Lorsque vous avez un diabétique dans votre vie, il y a peu de moments dans une journée qui sont exempts de pensées sur l’insuline. L’insuline est littéralement la première pensée cohérente que j’ai chaque matin, lorsque je vérifie la glycémie de ma fille alors qu’elle dort encore, et la dernière pensée lorsque j’éteins les lumières, m’assurant qu’elle a assez dans sa pompe à insuline pour passer la nuit . Et entre les deux, avec le besoin constant de calculer le dosage, d’ajuster les niveaux, d’ajouter des corrections pour une collation inattendue, ou simplement de regarder dans le réfrigérateur et de compter le nombre de flacons de réserve que nous avons sous la main, l’insuline est un intrus fréquent, mais souvent indésirable. mes pensées.

Et maintenant, alors que ma fille grandit et cherche, comme tout adolescent, à devenir plus indépendante, de nouvelles idées sur l’insuline ont commencé à surgir. L’insuline est chère, et bien que nous ayons une excellente assurance, cela peut toujours changer en un clin d’œil. Mais même si c’est le cas, l’insuline doit couler – elle n’a pas le choix en la matière. Et j’ai donc pensé qu’il serait instructif d’examiner comment l’insuline est fabriquée à l’échelle commerciale, dans le contexte d’un mouvement croissant de biohackers qui cherchent à construire un système de production d’insuline plus distribué. Leur objectif est de rendre l’insuline abordable, et avec un intérêt direct, je veux savoir s’ils ont une chance de faire de cet objectif une réalité.

C’est beaucoup de cochons

Pour comprendre ce qu’implique la fabrication d’insuline artificielle, le meilleur endroit pour commencer est d’examiner l’insuline naturelle. L’insuline est une hormone impliquée dans la régulation de la glycémie, sécrétée par le pancréas. Des cellules spécialisées, appelées cellules bêta, détectent le taux de glucose dans le sang, qui augmente généralement après un repas, et sécrètent de l’insuline dans la circulation sanguine en réponse. L’insuline fait rapidement son chemin dans le corps, interagissant avec les cellules en stimulant leur système de transport du glucose pour qu’il absorbe le glucose sanguin pour leurs besoins métaboliques.

Structure primaire de la proinsuline de porc (Show & Chance, 1968). Le « peptide de connexion » est clivé après synthèse par des protéases pour former l’hormone active. Source : ResearchGate.net

Dans le diabète de type 1, cependant, la capacité du pancréas à produire de l’insuline a été détruite. Les raisons ne sont pas claires, mais en général, on pense qu’elle est au moins partiellement liée à l’auto-immunité, où le propre système immunitaire d’une personne reconnaît les cellules bêta pancréatiques comme des cellules étrangères et les détruit. Les diabétiques de type 1 n’ont donc pas la capacité de détecter et de répondre à l’augmentation de la glycémie, en partie ou en totalité, ce qui signifie qu’ils doivent s’injecter régulièrement de l’insuline pour survivre. Le diabète de type 2 est une maladie complètement différente, causée en partie par l’insensibilité du corps à l’insuline. Il est traité avec un large éventail d’autres médicaments, bien que certains diabétiques de type 2 prennent également de l’insuline.

Lorsqu’elle a été identifiée pour la première fois comme traitement du diabète en 1920 par les médecins canadiens Banting et Best, j’ai été surpris d’apprendre que l’insuline est en fait une protéine. Jusque-là, il avait été supposé que toutes les hormones seraient de petites molécules, donc la découverte que l’insuline est en fait une protéine composée de 51 acides aminés dans deux chaînes distinctes qui sont liées ensemble à trois endroits par des liaisons disulfure a été un choc. . Cela ouvrirait également la porte aux insulines recombinantes actuellement sur le marché.

Fabrication d’insuline, style années 1920. Le processus a commencé par broyer des tonnes de pancréas de porc pour obtenir quelques précieux grammes de l’hormone. Source : Musée national d’histoire américaine

Mais, pendant les 60 premières années environ de sa commercialisation, l’insuline provenait strictement de sources animales, principalement du pancréas de porcs. La séquence d’acides aminés de l’insuline est hautement conservée d’une espèce à l’autre, et même l’insuline dérivée du poisson a un effet clinique chez l’homme. L’insuline porcine ne diffère de l’insuline humaine que par un seul acide aminé, mais sa purification était un processus difficile. Il a fallu deux tonnes d’abats d’abattoir pour créer seulement 250 ml d’insuline, grâce à un processus complètement dégoûtant de broyage, de hachage et d’extraction de l’insuline, et de la purifier au point qu’elle soit suffisamment exempte de substances contaminantes pour ne pas augmenter la réponse immunitaire. lorsqu’il est injecté. Et pourtant, parfois, c’était toujours le cas.

