Cómo elegir entre continuo y alimentación por lotes para carne cultiva – Cellbase

Cuando se trata de escalar la producción de carne cultivada, una de las decisiones más críticas para los ingenieros de bioprocesos, gerentes de producción y científicos de investigación es seleccionar el enfoque de fabricación óptimo: procesamiento continuo o por lotes alimentados. Ambas estrategias ofrecen ventajas y desafíos distintos, pero su implementación requiere una consideración cuidadosa de factores económicos, regulatorios y de sostenibilidad. Este artículo desglosa las complejidades de cada sistema, informado por conocimientos de expertos de la industria biotecnológica, y proporciona una hoja de ruta para tomar decisiones informadas que se alineen con los objetivos de producción.

Comprendiendo los Conceptos Básicos: Procesamiento Continuo vs Procesamiento por Lotes Alimentados

¿Qué es el Procesamiento por Lotes Alimentados?

El procesamiento por lotes alimentados ha sido durante mucho tiempo el estándar de la industria para la biomanufactura. En este método, las células se cultivan en un biorreactor donde los nutrientes se añaden de manera incremental a lo largo del tiempo. El proceso concluye con una única cosecha del producto.

Las ventajas incluyen:

Familiaridad: Ampliamente utilizado y bien comprendido en toda la industria.
Robustez: Más fácil de gestionar, con menos complejidades operativas.
Escalabilidad: Particularmente efectivo para lotes clínicos a corto plazo o volúmenes de producción limitados.

Sin embargo, el procesamiento en lote alimentado puede estar limitado por su productividad inherentemente más baja y mayores requisitos de capital para operaciones a gran escala.

¿Qué es el Procesamiento Continuo?

El procesamiento continuo es un enfoque más nuevo y dinámico, en el que las células y el medio se alimentan continuamente en el biorreactor, y el producto se cosecha simultáneamente. Este proceso soporta densidades celulares más altas y producción sostenida.

Los beneficios incluyen:

Mayor productividad: Los sistemas de perfusión continua pueden lograr de 3 a 5 veces la producción de los procesos en lote alimentado.
Huella de equipo más pequeña: Se puede lograr el mismo volumen de producción con biorreactores más pequeños, reduciendo la inversión de capital, las necesidades de HVAC y el consumo de energía.
Potencial para mejorar la calidad del producto: Los sistemas continuos proporcionan condiciones de operación consistentes, reduciendo la variabilidad.

No obstante, la transición al procesamiento continuo introduce una mayor complejidad, requiriendo automatización avanzada, mayor consumo de medios y una integración cuidadosa de las operaciones upstream y downstream.

Consideraciones Clave para la Implementación

1. Implicaciones Económicas

Una de las preguntas más apremiantes para los fabricantes biofarmacéuticos es si el procesamiento continuo ofrece ventajas reales de costo.Los estudios de modelado revelan que para producciones anuales de 100 kilogramos de producto:

Costos de Capital: Los sistemas continuos tienen menores demandas de capital debido a biorreactores más pequeños y un tamaño de instalación reducido.
Costos Operativos: Los gastos en medios aumentan en los sistemas continuos, representando el 20–25% del costo de los bienes vendidos (COGS) dependiendo de si se utilizan medios patentados o disponibles en el mercado.
Paridad de Costos: Cuando se consideran la productividad y la escalabilidad, los costos de producción totales de los sistemas continuos y de alimentación por lotes a menudo convergen, con solo una diferencia de ±10%.

Para las empresas en ensayos clínicos en etapa temprana o que producen pequeños volúmenes, la alimentación por lotes puede seguir siendo más viable debido a su simplicidad y menor inversión inicial. Sin embargo, los sistemas continuos son más adecuados para operaciones a escala comercial que requieren una producción constante y de alto volumen.

2. Requisitos Regulatorios

Las agencias regulatorias como la FDA y la EMA están promoviendo cada vez más la intensificación de procesos a través de la fabricación continua. Sin embargo, sus expectativas para la garantía de calidad (QA) y el control son en gran medida similares a las de los sistemas de alimentación por lotes:

Rastreabilidad: Definiciones claras de lotes y documentación robusta son esenciales.
Seguridad del Paciente: Los procesos deben asegurar la eliminación de virus, tratamientos de bajo pH y un control efectivo de la carga.
Calidad del Producto: Los sistemas continuos deben demostrar una caracterización y reproducibilidad adecuadas.

Aunque los reguladores son favorables, la decisión en última instancia recae en las prioridades estratégicas y la preparación operativa de la empresa.

