Comment choisir entre le mode continu et le mode fed-batch pour la via – Cellbase

Lorsqu'il s'agit d'augmenter la production de viande cultivée, l'une des décisions les plus critiques pour les ingénieurs de bioprocédés, les responsables de production et les chercheurs scientifiques est de choisir l'approche de fabrication optimale - traitement continu ou en mode fed-batch. Les deux stratégies offrent des avantages et des défis distincts, mais leur mise en œuvre nécessite une considération attentive des facteurs économiques, réglementaires et de durabilité. Cet article décrypte les nuances de chaque système, éclairé par des perspectives d'experts de l'industrie biotechnologique, et fournit une feuille de route pour prendre des décisions éclairées qui s'alignent sur les objectifs de production.

Comprendre les Concepts de Base : Traitement Continu vs Fed-Batch

Qu'est-ce que le Traitement Fed-Batch ?

Le traitement en mode fed-batch a longtemps été la norme de l'industrie pour la bioproduction. Dans cette méthode, les cellules sont cultivées dans un bioréacteur où les nutriments sont ajoutés progressivement au fil du temps. Le processus se termine par une récolte unique du produit.

Les avantages incluent :

Familiarité : Largement utilisé et bien compris dans l'industrie.
Robustesse : Plus facile à gérer, avec moins de complexités opérationnelles.
Évolutivité : Particulièrement efficace pour les lots cliniques à court terme ou les volumes de production limités.

Cependant, le traitement en fed-batch peut être limité par sa productivité intrinsèquement plus faible et ses exigences en capital plus élevées pour les opérations à grande échelle.

Qu'est-ce que le traitement continu ?

Le traitement continu est une approche plus récente et plus dynamique, dans laquelle les cellules et le milieu sont continuellement introduits dans le bioréacteur, et le produit est récolté simultanément. Ce processus soutient des densités cellulaires plus élevées et une production soutenue.

Les avantages incluent :

Productivité plus élevée : Les systèmes de perfusion continue peuvent atteindre 3 à 5 fois la production des processus en fed-batch.
Empreinte d'équipement plus petite : Le même volume de production peut être atteint avec des bioréacteurs plus petits, réduisant ainsi l'investissement en capital, les besoins en CVC et la consommation d'énergie.
Potentiel d'amélioration de la qualité du produit : Les systèmes continus offrent des conditions de fonctionnement cohérentes, réduisant la variabilité.

Néanmoins, la transition vers le traitement continu introduit une complexité accrue, nécessitant une automatisation avancée, une consommation de médias accrue et une intégration soigneuse des opérations en amont et en aval.

Considérations Clés pour la Mise en Œuvre

1. Implications Économiques

Une des questions les plus pressantes pour les fabricants de biotechnologies est de savoir si le traitement continu offre de réels avantages en termes de coûts.Les études de modélisation révèlent que pour des productions annuelles de 100 kilogrammes de produit:

Coûts en capital: Les systèmes continus ont des exigences en capital plus faibles en raison de bioreacteurs plus petits et d'une taille d'installation réduite.
Coûts d'exploitation: Les dépenses en médias augmentent dans les systèmes continus, représentant 20 à 25 % du coût des marchandises vendues (COGS) selon que des médias propriétaires ou prêts à l'emploi sont utilisés.
Parité des coûts: Lorsque la productivité et l'évolutivité sont prises en compte, les coûts de production globaux des systèmes continus et en fed-batch convergent souvent, avec seulement une différence de ±10 %.

Pour les entreprises en essais cliniques précoces ou produisant de petits volumes, le fed-batch peut rester plus viable en raison de sa simplicité et de son investissement initial plus faible. Cependant, les systèmes continus conviennent mieux aux opérations à l'échelle commerciale nécessitant une production constante et à haut volume.

2.Exigences réglementaires

Les agences réglementaires comme la FDA et l'EMA préconisent de plus en plus l'intensification des processus par la fabrication continue. Cependant, leurs attentes en matière d'assurance qualité (AQ) et de contrôle reflètent largement celles des systèmes en fed-batch:

Traçabilité: Des définitions claires des lots et une documentation robuste sont essentielles.
Sécurité des patients: Les processus doivent garantir l'élimination des virus, les traitements à faible pH et un contrôle efficace de la charge.
Qualité du produit: Les systèmes continus doivent démontrer une caractérisation et une reproductibilité adéquates.

