Les bioréacteurs en plastique, également appelés bioréacteurs à usage unique ou jetables, ont profondément transformé la fabrication biopharmaceutique et la recherche en culture cellulaire au cours des deux dernières décennies. Contrairement aux bioréacteurs traditionnels en acier inoxydable et en verre, qui nécessitent des opérations importantes de nettoyage, de stérilisation et de validation entre les différents lots, les bioréacteurs en plastique utilisent des cuves en polymère pré-stérilisées, qui sont éliminées après une seule campagne de production. Ce changement de paradigme permet de répondre à un enjeu majeur des procédés biotechnologiques : les coûts importants liés aux infrastructures et aux opérations nécessaires à l'utilisation de systèmes réutilisables. Plus de 90 % des sites de production biopharmaceutique utilisent désormais une forme ou une autre de composant à usage unique, et plus de 70 % ont recours à des poches de bioréacteur à usage unique. Les bioréacteurs en plastique sont disponibles dans des volumes de travail allant de quelques millilitres pour les systèmes de paillasse à petite échelle à plus de 2 000 litres pour les équipements destinés à la production à grande échelle.
Matériaux polymères et critères de sélection
La sélection des matériaux polymères utilisés pour la fabrication des bioréacteurs repose sur des exigences strictes en matière de biocompatibilité, d'inertie chimique, de résistance mécanique et de compatibilité avec les procédés de stérilisation. Les polymères les plus couramment utilisés comprennent le polyéthylène (PE), le polystyrène (PS), le polypropylène (PP), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et le polycarbonate (PC). Ces matériaux doivent satisfaire aux exigences de la classe VI de la Pharmacopée des États-Unis (USP), garantissant leur caractère non toxique, non pyrogène et leur aptitude au contact direct avec des matériaux biologiques.
Les cuves rigides des bioréacteurs sont généralement fabriquées en polycarbonate ou en polystyrène, offrant une bonne intégrité structurelle et une transparence optique permettant l'observation microscopique. À l'inverse, les poches de bioréacteur souples sont constituées de films polymères multicouches intégrant notamment du polyéthylène basse densité (PEBD), du copolymère éthylène-acétate de vinyle et d'autres matériaux barrières. Ces films multicouches sont conçus pour présenter des caractéristiques spécifiques de perméabilité aux gaz, de résistance mécanique et de soudabilité. Parmi les matériaux émergents figure l'acide polylactique (PLA), un polyester biodégradable issu de ressources renouvelables, qui a été utilisé avec succès pour la fabrication de cuves de bioréacteur imprimées en 3D et intégrant des diffuseurs de gaz.
