Al diseñar instalaciones compatibles con GMP para la producción de carne cultivada, la elección entre equipos de un solo uso y de uso múltiple afecta los costos, la escalabilidad, las operaciones y el cumplimiento normativo. Aquí está la conclusión clave:
- Equipos de Un Solo Uso: Menores costos iniciales (hasta un 50% menos), tiempos de cambio de lote más rápidos, sin validación de limpieza y uso reducido de agua/energía. Sin embargo, está limitado a una capacidad de 2,000 litros, tiene costos recurrentes más altos para consumibles (~£40,000/lote) y enfrenta desafíos en la cadena de suministro.
- Equipos de Uso Múltiple: Mayor inversión inicial, pero escalable a más de 20,000 litros, con menores costos de producción a largo plazo. Requiere protocolos de limpieza complejos (CIP/SIP), más energía y espacios más grandes en las instalaciones. html
Comparación Rápida
| Característica | Equipo de Uso Único | Equipo de Uso Múltiple |
|---|---|---|
| Costo Inicial | ~50% más bajo | Alto |
| Capacidad | Hasta 2,000 litros | Más de 20,000 litros |
| Tiempo de Respuesta | <1 día | 3–4 días |
| Validación de Limpieza | No requerido | Extensiva (CIP/SIP) |
| Uso de Energía/Agua | ~50% más bajo | Alto |
| Costo de Consumibles | Alto (~£40,000/lote) | Bajo |
| Escalabilidad | Limitada | Alta |
Un enfoque híbrido: utilizar sistemas de un solo uso para trenes de semillas y acero inoxidable para la producción a gran escala ofrece una solución equilibrada para la flexibilidad y la gestión de costos.El diseño de la instalación, las clasificaciones de salas limpias y las necesidades de servicios dependen en gran medida de esta elección. Plataformas como
Comparación de Equipos de Uso Único vs Uso Múltiple para Instalaciones de Carne Cultivada GMP
Equipos de Uso Único: Beneficios y Desventajas
Beneficios de los Equipos de Uso Único
Los sistemas de uso único ofrecen una gran ventaja en el control de la contaminación. Al desechar las superficies de contacto con el producto después de cada lote, minimizan los riesgos de contaminación cruzada. Este enfoque también reduce la necesidad de clasificaciones de salas limpias de alto nivel y protocolos de segregación complejos [1].
Los tiempos de respuesta son otro punto fuerte. Mientras que los sistemas de acero inoxidable pueden tardar de tres a cuatro días en prepararse, los sistemas de uso único están listos en menos de un día [5]. Por ejemplo, HIPRA S.A. , una empresa española de salud animal, probó biorreactores de un solo uso agitados de 200 litros en 2014. Descubrieron que eliminar los ciclos de limpieza les ahorró dos meses de tiempo de configuración y aumentó la productividad en un 15–20% [3].
El equipo de un solo uso preesterilizado también simplifica las operaciones al reducir los requisitos de validación de limpieza. Esta eficiencia se traduce en reducciones de personal de aproximadamente un 15% en la fabricación y un 12% en los departamentos de QA/QC [4][5].
El consumo de utilidades es significativamente menor con sistemas de un solo uso.Bruce Rawlings y Hélène Pora de Pall Life Sciences destacan que:
"una instalación de un solo uso es aproximadamente un 50% menos intensiva en energía debido a un consumo significativamente menor de energía que de otro modo se requeriría para calentar grandes volúmenes de agua para limpiar y esterilizar equipos de acero inoxidable"
[5]. En general, las instalaciones de un solo uso pueden reducir el uso total de agua y energía en un 46% [1]. Al considerar los ahorros en mano de obra, mantenimiento y servicios públicos, los costos operativos por lote pueden ser aproximadamente un 22% más bajos [5].
| Característica | Equipo de un solo uso | Equipo de uso múltiple |
|---|---|---|
| Inversión de Capital Inicial | ~50% menor [1] | Alta |
| Tiempo de Cambio de Lote | <1 día [5] | 3–4 días [5] |
| Validación de Limpieza | No requerido [5] | Extensiva (CIP/SIP) [5] |
| Uso de Agua/Energía | 46% menor [1] | Alta |
| Requisitos de Mano de Obra | 15% menos de personal de fabricación [5] | Estándar |
Sin embargo, estos beneficios se equilibran con ciertas limitaciones que afectan la escalabilidad y los costos operativos.
