Laboratoire des sciences de la séparation et de la biotechnologie analytique

Caractérisation chimique des produits biologiques par les techniques de chromatographie liquide à haute performance et d’électrophorèse capillaire.

Au Centre d’évaluation des produits biologiques, nous utilisons les nouvelles technologies pour la mise au point et l’application de méthodes analytiques aux fins de caractérisation des biomolécules via l’utilisation de techniques de séparation de haute résolution. Nous nous spécialisons dans l’application de la chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et de l’électrophorèse capillaire (CE) pour l’analyse des produits biologiques.


Pourquoi avons-nous recours aux sciences de la séparation et à la biotechnologie analytique pour étudier les produits biologiques?

Les produits biologiques, comme les vaccins, les produits sanguins et les préparations de protéines recombinantes à usage thérapeutique, contiennent des substances simples et complexes. Comme la quantité, la combinaison et les caractéristiques de ces substances influent sur l’effet qu’aura le produit biothérapeutique dans le corps, il est important d’en évaluer la qualité. C’est dans ce contexte que nous avons recours aux sciences de la séparation et à la biotechnologie analytique. Elles servent notamment à isoler et à caractériser les substances présentes et à détecter la présence de contaminants. Outre ces possibilités, les sciences de la séparation et la biotechnologie analytique permettent de vérifier si une préparation correspond à sa description et si les ingrédients actifs respectent les normes de qualité.

À mesure que nous élaborons et améliorons les techniques analytiques, nous nous dotons de nouveaux outils d’évaluation des produits biologiques. Ces nouveaux outils nous aident à analyser des structures et des mélanges complexes, à détecter la présence de contaminants et à étudier de nouvelles biomolécules et de nouveaux produits biologiques.

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Comment utilisons-nous les sciences de la séparation et la biotechnologie analytique pour étudier les produits biologiques?

Au laboratoire des sciences de la séparation et de la biotechnologie analytique du Centre d’évaluation des produits biologiques, nous élaborons et améliorons des méthodes permettant de séparer et d’analyser les substances contenues dans les produits biologiques. L’analyse est une opération délicate, en raison de la complexité des mélanges et des structures. Il faut prélever de petites quantités d’ingrédients actifs, comme des protéines, dans des échantillons renfermant de grandes quantités d’ingrédients ajoutés (excipients), comme des diluants et des vecteurs de produits.

Les méthodes de séparation et les instruments que nous utilisons sont très évolués sur le plan technique, ce qui nous permet d’étudier et d’appliquer des techniques d’analyse de haute résolution. Nous utilisons la HPLC et le CE pour étudier les biomolécules et voir à des enjeux comme la qualité et la pureté des produits, la détection des contaminants et l’uniformité entre les lots.

Nous mettons à profit notre expertise et nos compétences analytiques aux fins suivantes :

  • élaborer et améliorer les techniques d’analyse relativement à certaines caractéristiques des échantillons, comme la qualité, la pureté et l’uniformité entre les lots;
  • générer des données scientifiques pour établir les critères et les normes qui s’appliqueront aux essais de pureté et de qualité des produits biologiques et aux programmes d’analyse relatifs à la mise en circulation des lots;
  • élaborer et améliorer les techniques pour l’étude des médicaments biosimilaires;
  • analyser la qualité des produits biologiques afin de fournir certains renseignements – profils d’impuretés, détection de contaminants – utiles pour évaluer les effets indésirables et y remédier;
  • offrir un point de vue canadien pour l’élaboration de normes et de procédés internationaux relativement aux substances biologiques, en participant à des études collectives avec des organismes de réglementation étrangers comme la Food and Drug Administration des États-Unis, l’Organisation mondiale de la Santé, la Commission européenne de la pharmacopée et la pharmacopée des États-Unis;
  • aider les fabricants à adopter et à maximiser les techniques de séparation de haute résolution.

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Chromatographie liquide à haute performance (HPLC) et électrophorèse capillaire (CE)

La chromatographie liquide à haute performance (HPLC) est un excellent outil, que nous utilisons au Centre pour séparer et identifier les substances que renferme un échantillon et en mesurer les quantités. En général, le mélange contenant l’ingrédient pharmaceutique actif (IPA) est forcé à travers une colonne de séparation sous haute pression. Les composés de l’échantillon passent dans la colonne à des vitesses différentes, selon l’affinité qu’il y a entre eux et la matrice dont la colonne est constituée. En effet, il existe une affinité distincte entre cette matière et chacun des composés, ce qui entraîne la séparation de ces derniers. À sa sortie de la colonne, chaque composé est soumis à l’examen d’un détecteur (ultra-violet ou fluorescence) et les résultats sont consignés. Les données recueillies et traitées nous permettent de caractériser les produits biologiques et les composés que renferme cet échantillon.

L’électrophorèse capillaire (CE) est une excellente méthode utilisée au Centre d’évaluation des produits biologiques pour séparer et caractériser des molécules chargées, petites ou grosses, comme l’ADN ou les protéines. Une fois placés dans un mince tube de moins de 100 micromètres, appelé tube capillaire, les échantillons sont soumis à un champ électrique. Dans l’appareil d’électrophorèse capillaire, les sources de lumière, qui agissent comme des détecteurs, suivent et mesurent le mouvement des molécules. Le recours à de petits tubes capillaires présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes d’électrophorèse standard, notamment ce qui suit :

  • la possibilité d’utiliser une haute tension sans endommager les échantillons;
  • la rapidité du traitement grâce à l’utilisation d’une haute tension, d’une sensibilité accrue ou d’un haut pouvoir de détection;
  • l’utilisation de mesures de détection par ondes lumineuses;
  • la possibilité d’analyser de petits échantillons;
  • l’automation et l’analyse de grands ensembles d’échantillons en relativement peu de temps.