Tout cela a changé dans les années 1980 avec l’introduction de l’insuline recombinante, fabriquée à partir de micro-organismes génétiquement modifiés. En plaçant le gène de l’insuline humaine dans une petite boucle d’ADN, appelée plasmide, et en cajolant ces plasmides dans des bactéries ou des levures, des lignées cellulaires ont été créées capables de produire de grandes quantités d’insuline, d’une manière facile à beaucoup plus facile à purifier qu’à partir de tissus de mammifères. Elle avait également l’avantage d’être identique à l’insuline humaine naturelle, jusqu’au dernier acide aminé. Et, cela a ouvert la porte à la modification de la séquence d’acides aminés avec le génie génétique, pour produire différents types d’insuline avec des caractéristiques spécifiques.

Mise à l’échelle

Aujourd’hui, la plupart de l’insuline est produite dans la bactérie commune Escherichia coli, bien que certains fabricants préfèrent utiliser la levure Saccharomyces cerevisiae pour leurs procédés. Quel que soit le micro-organisme, le processus de production d’un lot d’insuline est assez simple. Des cellules génétiquement modifiées sont utilisées pour inoculer un grand volume de milieu de culture liquide dans un dispositif appelé bioréacteur. Il s’agit essentiellement d’un énorme réservoir en acier inoxydable pour contenir la culture en fermentation, ainsi que de réchauffeurs, de mélangeurs, d’aérateurs et d’un ensemble de capteurs pour contrôler et surveiller le processus de croissance. Il y a souvent plusieurs bioréacteurs en série, la sortie d’un plus petit étant alimentée dans un plus grand, pour augmenter progressivement le volume de culture.

Les micro-organismes génétiquement modifiés sont autorisés à se développer jusqu’à ce qu’ils aient atteint le taux de croissance maximal, moment auquel ils sont récoltés dans le bioréacteur. La première étape est la filtration, pour séparer les cellules remplies d’insuline du milieu de croissance épuisé. Les cellules sont ensuite ouvertes avec un homogénéisateur à haute pression, laissant derrière elles un mélange de débris cellulaires et de corps d’inclusion d’insuline, qui sont en quelque sorte des cristaux de l’hormone qui se sont formés dans les cellules pendant la fermentation.

C’est le point où les choses deviennent délicates. Jusqu’à présent, l’insuline était assez sûre à l’intérieur des cellules. Une fois que les cellules sont ouvertes, toutes leurs protéines, y compris les enzymes qui dégradent et recyclent d’autres protéines (protéases), peuvent commencer à agir sur l’insuline, la dégradant et réduisant le rendement. Pour éviter cela, il faut choisir les bons tampons, ajouter les inhibiteurs de protéase appropriés et garder le tout à basse température. Agir rapidement est également important – plus l’insuline est exposée aux débris cellulaires longtemps, plus il y a de risques de dégradation.

Après une série d’étapes de solubilisation qui séparent davantage l’insuline des débris cellulaires, un cycle de post-traitement peut être nécessaire. Dans le corps, l’insuline est exprimée sous la forme d’une longue chaîne unique d’acides aminés, appelée proinsuline, qui se replie sur elle-même et forme une structure tertiaire entre des résidus de cystéine distants. Une fois cette structure établie, la boucle est clivée en deux endroits, laissant l’hormone active à deux chaînes. L’insuline fabriquée doit reproduire cette structure ; selon le fabricant, cela peut être réalisé soit en faisant croître les chaînes A et B séparément et en les combinant chimiquement, soit en produisant de la proinsuline et en la traitant après coup.

Quoi qu’il en soit, l’insuline presque finie a encore besoin d’une purification finale. Ceci est souvent accompli en utilisant la chromatographie d’affinité, où l’insuline produite par les micro-organismes est dotée d’une « queue » de protéine. La queue permet à la protéine de se lier aux anticorps, qui sont attachés à une sorte de matrice en phase solide. Lorsqu’une solution contenant la protéine de fusion est autorisée à s’écouler sur la matrice, tout ce qui ne porte pas la queue de la protéine s’écoule directement avec les déchets, laissant la protéine de fusion de l’insuline collée à la matrice. Le produit de fusion pur est ensuite libéré de la colonne en ajustant le pH de la solution, clivé de la queue de la protéine et soumis à une purification finale par chromatographie en phase inverse avant de subir des contrôles de qualité rigoureux et un emballage final.