Desventajas del Equipo de Un Solo Uso
Aunque los sistemas de un solo uso ofrecen ventajas operativas, presentan desafíos notables. Un problema importante es la escalabilidad. Los biorreactores de un solo uso a menudo están limitados en tamaño, requiriendo una estrategia de expansión. En contraste, los sistemas de acero inoxidable pueden escalar hasta 20,000 litros o más, haciéndolos más adecuados para operaciones a gran escala [1][2]. Esta limitación obliga a las instalaciones a depender de múltiples unidades más pequeñas en lugar de un solo recipiente grande.
Otra desventaja es el costo de los consumibles, que puede aumentar los gastos operativos en aproximadamente £40,000 por lote [5]. Esto hace que los sistemas de un solo uso sean menos rentables para la producción de alto volumen.
La fiabilidad de la cadena de suministro también es una preocupación. La industria ha enfrentado una "crisis de suministro de un solo uso", con tiempos de entrega para algunos consumibles que se extienden más allá de un año. Alrededor del 50% de los encuestados en la encuesta de biomanufactura han informado haber experimentado tales retrasos [1]. Además, las bolsas de un solo uso son propensas a sufrir daños por objetos afilados, sobrepresión o manejo inadecuado durante la instalación [3].
El problema de los extractables y lixiviables complica aún más las cosas. Los productos químicos de los componentes plásticos pueden lixiviarse en el producto, afectando potencialmente la viabilidad o productividad celular. Cheryl Scott, Editora en Jefe de BioProcess International, advierte:
"Los extractables y lixiviables podrían comprometer la viabilidad o productividad celular e incluso persistir durante la purificación y formulación del producto farmacéutico, presentando un riesgo para los pacientes"
[2]. Esto desplaza el enfoque de la validación de limpieza a pruebas rigurosas y caracterización de materiales.
Por último, los sistemas de un solo uso requieren espacio de almacenamiento adicional para sus consumibles. Gestionar un inventario voluminoso puede complicar la disposición de las instalaciones, especialmente para las empresas que operan múltiples líneas de producción [1].
Equipos de Uso Múltiple: Beneficios y Desventajas
Beneficios de los Equipos de Uso Múltiple
Los biorreactores de acero inoxidable son una opción confiable para la producción a gran escala de carne cultivada, ofreciendo un rendimiento bien documentado que ha resistido la prueba del tiempo. A diferencia de los sistemas de un solo uso, que están limitados en capacidad, los equipos de uso múltiple pueden escalar hasta más de 20,000 litros, lo que los hace ideales para la producción en masa [2][3].
Estos recipientes de acero inoxidable están construidos para durar décadas, proporcionando una infraestructura permanente para operaciones a largo plazo bajo GMP (Buenas Prácticas de Manufactura) [2]. Una gran ventaja es su capacidad para eliminar el riesgo de fallos en la integridad de las bolsas, una preocupación común con los sistemas desechables que puede llevar a problemas de bioseguridad y pérdidas financieras [3]. Además, los sistemas de uso múltiple están altamente automatizados, reduciendo la necesidad de intervenciones manuales como la instalación de bolsas y las conexiones asépticas, que son más comunes en configuraciones de un solo uso [3].
Otro aspecto de ahorro de costos es la evitación de gastos recurrentes en consumibles. Los sistemas de uso múltiple también permiten un vaciado más rápido al final de la producción mediante presión de aire estéril, un proceso más eficiente en comparación con los métodos requeridos para las bolsas de un solo uso [3].
| Característica | Multiuso (Acero Inoxidable) | De un solo uso (Desechable) |
|---|---|---|
| Escala Máxima | >20,000 L | Típicamente 2,000 L |
| Nivel de Automatización | Alto | Bajo (Más trabajo manual) |
| Riesgo de Fugas | Mínimo | Moderado (Fallos de bolsa) |
| Costo de Consumibles | Bajo | Alto (+£40,000/lote) [5] |
| Vida Útil del Equipo | Décadas | Un solo lote |
Jordi Ruano Bou, Director de Producción de Biológicos en HIPRA S.A. , explica: "Las MUBs a gran escala son tecnologías probadas a lo largo del tiempo en todo el mundo. Aunque han demostrado eficiencia en el proceso, una empresa debe considerar muchos aspectos al adquirir una" [3].
Aún así, aunque los sistemas de uso múltiple sobresalen en muchas áreas, vienen con su propio conjunto de desafíos.
