La recherche pharmaceutique en microgravité s’étend des études cristallines sur l’ISS à la fabrication commerciale

NASA permet aux scientifiques d’étudier depuis des décennies l’impact de la microgravité sur le développement des médicaments, une démarche amorcée avec la navette spatiale. Une entreprise spatiale privée, Varda Space Industries, a commencé à faire voler de petites capsules inhabitées équipées de bioréacteurs autonomes qui passent de quelques semaines à plusieurs mois en microgravité et peuvent traiter des produits pharmaceutiques en l’absence de gravité, et Varda a annoncé une collaboration avec United Therapeutics Corporation afin d’explorer l’utilisation de la microgravité pour mettre au point de meilleurs traitements contre une maladie pulmonaire rare.

Cette période a connu quelques succès notables, comme la capacité à faire croître en 2019 une forme cristalline plus uniforme de l’anticancéreux Keytruda. Cela a ouvert la possibilité d’administrer le médicament par injection, plutôt que d’obliger le patient à passer des heures en clinique pour recevoir le traitement par voie intraveineuse.

Le mardi 12 mai, Gerard Capellades, professeur adjoint de génie chimique au Henry M. Rowan College of Engineering, prévoit d’envoyer des expériences de cristallisation en orbite terrestre à bord de la Station spatiale internationale. Grâce à ces recherches, il espère mieux comprendre comment la microgravité affecte la formation de cristaux comme ceux présents dans les comprimés et les gélules remplies de poudre, dans l’objectif d’améliorer la production de ces médicaments.

Les expériences de Capellades seront menées à l’intérieur de la plateforme automatisée de Redwire, conçue pour faire croître en microgravité des cristaux de protéines de haute qualité et appelée PIL-BOX. Si d’autres ont déjà cristallisé des médicaments dans l’espace, les expériences précédentes se concentraient sur des cristaux composés d’une seule substance ; l’expérience de Capellades sera la première à intégrer un additif à ce procédé.

Les comprimés pharmaceutiques, les semi-conducteurs, l’acier, le chocolat et même les calculs rénaux sont tous des cristaux. Les molécules en solution se déplacent d’abord vers la surface du cristal, puis s’attachent au cristal en croissance. La microgravité ralentit ce mouvement initial et, souvent, la vitesse globale de croissance cristalline. Il en résulte des cristaux plus nets et de meilleure qualité.

Capellades s’attend à observer, lors de cette expérience, que les cristaux cultivés sur l’ISS se développent plus lentement, ce qui aboutit à un produit plus homogène. Des expériences antérieures ont montré que les cristaux d’insuline régulant la glycémie étaient exceptionnellement grands et bien ordonnés lorsqu’ils étaient cultivés dans l’espace. La taille et le degré d’ordre des cristaux peuvent influer sur la libération d’un médicament, créant potentiellement des possibilités d’améliorer son administration.

Actuellement, les médicaments cristallins contiennent majoritairement des substances uniques. Capellades souhaite ajouter un deuxième ingrédient sûr afin de générer des alliages pharmaceutiques. Pour ses expériences, Capellades fera cristalliser des substances courantes comme l’acétaminophène avec des colorants violets servant d’additifs, la couleur étant utilisée comme marqueur visuel de leur répartition à l’intérieur du cristal. Les expériences seront acheminées vers l’ISS à bord de la mission commerciale de ravitaillement SpaceX CRS-34.

Pour cette dernière étude, Rowan University travaille pour le compte de Redwire afin de faire progresser des opportunités de recherche mutuelles. Redwire finance l’étude dans le cadre d’un contrat du programme NASA In-Space Production Applications. Une fois le PIL-BOX préparé installé sur l’ISS, l’équipe des opérations en orbite lancera un programme automatisé pour démarrer le processus de cristallisation, et une caméra microscope montée à l’intérieur du module prendra des images toutes les quelques minutes afin que l’équipe au sol puisse suivre le déroulement de l’expérience presque en temps réel.

La NASA a subventionné une grande partie de ces travaux, en prenant généralement en charge les coûts considérables de transport des recherches vers l’ISS ainsi que le temps des astronautes nécessaire pour y mener les expériences. Il existait toutefois des compromis, notamment des délais importants avant de pouvoir envoyer des recherches dans l’espace. Néanmoins, il est devenu clair qu’il pourrait exister certaines applications commerciales à la fabrication de médicaments dans l’espace.

Varda a lancé le premier de ses véhicules, W-1, à la mi-2023, et cinq autres véhicules ont été lancés depuis. Dans le cadre de l’accord avec United Therapeutics, Varda et United Therapeutics exploiteront l’influence de la microgravité sur la structure et les propriétés de cristallisation des composés thérapeutiques afin d’en améliorer la stabilité et l’administration.

Quels que soient les résultats, les laboratoires pharmaceutiques ne déplaceront peut-être pas encore leur production en orbite, mais les avancées des technologies spatiales pourraient rendre la production hors Terre de plus en plus réalisable à l’avenir. Capellades envisage que les entreprises pharmaceutiques utilisent des cristaux cultivés dans l’espace comme germes pour une meilleure croissance cristalline sur Terre, dans les cas où l’additif stabilise une nouvelle structure cristalline. Une production entièrement spatiale d’alliages cristallins a davantage de chances d’avoir du sens pour des matériaux à forte valeur utilisés uniquement en très petites quantités, par exemple pour certains semi-conducteurs ou des optiques laser.