Plus petit peut être mieux

Bien que la production commerciale d’insuline soit certainement compliquée et coûteuse, ce n’est pas parce que le processus lui-même est difficile. La création et le maintien de lignées cellulaires transgéniques, l’expression de protéines de fusion et la purification du produit final sont des activités quotidiennes des étudiants diplômés des laboratoires de biologie du monde entier. La complexité de la production commerciale d’insuline vient du degré auquel elle doit être étendue pour être financièrement viable, conduisant à d’énormes laboratoires avec des rangées de bioréacteurs, des kilomètres sans fin de tuyauterie en acier inoxydable et un système de commande et de contrôle extrêmement compliqué pour s’assurer qu’elle tout fonctionne. Comparer une usine de produits biologiques modernes, qui fabriquerait non seulement de l’insuline mais d’autres médicaments biologiques comme les immunothérapeutiques, à une usine de semi-conducteurs, est approprié : les deux capturent l’essence des problèmes et le potentiel de mise à l’échelle – alors qu’il est tout à fait possible de fabriquer des semi-conducteurs dans votre garage , il ne sera jamais commercialement viable de le faire.

Adopter cette réalité brutale est la clé pour résoudre le problème d’approvisionnement en insuline, du moins aux yeux de l’Open Insulin Foundation. Une équipe de biohackers avec une large empreinte géographique, OIF est un organisme à but non lucratif axé sur la création de systèmes à l’échelle communautaire qui peuvent produire de l’insuline sûre et abordable. Au cours des six dernières années, leurs bénévoles ont été occupés à créer des bactéries transgéniques, à travailler sur des processus et des équipements de culture et à gérer les étapes fastidieuses de purification, et ils ont réussi à voir la procédure jusqu’au produit fini.

Maintenant que l’OIF a compris la science, la prochaine étape consiste à la mettre à l’échelle de manière appropriée. Dans une présentation de 2020, Louise Lassalle, responsable de la communication du groupe, a présenté une ventilation de l’équipement nécessaire pour fabriquer de l’insuline à moyenne échelle – en plus gros lots que ce qui est possible sur la paillasse, mais beaucoup, beaucoup plus petit que ce que sont les plantes biologiques commerciales. capable de. Ce n’est pas bon marché – environ 1 million de dollars d’équipement. Mais cet investissement produirait suffisamment d’insuline pour 14 000 diabétiques, ce qui signifie qu’une usine d’insuline fonctionnelle au niveau communautaire pourrait éventuellement être financée pour environ 70 $ par personne. Et cette usine produirait de l’insuline à environ 6 dollars le flacon, en tenant compte de tout, des matières premières aux salaires, en passant par le loyer et les services publics.

Certes, ce plan présente des obstacles juridiques et réglementaires énormes et potentiellement insurmontables. Il se peut bien que l’industrie de l’insuline, qui a tout intérêt à maintenir des prix élevés – du moins aux États-Unis – laisse voler ses chiens de guerre légaux et ferme ce groupe s’il s’approche un jour de son objectif. Et ils devront certainement traiter avec la Food and Drug Administration s’ils s’attendent un jour à utiliser leur insuline sur des humains. D’un autre côté, les efforts de l’Open Insulin Foundation et d’autres biohackers travaillant sur des sources alternatives d’insuline pourraient bien gagner à long terme, en montrant que fabriquer de l’insuline n’est tout simplement pas aussi difficile que nous avons peut-être été amenés à le croire, et que peut-être tout mettre à l’échelle dans des proportions massives n’est pas toujours dans le meilleur intérêt du consommateur, même s’il s’agit d’une entreprise rentable.

Cela conduit à un autre point, peut-être plus important. Si la dernière année et demie ne nous a rien appris d’autre, c’est que les longues chaînes d’approvisionnement doivent être considérées avec scepticisme. Lorsqu’une entreprise pharmaceutique construit une méga usine pour des raisons financières, cela crée un point de défaillance unique qui n’a probablement pas besoin d’être là. Nous avons vu avec quelle facilité les lignes d’approvisionnement peuvent être pincées, et il semble incroyablement insensé d’intégrer dans un système le potentiel de fermer l’approvisionnement mondial de n’importe quel médicament, en particulier un médicament aussi vital que l’insuline. La vision de l’OIF de mini-usines distribuées pour la production d’insuline semble plus intelligente en ce moment, et ne sera probablement qu’une meilleure idée à mesure que le temps passe et que les systèmes complexes deviennent de moins en moins fiables.