Desventajas del Equipo de Uso Múltiple
A pesar de sus fortalezas, los sistemas de uso múltiple no están exentos de desventajas, particularmente en términos de costos y complejidad operativa. Requieren una inversión de capital inicial mucho más alta, con plazos de adquisición que a menudo superan un año. Además, el proceso de calificación para estos sistemas puede ser extenso, retrasando la preparación para la producción [3].
La limpieza y esterilización son otro obstáculo.Los biorreactores de acero inoxidable requieren procedimientos rigurosos de limpieza in situ (CIP) y esterilización in situ (SIP), que pueden tomar 3 a 4 días entre lotes [5] . Este tiempo de inactividad prolongado limita el número de lotes que se pueden producir anualmente - alrededor de 15 en comparación con 20 con sistemas de un solo uso [5].
El espacio físico requerido para equipos de uso múltiple también es significativamente mayor. Una instalación tradicional de acero inoxidable típicamente necesita alrededor de 1,800 m², en comparación con 1,200 m² para sistemas de un solo uso - un aumento del 50% impulsado por tuberías extensas, sistemas de servicios y la infraestructura de limpieza [5]. Este mayor espacio no solo impacta el diseño de la instalación, sino que también aumenta el consumo de energía. Se estima que los sistemas de uso múltiple utilizan 50% más de energía, en gran parte debido a la necesidad de calentar grandes volúmenes de agua para la esterilización [5].
Las demandas laborales también son más altas. Las instalaciones de uso múltiple requieren aproximadamente un 15% más de personal de fabricación y un 12% más de personal de QA/QC para manejar la validación de limpieza y el mantenimiento de equipos [5]. Mantener los estándares GMP añade más complejidad, ya que la validación de limpieza implica un monitoreo constante y rigurosos esfuerzos de aseguramiento de calidad [3][5].
Cómo la Elección de Equipos Afecta el Diseño de la Instalación
Requisitos de Diseño de la Instalación
Elegir entre equipos de un solo uso y de uso múltiple impacta significativamente el diseño de una instalación GMP. Los sistemas de acero inoxidable requieren una infraestructura fija extensa, incluyendo tuberías permanentes para sistemas de Limpieza en el Lugar (CIP), Esterilización en el Lugar (SIP) y Agua para Inyección (WFI) [2][8]. Este diseño crea una disposición de instalaciones rígida, ya que la colocación del equipo está dictada por la red de tuberías.
En contraste, la tecnología de un solo uso ofrece un enfoque más flexible. Sin la necesidad de servicios fijos, las instalaciones pueden adoptar diseños adaptables de "salón de baile" o "pista de baile". Aquí, el equipo es móvil y el espacio se diseña en función de las necesidades del proceso en lugar de una infraestructura fija [2]. Además, los sistemas de un solo uso a menudo permiten clasificaciones de salas limpias más bajas, como Grado C en lugar de Grado B, debido a sus procesos cerrados. Este cambio puede llevar a una reducción de los requisitos de HVAC y un menor consumo de energía [8].
"Las instalaciones de un solo uso pueden operar con una infraestructura fija notablemente mínima", señala Connected Workplaces [8].
Sin embargo, las compensaciones no son del todo sencillas. Si bien las instalaciones de un solo uso eliminan la necesidad de tuberías voluminosas y salas de servicios, requieren más espacio de almacenamiento para consumibles como bolsas, filtros y tuberías [10]. Para la producción de carne cultivada, una instalación de un solo uso ocupa típicamente alrededor de 1,200 m², en comparación con 1,800 m² para acero inoxidable, una reducción del 33%. Pero este ahorro de espacio se compensa parcialmente por las mayores demandas de almacenamiento [5].
Las diferencias se extienden a la inversión de capital y los plazos de construcción. Los sistemas de un solo uso generalmente cuestan entre £1.6 millones y £4 millones para establecerse, con una construcción que toma de 12 a 16 meses. En comparación, las instalaciones de uso múltiple requieren £8 millones a £20 millones y más de 24 meses para completarse [8][7][9]. Por ejemplo, en 2012, Catalent Pharma Solutions hizo la transición a una instalación compatible con GMP en solo un año al adoptar tecnología de un solo uso, reemplazando reactores de acero inoxidable para manejar nueve productos simultáneamente [7]. De manera similar, AGC Biologics completó el inicio de una instalación en menos de 16 meses en su sitio de Yokohama al instalar suites Cytiva FlexFactory para la producción de vacunas de ARNm [9]. Esta adaptabilidad también ha abierto la puerta a diseños híbridos que combinan las fortalezas de ambos sistemas.
