Dans ce blog, nous répondons à la question "Qu'est-ce que la congélation à ultra-basse température ?" et expliquons comment elle fonctionne. Nous répondons également à d'autres questions, telles que "Quels sont les types de congélateurs à ultra-basse température disponibles ?" et énumérons leurs avantages et leurs inconvénients. Nous clarifierons également les idées fausses sur la congélation à ultra-basse température et identifierons les meilleures pratiques pour le stockage à long terme à ultra-basse température.

Qu'est-ce que la congélation à très basse température ?

La technologie de congélation ultra-basse (ULT) est souvent requise dans le cadre d'un processus utilisé pour préserver des matériaux biologiques tels que des cellules, des tissus, des organes et des produits pharmaceutiques ou biopharmaceutiques à des températures extrêmement basses. Cette technologie devient de plus en plus importante car les chercheurs et les fabricants cherchent des moyens de stocker et de transporter ces matériaux pour les utiliser dans la fabrication, la recherche et les applications des sciences de la vie. Les congélateurs ULT sont couramment utilisés par les organisations qui traitent des spécimens sensibles à la température, des thérapies ou des vaccins ARNm. Ces dispositifs de stockage du froid préservent la chaîne du froid dans des secteurs tels que les produits pharmaceutiques, les biotechnologies, les sciences de la vie et les soins de santé. Avec les récentes exigences de température ultra-froide des vaccins COVID-19 à base d'ARNm, le stockage à très basse température est un élément clé du stockage des vaccins en vrac et de leur distribution commerciale.

‍Ultra-lowtemp cold storage désigne généralement le stockage à une température comprise entre -20°C et -80°C, voire en dessous. Les congélateurs ultra-basses températures, qui sont couramment utilisés dans les applications des sciences de la vie, peuvent avoir du mal à maintenir ces températures et à conserver des échantillons biologiques précieux pendant de longues périodes. Les congélateurs ULT traditionnels peuvent avoir des plages de température allant de -40°C à -86°C (-40°F à -122,8°F), certains fournisseurs atteignant jusqu'à -80°C pendant des jours ou des semaines. Certains modèles offrent une "plage de température verticale" en fonction de la configuration. Ces températures ultra-froides protègent les matériaux biologiques, tels que les cellules et les tissus, et les biomolécules comme les protéines, les oligonucléotides et l'ARNm, des dommages causés par la chaleur et de la dénaturation. Les congélateurs ULT se présentent sous la forme de modèles verticaux, de coffres, de congélateurs de comptoir/de table, de congélateurs portables et de congélateurs configurables.

Avantages des congélateurs à ultra-basse température

L'un des principaux avantages de la technologie de l'ultra-faible congélation est sa capacité à permettre la conservation de matériaux biologiques pendant de longues périodes. Les méthodes traditionnelles de conservation, telles que la réfrigération ou la congélation à des températures plus élevées, ne ralentissent ou n'arrêtent pas suffisamment l'activité biologique, ce qui entraîne des dommages ou une détérioration. La congélation à très basse température, en revanche, peut ralentir le métabolisme cellulaire, ce qui permet de conserver les matières biologiques pendant de longues périodes sans détérioration significative.

Un autre avantage clé de la technologie de congélation ultra-faible est sa capacité à permettre le transport de matériel biologique sur de longues distances. Les méthodes traditionnelles de conservation sont souvent inadaptées à cette fin, en raison de l'incapacité à maintenir des températures précises. Les fluctuations de température peuvent endommager le matériel pendant le transport. Grâce à la congélation ultra-faible, le matériel biologique peut être transporté sur de longues distances, ce qui permet de partager des ressources et de collaborer à des projets de recherche dans le monde entier. Par rapport à d'autres solutions comme la glace sèche ou l'azote liquide, les congélateurs à ultra-basse température offrent souvent un contrôle précis et fiable de la température, un accès facile aux échantillons, un stockage optimisé et une uniformité de la température pour les spécimens stockés. Les congélateurs à ultra-basse température sont le meilleur moyen de préserver l'intégrité de la chaîne du froid et sont beaucoup plus faciles à entretenir que l'azote liquide qui s'évapore et dont le stockage est coûteux.

