L'industrie biopharmaceutique voit la plupart des thérapies basées sur les anticorps monoclonaux passer du statut de blockbuster à un marché de niche et personnalisé, dans un monde globalisé. Pour poursuivre le développement de nouveaux médicaments, les installations de production existantes et futures doivent accroître leur flexibilité et leur productivité. La chromatographie multi-colonne est l'un des outils potentiels pour y parvenir, comme elle l’a été au cours des dernières décennies pour la pétrochimie et l'industrie alimentaire. En parallèle, l'étape de capture protéine A reste incontournable pour toutes les lignes industrielles de purification grâce à sa spécificité et sa capacité à atteindre facilement un haut niveau de pureté en une seule étape. Ce travail de recherche est une évaluation des procédés de chromatographie multi-colonnes combinés à l'étape de capture protéine A pour augmenter la productivité et l'applicabilité des plateformes de purification actuelles aux activités de production clinique et commerciale. Dans chaque partie du travail, la technologie des colonnes de chromatographie pré-packées a été évalué en tant que facilitateur de procédé multi-colonnes, libérant les équipes opérationnelles des activités de package et des infrastructures associées. Un premier chapitre décrit la traditionnelle revue de la littérature et l'état actuel des connaissances dans le domaine concerné, ainsi qu'une description théorique de la chromatographie en général, et des processus multi-colonnes en particulier. Dans un deuxième chapitre, plusieurs résines protéine A récentes, disponibles sur le marché, ont été comparées dans le cadre de deux procédés multi-colonnes –la chromatographie séquentielle sur plusieurs colonnes (SMCC) et le procédé par Batch Parallèle– et comparées à un procédé traditionnel mono-colonne. Sur la base d'un logiciel de simulation et d'optimisation, les deux processus proposés ont été comparés en termes de gains et de performances. Des recommandations sur la résine et le type de procédé à choisir ont été proposées. Dans un troisième chapitre, l'impact des procédés multi-colonnes sur la qualité et la pureté résultante a été abordé par plusieurs séries d'expériences. L'impact de l'organisation séquentielle d'un processus SMCC a été évalué. L'impact du temps de séjour sur les étapes de lavage et d'élution a également été évalué, afin d'accélérer potentiellement l'étape de capture. Troisièmement, l'impact de la saturation de la résine sur la conception de l'étape de lavage a été évalué. Finalement, des études de cycling ont été réalisées pour détecter si les différents processus multi-colonnes avaient un impact différent sur la durée de vie et les performances de la résine. Dans un quatrième chapitre, un outil de calcul simplifié a été conçu pour proposer un dimensionnement simple des procédés multi-colonnes, tenant mieux compte des contraintes de production de Merck. Cet outil a été utilisé pour évaluer la performance des procédés Batch Parallèle pour deux études de cas. Enfin, dans un chapitre plus exploratoire, l'outil simplifié développé précédemment a été adapté pour évaluer la faisabilité et les contraintes principales des étapes de capture en continu, caractérisées soit par une étape de chargement continu, soit par une étape d'élution continue / The biopharma industry sees most of the therapeutics based on monoclonal antibodies shifting from the blockbuster status to a niche and personalized market, in a globalized world. To continue the development of new drugs, existing and future production facilities have to increase in flexibility and productivity. Multi-column chromatography is one of the potential tools to make that happen, as the technology did in the last decades for the petro and for the food industries. In parallel, the protein A capture step remains a must for all purification trains of the industrial manufacturing capacities due to its specificity and capability to easily reach a high level of purity in a single step. This research work is an evaluation of the multi-column chromatography processes combined with the protein A capture step to increase the productivity and the applicability of current purification platforms for clinical and commercial manufacturing activities. In every part of the work, prepacked chromatography columns have been evaluated as an enabler of multi-column processes, freeing the operational teams from the packing activities burden and associated infrastructures. A first chapter describes the traditional literature review and current state-of-the-art in the relevant field, together with a theoretical description of chromatography in general, and multi-column processes in particular. In a second chapter, several recent, commercially-available protein A resins have been compared when involved in 2 multi-column processes: the Sequential Multi-Column Chromatography (SMCC) process and the Parallel Batch process, and compared to a traditional mono-column process. Based on a simulation and optimization software, both processes proposed have been compared in terms of gains and performance. Recommendations on the resin and the type of process to be selected have been proposed. In a third chapter, the impact of multi-column processes on the resulting quality and purity has been addressed through several sets of experiments. The impact of the sequential organization of an SMCC process has been evaluated. The impact of the residence time on the washing and the elution steps has also been evaluated, in order to potentially speed-up the capture step. Third, the impact of the resin saturation on the design of the washing step has been assessed. Eventually, cycling studies have been performed to detect if the different multi-column processes were impacting differently the resin’s lifetime and performance. In a fourth chapter, a simplified calculation tool has been designed to propose simple sizing of multi-column processes, accounting more accurately for Merck’s production constraints. This tool has been used to evaluate the performance of Parallel Batch processes for 2 case-studies. Eventually, in a more exploratory chapter, the simplified tool previously developed has been adapted to evaluate the feasibility and the primary constraints of continuous capture steps, characterized by either a continuous loading step or a continuous elution step