Bien que les régulateurs soient favorables, la décision repose finalement sur les priorités stratégiques et la préparation opérationnelle de l'entreprise.

3. Complexité des processus et automatisation

La transition vers un traitement continu nécessite un degré plus élevé d'automatisation et d'intégration entre les opérations en amont et en aval. Les principaux défis incluent :

Synchroniser les bioréacteurs continus avec les processus de purification en aval.
Gérer l'augmentation de la préparation et de l'approvisionnement en milieux.
Développer des stratégies de contrôle robustes pour assurer la stabilité du système et la cohérence du produit.

Malgré ces complications, un processus continu bien conçu offre une robustesse et une fiabilité accrues, en particulier pour les opérations à grande échelle.

4. Facteurs de durabilité

Le traitement continu est souvent présenté comme une option plus respectueuse de l'environnement, compte tenu de son empreinte au sol plus petite et de ses besoins énergétiques réduits. Cependant, des études industrielles indiquent que les avantages en termes de durabilité sont moins prononcés que prévu. Par exemple:

Empreinte Carbone: Les systèmes continus réduisent les émissions liées au CVC d'environ 20 %, mais l'impact environnemental total reste comparable aux systèmes en fed-batch.
Utilisation des Médias: Les demandes accrues de médias dans les processus continus compensent certains des gains de durabilité.

Bien que les deux méthodes aient une marge d'amélioration, les considérations de durabilité doivent être pesées en parallèle avec les facteurs économiques et opérationnels.

Meilleures Pratiques pour la Prise de Décision

Lors de la détermination de l'adoption des processus continus ou en fed-batch, les entreprises doivent adopter une approche holistique, en tenant compte de leurs besoins spécifiques en pipeline, de leurs capacités organisationnelles et de leurs objectifs à long terme. Les recommandations clés incluent:

Évaluer la Demande de Produit: Les systèmes continus sont les plus avantageux pour la production à grand volume et en phase avancée. Pour les essais cliniques en phase initiale, le fed-batch reste le choix le plus simple.
Évaluer la Préparation Organisationnelle: La mise en œuvre de processus continus nécessite un investissement important dans l'automatisation, la formation et l'intégration des processus.
Se Concentrer sur la Flexibilité: Les modèles hybrides, tels que la combinaison de la perfusion N-1 (une étape continue à haute densité) avec la production en fed-batch, peuvent offrir une approche équilibrée.
Tirer Parti des Ressources de l'Industrie: Engagez-vous avec les fournisseurs, assistez à des conférences et utilisez des outils de simulation pour explorer différents scénarios et optimiser les conceptions de processus.

Points Clés

Gains de Productivité: Les systèmes continus offrent une productivité 3 à 5 fois supérieure mais nécessitent une synchronisation minutieuse des opérations en amont et en aval.
Considérations Économiques: À l'échelle commerciale, les processus continus et fed-batch atteignent souvent la parité des coûts. Pour la production à petite échelle, le fed-batch reste plus rentable.
Alignement Réglementaire: Les deux méthodes doivent respecter des normes strictes de QA/QC, mais les agences réglementaires favorisent l'intensification des processus.
Perspectives de Durabilité: Les systèmes continus ont une empreinte environnementale plus petite, bien que les différences soient moins marquées que prévu.
Adéquation Stratégique: Le choix entre le traitement continu et le fed-batch doit s'aligner sur l'échelle de production de l'entreprise, les besoins du pipeline et les capacités organisationnelles.
Approches Hybrides: Combiner des éléments des deux méthodes peut offrir flexibilité et efficacité des coûts.

Conclusion

Le traitement continu est sans aucun doute une technologie transformatrice dans l'industrie de la viande cultivée, mais ce n'est pas une solution universelle.Les entreprises doivent évaluer soigneusement leurs exigences de production uniques, les paysages réglementaires et les demandes du marché avant de s'engager dans une approche particulière. En tirant parti de données robustes, de l'expertise de l'industrie et de la prévoyance stratégique, les biomanufacturiers peuvent optimiser leurs processus pour atteindre une productivité plus élevée, une efficacité des coûts et une durabilité - garantissant ainsi la montée en échelle réussie des produits de viande cultivée pour les marchés mondiaux.

Source : "192 : Secrets de l'intensification des processus : Un cadre de décision pour les ingénieurs de processus avec Andreas Castan..." - Scientifique en Biotechnologie Intelligente, YouTube, 25 septembre 2025 - https://www.youtube.com/watch?v=YptE3k2JyG0