PRODUCTION DE SUBSTANCES A INTERET

PHARMACEUTIQUE PAR LES PLANTES Prof. F. BOURGAUD

Janvier 2011

Production de substances à intérêt

pharmaceutiquepar les plantes

ARH 29 Jan. 2011, PARIS

par les plantes

Prof. F. BourgaudUMR INRA - Nancy Université (INPL)Plant Advances Technologies SA

Position du problème

� Découverte de nouvelles espèces botaniques

� Découverte de nouvelles substances naturelles végétales (SNV)

� Identification des propriétés pharmacologiques des SNV

� Développement de nouveaux médicaments

2

� Comment produire ces substances pour un usage industriel ?

Quelques idées générales…

� Les plantes comme sources de substances naturelles

� Les plantes comme usines à produire des substances hétérologues

N

N

H

H3C

H3COCH3

O

O

CH3OH

HO

OCH3

N

NH

O

OCH3

CH3OH

Vinblastine

3

� Les plantes comme usines à produire des substances hétérologues

Myoglobine

Substances naturelles végétales (SNV)

Une situation paradoxale dans l’industrie pharmaceu tique

� Importance historique et économiquevs

Peu de développement concernant les SNV

� Frilosité de la Pharma envers les médicaments SNV

� Culture « Chimie & HTS » de la filière

� Mélanges complexes de molécules

4

� Mélanges complexes de moléculesvs

1 molécule – 1 maladie

Y a-t-il un avenir pour les SNV dans l’industrie ph armaceutique ?

Des SNV pour la pharma si et seulement si…

� Des plantes facilement disponibles

� Biodiversité végétale concentrée dans les zones équatoriales

� Comment rationaliser l’approvisionnement ?� Technologie des bioréacteurs de cellules végétales

� Position française

Des succès (Taxol® BMS-Phyton)mais d’une portée limitée

Réacteurs (Protalix)

5

Bioréacteurs de cellules végétales : un demi succès historique…

� Le paradoxe des cellules cultivées en réacteurs

� Elles sont rendues hétérotrophes car la culture se fait � Elles sont rendues hétérotrophes car la culture se fait in vitro

� Comme elles sont hétérotrophes il faut subvenir à leurs besoins en carbone organique

� Comme on supplémente les milieux en carbone organique, il faut maintenir des conditions drastiquement stérilesdrastiquement stériles

� La stérilité coûte cher à maintenir

Où est l’erreur ????

Repenser la culture en réacteurs 6

Plant Advanced Technologies en bref

� Fondée en 2005 à Nancy (spin-off INPL-ENSAIA-INRA).

� Spécialisée dans les procédés innovants pour la production de SNV et protéines recombinantes de végétaux

7

Stimulation

Un nouveau procédé pour la production de substances naturelles

végétales à partir de racines

La technologie des “plantes à traire”

Brevet INRA –INPL WO0133942Up to x 50…

Culture sous serre (environnement optimisé)

Stimulation

Libération des molécules par

les racines

Recyclage de la plante

Perméabilisation

Elicitation…

Purification des composés extraits des

racines

Recyclage de la plante

Extrait brut ou purifié 8Controle qualité

Crédits dessins : D. Font-Gicquel & Prof. M. C Meyer

Alcaloïdes tropaniques du DaturaTaxanes de l’If

6

7

8

Alc

aloï

des

par

plan

te (

mg/

plan

t)

Alcaloïdes dans le milieu (mg)

Alcaloïdes dans la plante (mg)

0

1

2

3

4

5

Alc

aloï

des

par

plan

te (

mg/

plan

t)

Ifs traités PMT 2.1 +/- 0.1 mg / plante

Ifs témoins 0.2 +/- 0.1 mg / plante

Paclitaxel en solution après une étape de perméabilisation

9

� Non destruction des plantes

Plantes à Traire

� Accession facilitée à des composés à haute valeur ajoutée, issus de plantes rares/protégées

� Hauts rendements par l’élicitation

� Extraction/séparation simplifiée par rapport à un extrait végétal classique

� Mise au point et montée en échelle de production rapide

� Sécurisation du sourcing

���� Une opportunité pour revisiter des « hits » issus de plantes rares, protégées, à croissance lente

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Biologie synthétique

� Synthèse de monoterpènes chez le tabac (Projet EU SMARTCELL)

O O

O P

O-

O P O-

O-Geranyl diphosphate

OH

Geraniol

Geraniol synthase

Geraniol 10 hydroxylase

N

N

H

H3C

H3COCH3

O

O

CH3OH

HO

OCH3

N

NH

O

OCH3

CH3OH

OH

OH

10 hydroxy-geraniol

Geraniol 10 hydroxylase

Reductase

Néosynthèse de monoterpènes

chez le tabac

14

Systèmes actuels pour la productionde protéines recombinantes

� Procaryotes� Procaryotes

• Bactéries

� Eucaryotes

• Levures

• Cellules animales� Cellules de hamster (CHO)

� Cellules d’insectes (baculovirus)

• Plantes• Plantes

17

Production par culturesde cellules végétales

d’après Hillweg et al., Nature Biotech , 2004, 22(11)1415

Glucocérébrosidase (Maladies lysosomales)

19

Production par culturede plante entière

♦ Cas de la culture de maïs♦ Cas de la culture de maïs♦ 10t grain/ha♦ 6% de protéines => 600 kg/ha de protéines totales

♦ Mais un problème majeur : l’extraction/purification

20

Quelles plantes modèles chez PATpour la production de protéines thérapeutiques ?

21

Technologie PAT Friday®

Le modèle DroseraLe modèle Drosera

Le modèle NepenthesLe modèle Nepenthes 22

Preuve de concept PAT Friday®

Gène codant pour une protéine transféré dans l’ADN végétal

Expression des protéines recombinantes dans le tissu

foliaire

Excretion de protéines

Transformation génétique de Drosera rotundifolia

Excretion de protéines dans les mucosités

foliaire

Les protéines sont-elles excrétées à la surface des feuilles ?

23

Des plantes comme bioréacteurs naturels…

Mais qui sont aussi des digesteurs naturels…

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PAT FridayPAT Friday ®®

AvantagesAvantages

� Récolte aisée

� Purification & downstream process simplifiés

� Stérilité possible

� Montée en echelle facile

� Activité Protease controlée� Activité Protease controlée

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Merci de votre attentionRemerciements à tous nos collaborateurs :Remerciements à tous nos collaborateurs :

Dr. Flore Biteau

Sissi Miguel

Benoit Mignard

Jean-Marc Lainé

Dr. Paul Hannewald

Estelle Muller

Cindy Michel

Jean-Paul Fèvre

Dr. Alain Hehn

Prof. E. Gontier

Alain Clément

Prof. Guckert 32