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Point saillant de la recherche 1 : Mise au point de nouvelles approches pour la séparation et l’évaluation quantitative du contenu en hémagglutinine des vaccins antigrippaux

La grippe est un problème de santé qui pèse lourd sur la santé publique; en effet, chaque année, le virus de l’influenza touche environ 10 % de la population mondiale, causant de trois à cinq millions de cas graves et jusqu’à un demi-million de décès. Actuellement, la fabrication de vaccins antigrippaux avant la saison ciblée constitue la façon la plus efficace de contrer le virus de la grippe.

Les vaccins antigrippaux inactivés saisonniers sont formulés afin d’intégrer des antigènes provenant des souches des lignées virales A et B de l’influenza. Dans ces vaccins, chaque souche est composée des protéines de surface immunogènes, l’hémagglutinine et la neuraminidase, qui sont responsables de protéger l’hôte contre le virus de la grippe. À l’heure actuelle, la méthode par immunodiffusion radiale est la méthode standard utilisée pour déterminer l’efficacité du vaccin par évaluation quantitative de l’hémagglutinine. Bien que l’immunodiffusion radiale soit utilisée de façon concluante depuis des décennies, l’un de ses principaux désavantages est l’exigence de production de réactifs calibrés qui est chronophage. La pandémie du virus H1N1 en 2009 a bien illustré cette situation, alors que la production rapide et le lancement du vaccin ont été retardés en raison de la non-disponibilité de réactifs d’immunodiffusion radiale. En outre, il a été démontré que l’immunodiffusion radiale ne convenait pas pour l’essai sur l’identité et l’efficacité des souches d’influenza B dans le vaccin antigrippal quadrivalent en raison de la réactivité croisée entre les réactifs de puissance. C’est ainsi qu’il a été conclu qu’en plus d’améliorer l’évaluation de l’efficacité des vaccins par immunodiffusion radiale, il fallait élaborer et utiliser d’autres approches.

Dans notre laboratoire, nous tenons compte de cette préoccupation en élaborant des démarches fondées sur la HPLC et le CE pour l’analyse du contenu antigène de l’hémagglutinine et de la neuraminidase dans les vaccins antigrippaux. Nous avons élaboré et continuons d’améliorer des méthodes analytiques pour favoriser la rapidité d’évaluation de la qualité et d’identification de la souche d’hémagglutinine dans les vaccins antigrippaux commerciaux.

Les travaux que nous réalisons actuellement comprennent ce qui suit :

  • Élaborer de nouvelles méthodes et approches pour quantifier l’hémagglutinine pertinente sur le plan immunologique dans le vaccin antigrippal;
  • Déceler et caractériser la quantité et la qualité de la neuraminidase dans le produit fini;
  • Mettre au point de nouveaux outils pour l’évaluation de la qualité des principaux attributs chimiques des antigènes vaccinants comme le profil de glycosylation et la régularité de la production;
  • Élaborer et adapter ces méthodes pour les appliquer au vaccin antigrippal fabriqué par technologie recombinante utilisant des lignées cellulaires plutôt que des œufs pour la production de vaccins antigrippaux.

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Point saillant de la recherche 2 : Élaboration d’essais analytiques pour l’évaluation de l’interféron alpha et de la sécurité des produits.

Les interférons sont des protéines sécrétées par les cellules en réponse à la présence d’une substance étrangère comme un virus afin de stimuler les réactions immunitaires aux cellules infectées. Le nom vient de leur capacité à interférer avec la production de nouvelles particules de virus. Voilà pourquoi les produits à base d’interféron alpha-2 sont largement utilisés comme antiviraux pour le traitement de maladies comme les hépatites B et C.

Des percées technologiques récentes, comme la technologie de l’ADN recombinant, ont permis la production à grande échelle d’interféron aux fins thérapeutiques.

Les préparations d’interféron sont des produits biologiques. Pour assurer leur qualité et leur innocuité, elles sont soumises à une vaste gamme d’essais normalisés précis visant à caractériser les substances que renferme un échantillon. Les produits biologiques sont ensuite comparés à un produit de référence afin de confirmer l’activité biologique sur la base de la formulation et de la structure des protéines.

Dans notre laboratoire, nous mettons à profit la technologie moderne pour caractériser la structure de l’interféron et trouver de meilleures méthodes pour analyser les nouveaux produits et les produits commercialisés. En combinant la HPLC et le CE à la spectrométrie de masse, nous avons mis au point des procédés efficaces pour analyser les échantillons d’interféron alpha-2. Dans le cadre de ces travaux, nous avons réussi à isoler des impuretés qui n’avaient jamais été signalées auparavant.

Nous travaillons :

  • à déceler et à caractériser les contaminants comme les formes dégradées ou les variantes structurelles de l’interféron;
  • à élaborer de nouvelles méthodes et approches pour examiner les échantillons d’interféron;
  • à élaborer de nouveaux outils de surveillance des produits commercialisés et de nouvelles préparations pour prévenir les réactions indésirables aux médicaments chez les patients.

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