Les immunoessais en phase solide sont utilisés pour le diagnostic in vitro afin de détecter ou de quantifier une molécule dans un échantillon biologique. Ils s'appuient sur l'interaction spécifique entre un antigène et un anticorps. Habituellement, des anticorps spécifiques aux antigènes à détecter sont immobilisés sur une surface solide pour capturer les antigènes d'intérêt et les séparer du reste de l'échantillon.Lors du développement d'un immunoessai, la sensibilité, la spécificité et le temps d’analyse sont optimisés par le choix - classiquement empirique - de ligands, de supports solides, de débits,… Une meilleure compréhension et prédiction des interactions moléculaires complexes se produisant au cours d’un immunoessai seraient utiles pour : identifier les paramètres critiques des immunoessais, simplifier et accélérer le processus d’identification des meilleures conditions opératoires et améliorer les immunoessais existants.L'instrument VIDAS®, commercialisé par bioMérieux, est l'un des systèmes d’immunoessais les plus utilisés dans les laboratoires cliniques. Dans ce travail de thèse, deux outils expérimentaux basés sur la chromatographie inverse sont construits et testés. Un modèle prédictif de la cinétique d'interaction anticorps/antigène est développé. Les outils expérimentaux, fonctionnant dans des conditions très proches du VIDAS®, sont utilisés pour valider le modèle et estimer ses paramètres caractérisant les interactions anticorps/antigène à partir de courbes expérimentales. Dans l’avenir et à partir des résultats, un des outils expérimentaux associé au modèle pourra être utilisé par bioMérieux pour concevoir des systèmes d’immunoessais / Solid-phase immunoassays are used for in vitro diagnostic to detect the presence or measure the concentration of a molecule of interest in a biological sample. They rely on the specific interaction between an antigen and an antibody. Usually, antibodies specific to the antigens to be detected are immobilized on a solid surface to capture the antigens of interest and separate them from the rest of the sample components. During solid-phase immunoassay development, sensitivity, specificity and time-to-result need to be optimized through the choice of dedicated ligands, solid supports, flow rates,… Classically, these choices are made empirically. A better understanding and prediction of the complex molecular interactions that occur in the different steps of a diagnostic immunoassay is likely to be useful to: identify the critical parameters of immunoassays, simplify and speed-up the process of identification of the best immunoassay conditions and improve the immunoassays currently available. The VIDAS® instrument, commercialized by bioMérieux is one of the most widely used immunoassay system in clinical laboratories worldwide. In this PhD work, two experimental tools based on inverse chromatography are built and tested. A predictive model of antibody/antigen interaction kinetics in immunoassays is developed. The experimental tools which mimic VIDAS® process conditions are used to validate the predictive model and to estimate model parameters characterizing antibody/antigen interaction kinetics from experimental curves. In the future, based on the results, one of the experimental tools associated with the model could be used by bioMérieux to design immunoassay systems

