. Un exemple d’utilisation des cellules végétales pour la production de médicament est Elelyso (taliglucérase alfa) développé par Protalix et Pfizer qui est produit à partir de cellules de carotte cultivées dans un milieu liquide.

  • Culture de mousse

La culture de mousses est une technique prometteuse pour produire des protéines recombinantes utilisées dans les applications biopharmaceutiques. Les cellules de mousses peuvent être cultivées dans des environnements fermés comme les bioréacteurs et sont capables de photosynthèse. De plus, la purification de la protéine recombinante produite est facilitée par sa sécrétion dans le milieu. Aujourd’hui, une société de biotechnologie a mené une étude clinique de phase I pour un candidat thérapeutique basé sur des mousses pour traiter la maladie de Fabry, une maladie génétique rare causée par une carence en l’enzyme a-galactosidase.

  • Expression transitoire dans des plantes entières

L’expression transitoire dans des plantes entières est une technique couramment utilisée dans la production des protéines recombinantes. Elle utilise l’Agrobacterium Tumefaciens pour transférer un segment spécifique d’ADN dans le noyau des plantes. Nicotiana Benthamiana est la plate-forme de production la plus courante pour cette technique. Celle-ci consiste à infiltrer des suspensions d’A. tumefaciens dans les espaces interstitiels des feuilles.

Les souches d’Agrobacterium utilisées sont désarmées et seuls les tissus non reproducteurs sont modifiés, ce qui signifie que le processus d’expression transitoire ne modifie pas le matériel génétique de la plante, contrairement aux OGM.

L’agriculture moléculaire : une alternative pertinente pour améliorer le développement des médicaments

Les levures telles que Saccharomyces cerevisiae et la bactérie Escherichia coli (E. coli) sont généralement utilisées dans le cadre de la bioproduction des protéines thérapeutiques. De plus, les lignées cellulaires sont également souvent utilisées pour des besoins spécifiques de modification qui ne sont pas réalisables avec les bactéries. Cependant, ces méthodes nécessitent des installations coûteuses dans un environnement stérile et étroitement contrôlé.

Les plantes sont une alternative viable pour la production de protéines thérapeutiques en raison de leur coût de production et de leur impact environnemental réduit, ou encore de leur rapidité de production, leur scalabilité et leur sécurité.

  • Rapidité

En comparaison avec les méthodes traditionnelles, les temps de développement dans les plantes peuvent être jusqu’à 50% plus courts.

Les systèmes d’expression transitoire permettent la production rapide de protéines recombinantes, ce qui les rend particulièrement adaptés à la production de vaccins d’urgence. Par exemple, Medicago, une entreprise biotechnologique canadienne, a réussi à produire son vaccin Covifenz contre le Covid-19 seulement 20 jours après avoir reçu la séquence génétique. En comparaison avec les méthodes traditionnelles, les temps de développement dans les plantes peuvent être jusqu’à 50% plus courts.

  • Scalabilité

L’expression transitoire dans les plantes offre une solution pour réduire les coûts et les temps de développement dans la production de protéines thérapeutiques. En effet, il permet la récupération de grandes quantités de protéines recombinantes, jusqu’à plusieurs milligrammes, en quelques jours seulement. De plus, le système d’expression transitoire peut être facilement mis à l’échelle pour augmenter la production.

  • Rentabilité

La production par expression transitoire dans les plantes est considérée comme environ 50% plus rentable que la méthode de récolte traditionnelle de CHO.

En comparaison avec les lignées cellulaires animales (CHO), la production de produits pharmaceutiques à partir de plantes par expression transitoire peut être réalisée principalement dans les zones de production sans besoin de mesures de sécurité supplémentaires. En général, la production par expression transitoire dans les plantes est considérée comme environ 50% plus rentable que la méthode de récolte traditionnelle de CHO.

  • Sécurité

L’expression transitoire dans les plantes ne modifie pas le matériel génétique de la lignée germinale de la plante car les souches d’Agrobacterium utilisées sont désarmées et seuls les tissus non reproductifs sont modifiés. Par conséquent, la production de produits pharmaceutiques d’origine végétale par cette méthode est considérée comme sans danger pour l’environnement.

En outre, les systèmes cellulaires végétaux utilisés ne contiennent pas d’agents pathogènes connus pour l’homme et sont cultivés dans des serres réglementées, renforçant ainsi l’aspect bio-sécuritaire de cette technologie.

  • Une production exempte d’animaux

Les systèmes végétaux permettent la production de protéines recombinantes sans utiliser de réactifs d’origine animale, ce qui peut être important pour la production de produits thérapeutiques et de vaccins destinés à certaines communautés religieuses, aux végétaliens ou aux personnes souffrant d’allergies aux animaux. De plus, il est avantageux de produire des protéines de diagnostic sans protéines animales contaminantes ou endotoxines pour éviter toute interférence dans les tests avec des cellules, tissus ou organes de mammifères.

On a ainsi réalisé que les alternatives végétales permettaient de produire des produits thérapeutiques biologiques de manière plus économique et efficace, tout en obtenant des produits d’aussi bonne, voire de meilleure qualité.

La production de produits pharmaceutiques à base de plantes offre une alternative pertinente aux plateformes de production conventionnelles telles que CHO. L’agriculture moléculaire a le potentiel d’avoir un impact significatif sur l’industrie pharmaceutique, à condition d’encourager leur adoption en démontrant leur sécurité et leur efficacité.

En outre, le monde diversifie sa réponse à une future pandémie ou menace sanitaire. Les produits pharmaceutiques de ce type constituent une contre-mesure précieuse en réponse à une telle menace, notamment pour leur rapidité de développement et leur scalabilité. Alcimed peut vous accompagner dans vos projets liés à l’agriculture moléculaire. N’hésitez pas à contacter notre équipe !


A propos de l’auteur, 

Anthelme, Consultant au sein de l’équipe Sciences de la vie d’Alcimed en Allemagne

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