3. Complejidad del Proceso y Automatización

La transición a un procesamiento continuo requiere un mayor grado de automatización e integración entre las operaciones upstream y downstream. Los desafíos clave incluyen:

Sincronizar los biorreactores continuos con los procesos de purificación downstream.
Gestionar el aumento en la preparación y suministro de medios.
Desarrollar estrategias de control robustas para garantizar la estabilidad del sistema y la consistencia del producto.

A pesar de estas complicaciones, un proceso continuo bien diseñado ofrece una mayor robustez y fiabilidad, especialmente para operaciones a gran escala.

4. Factores de Sostenibilidad

El procesamiento continuo se promueve a menudo como una opción más amigable con el medio ambiente, dado su menor huella de instalación y sus reducidos requerimientos de energía. Sin embargo, estudios de la industria indican que los beneficios de sostenibilidad son menos pronunciados de lo esperado. For instance:

Huella de Carbono: Los sistemas continuos reducen las emisiones relacionadas con HVAC en aproximadamente un 20%, pero el impacto ambiental total sigue siendo comparable a los sistemas de alimentación por lotes.
Uso de Medios: Las mayores demandas de medios en procesos continuos compensan algunas de las ganancias de sostenibilidad.

Aunque ambos métodos tienen margen de mejora, las consideraciones de sostenibilidad deben sopesarse junto con los factores económicos y operativos.

Mejores Prácticas para la Toma de Decisiones

Al determinar si adoptar el procesamiento continuo o por lotes, las empresas deben adoptar un enfoque holístico, considerando sus necesidades específicas de la línea de productos, capacidades organizativas y objetivos a largo plazo. Las recomendaciones clave incluyen:

Evaluar la Demanda del Producto: Los sistemas continuos son más ventajosos para la producción de alto volumen y en etapas avanzadas.Para los ensayos clínicos en fase inicial, el cultivo alimentado por lotes sigue siendo la opción más sencilla.
Evaluar la Preparación Organizacional: Implementar procesos continuos requiere una inversión significativa en automatización, capacitación e integración de procesos.
Enfocarse en la Flexibilidad: Los modelos híbridos, como la combinación de perfusión N-1 (un paso continuo de alta semilla) con la producción por lotes alimentados, pueden ofrecer un enfoque equilibrado.
Aprovechar los Recursos de la Industria: Involucrarse con proveedores, asistir a conferencias y utilizar herramientas de simulación para explorar diferentes escenarios y optimizar los diseños de procesos.

Puntos Clave

Incrementos de Productividad: Los sistemas continuos ofrecen una productividad 3–5 veces mayor, pero requieren una cuidadosa sincronización de las operaciones de upstream y downstream.
Consideraciones Económicas: A escala comercial, los procesos continuos y por lotes alimentados a menudo logran paridad de costos.Para la producción a pequeña escala, el método de alimentación por lotes sigue siendo más rentable.
Alineación Regulatoria: Ambos métodos deben cumplir con estrictos estándares de QA/QC, pero las agencias regulatorias favorecen la intensificación de procesos.
Perspectivas de Sostenibilidad: Los sistemas continuos tienen una huella ambiental más pequeña, aunque las diferencias son menos dramáticas de lo anticipado.
Ajuste Estratégico: La elección entre el procesamiento continuo y el de alimentación por lotes debe alinearse con la escala de producción de la empresa, las necesidades de la cartera y las capacidades organizativas.
Enfoques Híbridos: Combinar elementos de ambos métodos puede proporcionar flexibilidad y eficiencia en costos.

Conclusión

El procesamiento continuo es indudablemente una tecnología transformadora dentro de la industria de la carne cultivada, pero no es una solución única para todos.Las empresas deben evaluar cuidadosamente sus requisitos de producción únicos, los entornos regulatorios y las demandas del mercado antes de comprometerse con un enfoque particular. Al aprovechar datos sólidos, experiencia en la industria y previsión estratégica, los fabricantes de bioproductos pueden optimizar sus procesos para lograr una mayor productividad, eficiencia de costos y sostenibilidad, asegurando la exitosa ampliación de productos de carne cultivada para los mercados globales.

Fuente: "192: Secretos de Intensificación de Procesos: Un Marco de Decisión para Ingenieros de Procesos con Andreas Castan..." - Científico de Biotecnología Inteligente, YouTube, 25 de septiembre de 2025 - https://www.youtube.com/watch?v=YptE3k2JyG0