Après le traitement du gaz naturel, le méthanol est présent sous forme de traces. Notre objectif est de déterminer les propriétés thermodynamiques des mélanges “hydrocarbure(s) – méthanol“ aux conditions opératoires rencontrées lors du fractionnement du gaz naturel, à hautes et basses températures. En effet, les industries peuvent être pénalisées financièrement lorsque la teneur finale en méthanol dépasse 50 ppm molaire. Pour cela, nous souhaitons connaître les équilibres entre phases aux conditions spécifiques régnant dans ces unités. Peu de données existent pour de si faibles teneurs en méthanol. De plus, les modèles thermodynamiques utilisables sur l'ensemble du domaine de compositions ne permettent pas de représenter correctement les équilibres à dilution infinie. Un appareillage, basé sur une technique "statique-analytique" avec échantillonnages des phases et analyse par CPG est utilisé. A hautes températures, nous avons déterminé les coefficients de partage du méthanol. L'appareillage a été adapté au cours du temps, afin d'améliorer la quantification de traces de méthanol (inférieures à 1 000 ppm). Une procédure d'étalonnage originale tenant compte de l'adsorption du méthanol dans les circuits d'analyse a été mise au point. Les nouvelles mesures montrent qu'à l'incertitude expérimentale près, la pression totale du système ainsi que le coefficient de partage du méthanol sont seulement fonctions de la température. Les constantes de la loi de Henry ainsi que les coefficients d'activité à dilution infinie du méthanol sont calculés. A basses températures, nous souhaitons déterminer les valeurs limites de solubilité du méthanol dans les mélanges liquides : azote - hydrocarbure(s). Un appareillage est en cours d'adaptation pour réaliser ces mesures. Les nouvelles données serviront de bases au développement des simulateurs de procédés de fractionnement, en vue d'estimer le plus précisément possible les teneurs en méthanol dans les hydrocarbures produits.

Les catécholamines et les indolamines font partie de la famille des neurotransmetteurs. Un déséquilibre dans leur concentration peut être associé à différentes maladies telles les maladies de Parkinson et Alzheimer, la dépression ou la schizophrénie. C'est pourquoi le développement de méthodes de dosage spécifiques et très sensibles du fait de leurs très faibles teneurs dans les fluides biologiques est nécessaire. Dans un premier temps nous avons développé une méthode chromatographique en appariement d'ions (IP-LC) utilisant des colonnes C18 de nouvelle génération (monolithique et « fused core ») et l'acide nonafluoropentanoïque, comme agent d'appariement d'ions volatil. Cette méthode est compatible avec une détection SM en mode d'ionisation positive. Dans un deuxième temps, différents systèmes en mode HILIC ont été évalués. Le choix raisonné de la phase stationnaire offrant la meilleure séparation du mélange de catécholamines a pu être réalisé après avoir testé l'influence sur la séparation des différents groupements fonctionnels disponibles : groupement soit neutre (greffage diol, amide, ou cyano), soit positivement chargé (greffage amino ou triazole) soit négativement chargé (silice vierge avec particules totalement poreuses ou partiellement poreuses « fused core ») ou zwitterionique (greffage sulfobetaïne). La méthode HILIC présente l'avantage d'être compatible aussi bien avec une détection SM en mode d'ionisation positive que négative. Les deux méthodes (IP-LC et HILIC) ont été comparées en termes de résolution, efficacité et limites de détection (LOD), linéarité et répétabilité. Les LODs obtenues sont comprises entre 1 et 100 ng.mL-1. Pour pouvoir doser des teneurs plus faibles, une méthode de pré-concentration de l'échantillon a été développée en associant 2 supports différents (Oasis HLB et PGC). La méthode optimisée SPE-CPL-MS/MS a été enfin appliquée à un extrait de cerveau de mouton.

La spectrométrie de masse LC/MS est une technique de chimie analytique très prometteuse pour la recherche de biomarqueurs protéiques. Cette thèse aborde la correction de certaines distortions : l'alignement des images LC/MS et la normalisation des intensités. Nous étudions ensuite un détecteur de signaux a contrario et calculons la limite de détection.