Le refroidissement par convection est une technologie avancée de congélation à très basse température qui a permis d'améliorer l'uniformité de la température, la fiabilité et la récupération de la température. Les anciens congélateurs ultra-basse température (ULT), également connus sous le nom de "parois froides", ne disposent pas de la redondance et de l'uniformité intégrées des nouveaux modèles à convection. La technologie de convection force l'air, tempéré à la température cible, à travers une chambre. Cette technologie vise à forcer un volume d'air suffisant à travers la chambre, de manière uniforme, afin de garantir un refroidissement cohérent et reproductible dans l'ensemble de l'enceinte de la chambre. Cette technologie est particulièrement utile pour le chargement en vrac dans la fabrication de médicaments commerciaux, car le profil de congélation plus uniforme réduit les contraintes du compresseur et prolonge le cycle de vie de l'équipement.

Considérations importantes pour le choix de l'équipement de congélation ultra-faible

Lors de l'achat d'un nouveau congélateur ultra-basse température, il est important de comprendre la technologie afin de garantir des performances optimales. Parmi les autres facteurs à prendre en compte figurent la plage de température de consigne, l'efficacité énergétique, la capacité de stockage maximale, la portabilité, la surveillance intégrée de la température, les systèmes de secours, la récupération par porte ouverte et l'uniformité de la congélation. Il est préférable de savoir si le système de stockage accepte tous les types de conteneurs ou s'il est limité à un certain type de système de stockage.

Lors de l'évaluation des besoins en froid pour un projet ou une installation à venir ou lors de l'élaboration de la spécification des besoins de l'utilisateur, il convient d'envisager le déploiement d'un système de refroidissement par convection à air pulsé si les considérations suivantes s'appliquent :

• Charges plus importantes
• Large éventail de scénarios de charge potentiels
• Uniformité de la température à l'intérieur de la chambre
• Matériaux de grande valeur
• Ouvertures de portes fréquentes
• Solutions uniques de manutention, y compris des chariots de transfert de lots complets

Pour la congélation des matériaux, certains fabricants ont créé des congélateurs ultra-bas qui fonctionnent par congélation sur plaque. Comme on peut s'y attendre, ce processus de congélation utilise deux plaques très froides et congèle un spécimen entre elles. Bien que ce processus soit meilleur que l'azote liquide ou la glace sèche, il limite les possibilités de stockage aux seuls sacs. En comparaison, les congélateurs à parois froides et les chambres de refroidissement par convection permettent à l'utilisateur final de les moduler et de les personnaliser.

La commercialisation de produits biologiques et de substances médicamenteuses en vrac nécessitant un stockage à froid a mis à rude épreuve les technologies de parois froides ULT dans des applications pour lesquelles elles n'ont pas été conçues ou prévues. L'industrie considère de plus en plus la paroi froide conventionnelle à ultra-basse température (ULT) comme un "consommable", malgré les problèmes de durabilité et d'exploitation causés par les défaillances des actifs avant leur durée de vie prévue.

En termes simples, la technologie conventionnelle des parois froides, telle que déployée dans tous les congélateurs ULT, est conçue pour promouvoir le refroidissement par l'expansion d'un réfrigérant à travers une série de capillaires dans la paroi de la chambre. Cette technologie vise à rendre l'enveloppe de l'ULT aussi froide que possible, étant donné que le centre de l'ULT finira par atteindre la température cible avec un minimum d'ouvertures de portes et de charges chaudes.