Enfoques de Equipos Híbridos
Muchas instalaciones de carne cultivada ahora están optando por configuraciones híbridas, combinando equipos de un solo uso y de uso múltiple para equilibrar flexibilidad y costo.Una estrategia común implica el uso de sistemas de un solo uso para trenes de semillas y preparación de medios mientras se confía en acero inoxidable para biorreactores de producción a gran escala [2][7]. Este enfoque combina las capacidades de cambio rápido de los desechables para volúmenes más pequeños con la rentabilidad del acero inoxidable para operaciones a gran escala.
William Hartzel de Catalent Pharma Solutions explica: "En términos generales, las instalaciones de un solo uso son más flexibles que las instalaciones tradicionales, una gran ventaja en una instalación multiproducto" [7].
Diseñar instalaciones híbridas requiere una planificación cuidadosa para integrar ambos tipos de equipos. Los paneles de servicios montados en el techo, por ejemplo, permiten una fácil reconfiguración de los diseños de piso, permitiendo a las instalaciones cambiar entre patines de un solo uso y equipos fijos según sea necesario [1]. Este diseño modular proporciona "preparación para el futuro", permitiendo modificaciones rápidas para acomodar productos o procesos en evolución sin una reconstrucción mayor [1].
Agregar operaciones de un solo uso a configuraciones existentes de acero inoxidable también puede optimizar el uso de recursos. Los procesos de un solo uso pueden funcionar durante el tiempo de inactividad del equipo de acero inoxidable, compartiendo utilidades como el suministro de agua y reduciendo los costos de infraestructura [10]. Un ejemplo notable es BioInno, un CDMO con sede en China, que instaló biorreactores de un solo uso de 6,000 litros junto a su infraestructura existente. Este enfoque proporcionó flexibilidad multiproducto y rompió el límite tradicional de tamaño de 2,000 litros para sistemas desechables [9].
Tabla de Comparación de Diseño de Instalaciones
| Elemento de Diseño | De un Solo Uso | De Uso Múltiple (Acero Inoxidable) | Híbrido |
|---|---|---|---|
| Tubería Fija | Mínima; tubería flexible | Red extensa requerida | Infraestructura mixta |
| Grado de Sala Limpia | Grado C (típicamente) | Grado B (típicamente) | Varía por área |
| Huella de la Instalación | ~1,200 m² [5] | ~1,800 m² [5] | Intermedia |
| Inversión de Capital | £1.6M–£4M [8] | £8M–£20M [8] | Intermedio |
| Tiempo de Construcción | 12–16 meses [7][9] | 24+ meses | 18–24 meses |
| Requisitos de Almacenamiento | Alto (consumibles) | Bajo | Moderado |
| Demanda de Utilidades | 50% menos energía [5] | Altas necesidades de agua/vapor | Mixto |
| Flexibilidad de Diseño | Alta; equipos móviles | Baja; posiciones fijas | Moderada |
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Estrategias de Adquisición para Equipos de Grado GMP
Selección de Proveedores de Equipos de Grado GMP
Al elegir proveedores para equipos compatibles con GMP, es crucial mirar más allá del precio.El enfoque principal debe estar en los paquetes de calificación y validación del proveedor. Estos documentos deben confirmar que el equipo se alinea con los estándares regulatorios, ya sea FDA, EMA o requisitos locales de grado alimenticio. También deben cubrir factores esenciales como extractables, lixiviables y validación de esterilidad para asegurar que el equipo cumpla consistentemente con los estándares GMP para la producción de carne cultivada [10].
"Verifique la solidez del paquete de calificación y validación suministrado, y asegúrese de que cumpla con todos los requisitos regulatorios relevantes", aconseja John Joseph, Líder de Proyectos de Ingeniería en GE Healthcare [10].
La transparencia en la cadena de suministro es otra consideración clave. Los proveedores deben proporcionar actualizaciones claras y proactivas sobre cualquier cambio en las materias primas o componentes.La obtención constante de materiales ayuda a evitar procesos de revalidación costosos provocados por cambios inesperados en los componentes. Los desafíos actuales de la cadena de suministro destacan aún más la importancia de planificar para plazos de adquisición más largos [1].
Para gestionar los costos, los productores de carne cultivada pueden evaluar dónde los estándares de grado alimenticio pueden reemplazar las especificaciones de grado farmacéutico sin comprometer la seguridad o el cumplimiento. Por ejemplo, el acero inoxidable 304 podría ser una alternativa aceptable al más caro grado 316 en ciertas aplicaciones, y el agua certificada GRAS podría usarse en lugar de agua de grado farmacéutico en algunos casos [6]. Sin embargo, estas decisiones requieren una evaluación de riesgos exhaustiva para asegurar que cumplan con todos los estándares de seguridad y regulación.