Dans l'optique de leur valorisation en carburants alternatifs, il s'avère important d'acquérir une connaissance plus étendue des liquéfiats de charbon et des huiles de biomasse, notamment d'élucider la composition chimique des oxygénés présents en relativement forte concentration. L'objectif de cette thèse est donc de développer des systèmes analytiques résolutifs permettant de séparer les molécules oxygénées présentes dans ces produits. L'analyse des liquéfiats de charbon (0,5-5%m/m O) a été permise par la chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle et a mené à une quantification inédite des alcools et des phénols. Les autres familles chimiques oxygénées ont été quantifiées par une approche analytique multi-technique faisant appel à la spectrométrie de masse très haute résolution (FT-ICR/MS), à la spectroscopie RMN et à la spectroscopie UV-visible. Au total, 70%m/m et 86%m/m de l'oxygène élémentaire a été quantifié. L'optimisation des conditions en GC×GC a aussi permis de quantifier 60%m/m de l'oxygène élémentaire présent dans les bio-huiles upgradées (10-20%m/m O), mais cette technique reste tout de même limitée en termes de résolution face à la complexité de ces huiles. Une troisième dimension de séparation par chromatographie en fluide supercritique a été couplée en ligne, en amont de l'analyse par GCxGC (SFC-GCxGC). Ce système permet une analyse quantitative détaillée des phénols, benzènediols, guaiacols et naphthols dans ce type de matrice. A travers l'analyse de ces deux produits, des considérations théoriques sur les notions d'orthogonalité et sur les mécanismes de rétention régissant les séparations ont été déduites

La chimie combinatoire est un moyen efficace pour découvrir des molécules biologiquement actives. Dans ce travail, nous avons exploré deux approches combinatoires différentes pour synthétiser des bibliothèques de cyclopeptides. Tout d'abord, nous avons développé une stratégie basée sur l'assemblage aléatoire et chimiosélectif de biomolécules sur un châssis peptidique. Cette approche réalisée en solution a permis de générer des bibliothèques d'hétéroglycoclusters et de sélectionner les meilleurs ligands par colonne d'affinité portant une lectine modèle, la Concanavaline A. Dans une seconde approche, des bibliothèques de peptides cycliques ont été préparées par la méthode split and mix. Celles-ci ont été conçues et décodées selon l'algorithme mis au point dans le groupe du Pr. Reymond (Berne, Suisse) qui permet d'attribuer la séquence de chaque peptide sans marquage et de manière quasi-unique. Ces bibliothèques ont été criblées sur le support avec la vitamine B12 et la Caseine Kinase 2.

De par leurs propriétés complexante et énantiosélective, les cyclodextrines (CDs) sont largement utilisées dans les industries pharmaceutique, cosmétique, agroalimentaire, etc. ainsi qu'en chimie analytique. Les travaux présentés dans ce manuscrit concernent différents domaines d'étude des CDs : leur caractérisation, leur utilisation en tant que sélecteurs chiraux et l'analyse de leurs complexes.<br />Dans la première partie, une nouvelle CD méthylée faiblement substituée a été caractérisée par différentes techniques analytiques, permettant ainsi l'obtention d'informations complémentaires menant à une meilleure connaissance de la composition du mélange commercial. D'autre part, la séparation par chromatographie en phase liquide (CPL) des trois isomères de la sulfobutyléther-beta-CD monosubstituée a été optimisée sur carbone graphite poreux (PGC) en augmentant la température de la colonne.<br />La deuxième partie a porté sur l'évaluation du système chromatographique PGC / CDs méthylées pour la séparation chirale en CPL. Outre sa grande résistance physique et chimique, le PGC s'est révélé plus sélectif que les colonnes de silice greffée habituellement employées pour ce type de séparation et a nécessité une quantité moindre de CDs dans la phase mobile.<br />Enfin, dans la troisième partie, les complexes de différentes CDs méthylées avec des solutés test ont été étudiés par des expériences de partage liquide-liquide et par spectrométrie de masse à ionisation électrospray. La comparaison des résultats obtenus par ces deux méthodes a révélé que les signaux enregistrés en ESI-SM ne reflètent pas les équilibres existant en solution.

Reproduction de : Mémoire du DES : Pharmacie hospitalière : Nantes : 2008. Reproduction de : Thèse d'exercice : Pharmacie : Nantes : 2008. / Bibliogr.

Thèse de doctorat : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie : Strasbourg 1 : 2007. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 193-222.