Cas d'utilisation des congélateurs à ultra-basse température

Les congélateurs ultra-bas sont souvent utilisés dans le cadre de la recherche et de la fabrication de produits pharmaceutiques. Les fabricants de produits pharmaceutiques, y compris les organisations de fabrication sous contrat (CMO) et les organisations de développement et de fabrication sous contrat (CDMO), utilisent des congélateurs ultra-bas pour stocker des produits sensibles à la température tels que des vaccins, des produits biopharmaceutiques et d'autres produits médicaux qui doivent être stockés à des températures extrêmement basses pour préserver leur puissance et leur efficacité. Ces congélateurs ultra-bas doivent souvent atteindre des températures aussi basses que -80°C, ce qui est crucial pour maintenir la stabilité des produits stockés dans le temps et aider à prévenir la dégradation. En outre, les congélateurs ultra-bas sont équipés de fonctions avancées telles que des alarmes, des systèmes de surveillance de la température et des alimentations de secours, toutes destinées à assurer la préservation des produits stockés en cas de panne de courant, de catastrophe naturelle ou d'autres événements inattendus.

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Différents types de congélateurs à ultra-basse température

Les congélateurs ULT sont utilisés dans l'industrie pharmaceutique et biomédicale pour stocker des matériaux sensibles à la température de précision tels que des vaccins, du matériel biologique, des lignées cellulaires et des échantillons de tissus à des températures ultra-basses (-20 à -80°C). Les types de congélateurs ultra-basses sont les suivants :

• Congélateurs ultra-bas à thorax (congélateurs à thorax) - ils ne sont généralement pas utilisés dans les installations de fabrication ; ils sont plutôt utilisés dans les laboratoires.
• Congélateurs portables ultra-bas - généralement utilisés pour le transport d'échantillons biologiques.
• Stockage en paroi froide (congélateur vertical ULT) - technologie de congélation traditionnelle ; temps de récupération et cycle de refroidissement plus lents.
• Modèles à convection - l'option de stockage à long terme à très basse température la plus efficace et la plus uniforme.
  

Congélateurs à ultra-basse température et COVID-19

Chez FARRAR, on nous demande souvent quelles considérations relatives à la congélation ultra-basse sont spécifiques aux vaccins COVID-19, et quelles sont les meilleures pratiques à mettre en œuvre pour le stockage de ces produits pharmaceutiques. Voici nos recommandations pour le stockage des vaccins à ARNm :

1. Choisissez un congélateur ultra-bas avec la plage de température la plus large pour optimiser le stockage ultra-froid de tous les vaccins candidats à base d'ARNm et de leurs substances médicamenteuses en vrac ou ingrédients pharmaceutiques actifs (AIP).  
2. Optez pour les congélateurs ayant le plus petit encombrement, la plus grande capacité de stockage et la meilleure portabilité pour une flexibilité optimale dans le cadre de l'application.
3. Sélectionnez des modèles ULT avec des services de surveillance de la température et d'analyse intégrés ou basés sur le cloud pour détecter et aider à prévenir les problèmes avant qu'ils ne conduisent à une excursion de température.  
4. Assurez-vous d'avoir un intérieur modulaire, offrant des configurations de stockage pratiquement illimitées.
5. La redondance est essentielle. Les meilleurs systèmes ULT doivent offrir des systèmes de refroidissement et de contrôle de secours intégrés.
6. Vérifiez la plage de température. Le modèle permet-il un stockage à -80°C ?
7. Le congélateur ULT est-il conçu pour un stockage à long terme ?
8. La période de refroidissement de la température ambiante à -80°C donne souvent une indication de la capacité de refroidissement du congélateur et de sa capacité à se remettre d'une ouverture de porte.  
   

Réflexions finales

La congélation à ultra-basse température est une technologie cruciale pour la préservation des matériaux biologiques, tels que les cellules, les tissus, les organes et les produits pharmaceutiques. Elle offre des avantages par rapport aux méthodes traditionnelles, tels que la préservation de l'intégrité des matériaux biologiques pendant de plus longues périodes, le transport en toute sécurité de matériaux sur de longues distances, le contrôle précis de la température, l'uniformité de la température et l'optimisation de l'espace de stockage. Il est important de reconnaître que les processus de développement et de fabrication de médicaments biologiques d'aujourd'hui exigent des performances qui ne sont pas disponibles dans les différents types de congélateurs. Pour choisir le modèle le mieux adapté à votre processus, tenez compte de l'utilisation qui sera faite du congélateur, de la fréquence d'ouverture de la porte à la congélation des matériaux, en passant par la taille de l'échantillon.