Cumplir con estos rigurosos criterios ha llevado al desarrollo de plataformas especializadas diseñadas para simplificar la obtención de equipos GMP.
Usando Cellbase para la Adquisición de Equipos
Cada listado en
Para las instalaciones que adoptan enfoques híbridos, el mercado cuidadosamente seleccionado de
Consideraciones de caracterización y escalado de biorreactores de un solo uso
Conclusión
Al diseñar una instalación de carne cultivada, la decisión entre equipos de un solo uso y de uso múltiple juega un papel fundamental.Los sistemas de un solo uso ofrecen ventajas como 50% menores costos de capital, tiempos de configuración más rápidos y menor consumo de energía [1]. Sin embargo, tienen costos recurrentes más altos debido a los consumibles [8] y generalmente están limitados a volúmenes de alrededor de 2,000 litros [1]. Por otro lado, el equipo de uso múltiple requiere una inversión inicial mayor, que varía entre aproximadamente £7.5 millones y £19 millones, pero ofrece menores costos de producción por unidad al escalar más allá de 10,000 litros [8] .
Para muchos productores, un enfoque híbrido logra el equilibrio adecuado. Los sistemas de un solo uso son adecuados para trenes de semillas y procesos en etapas tempranas donde los riesgos de contaminación son mayores. Mientras tanto, los recipientes de acero inoxidable son ideales para la producción a gran escala, aprovechando las economías de escala mientras se asegura el cumplimiento de los estándares GMP. Esta combinación permite a los productores mantener flexibilidad mientras optimizan los costos a largo plazo [1][8] .
Como destaca el experto de la industria Chardonny Salisbury:
"Las estrategias de fabricación más exitosas serán aquellas que equilibren cuidadosamente los requisitos operativos actuales con la flexibilidad futura" [8].
Los elementos clave del diseño de instalaciones, como las clasificaciones de salas limpias y la infraestructura de servicios, también están fuertemente influenciados por la elección del equipo. Estas decisiones son críticas para lograr eficiencia operativa y cumplimiento normativo.
La adquisición de equipos de grado GMP requiere evaluaciones exhaustivas de proveedores y cadenas de suministro transparentes. Plataformas como
Preguntas Frecuentes
¿Cuándo se vuelve más barato el uso múltiple que el de un solo uso?
El equipo reutilizable a menudo resulta más económico que los sistemas de un solo uso cuando se trata de producción a gran escala y análisis de costos a largo plazo. Aunque los biorreactores reutilizables requieren una inversión inicial más alta, ayudan a reducir los gastos continuos como los consumibles, lo que los convierte en una opción inteligente para instalaciones de carne cultivada de alta capacidad. Por otro lado, los sistemas de un solo uso tienen un costo inicial más bajo y son más adecuados para operaciones más pequeñas o más adaptables. Sin embargo, a medida que la producción aumenta, estos sistemas pueden volverse costosos debido al aumento de los costos de consumibles y gestión de residuos.
¿Qué pruebas reemplazan la validación de limpieza para un solo uso?
Las pruebas diseñadas para sustituir la validación de limpieza para equipos de un solo uso tienen como objetivo garantizar que los contaminantes se mantengan dentro de límites seguros. Estos métodos incluyen pruebas analíticas de residuos, muestreo con hisopo, muestreo de enjuague, y inspección visual. Proporcionan pruebas directas de que los residuos y contaminantes cumplen con los estándares de seguridad, ofreciendo una alternativa práctica a los enfoques de validación tradicionales.
¿Cómo es un diseño híbrido práctico?
Un enfoque híbrido en las instalaciones de producción de carne cultivada combina los sistemas de acero inoxidable con las tecnologías de un solo uso para lograr un equilibrio de adaptabilidad, eficiencia y potencial de crecimiento.Por ejemplo, los biorreactores de acero inoxidable son ideales para la producción continua a gran escala, mientras que los sistemas de un solo uso ofrecen flexibilidad para lotes más pequeños o ajustes rápidos. Esta combinación permite a las instalaciones responder rápidamente a la demanda cambiante, reduce los costos iniciales y fusiona sistemas reutilizables y desechables para operaciones más fluidas en este campo en evolución.
