Lors de la conception d'installations conformes aux BPF pour la production de viande cultivée, le choix entre équipements à usage unique et équipements à usage multiple affecte les coûts, l'évolutivité, les opérations et la conformité réglementaire. Voici le point clé à retenir :
- Équipements à Usage Unique: Coûts initiaux plus bas (jusqu'à 50% de moins), rotation des lots plus rapide, pas de validation de nettoyage, et utilisation réduite d'eau/énergie. Cependant, il est limité à une capacité de 2 000 litres, a des coûts récurrents plus élevés pour les consommables (~40 000 £/lot), et fait face à des défis de chaîne d'approvisionnement.
- Équipements à Usage Multiple: Investissement initial plus élevé, mais évolutif à plus de 20 000 litres, avec des coûts de production à long terme plus bas. Il nécessite des protocoles de nettoyage complexes (NEP/SEP), plus d'énergie, et des installations plus grandes.
Comparaison Rapide
| Caractéristique | Équipement à Usage Unique | Équipement Multi-Usage |
|---|---|---|
| Coût Initial | ~50% inférieur | Élevé |
| Capacité | Jusqu'à 2 000 litres | Plus de 20 000 litres |
| Temps de Rotation | <1 jour | 3–4 jours |
| Validation du Nettoyage | Non requis | Étendu (CIP/SIP) |
| Utilisation d'Énergie/Eau | ~50% inférieur | Élevé |
| Coût des Consommables | Élevé (~40 000 £/lot) | Faible |
| Évolutivité | Limitée | Élevée |
Une approche hybride - utilisant des systèmes à usage unique pour les chaînes de semences et de l'acier inoxydable pour la production à grande échelle - offre une solution équilibrée pour la flexibilité et la gestion des coûts.La conception des installations, les classifications des salles blanches et les besoins en utilités dépendent fortement de ce choix. Les plateformes comme
Comparaison des équipements à usage unique et multi-usage pour les installations de viande cultivée conformes aux BPF
Équipements à usage unique : avantages et inconvénients
Avantages des équipements à usage unique
Les systèmes à usage unique offrent un avantage majeur dans le contrôle de la contamination. En éliminant les surfaces en contact avec le produit après chaque lot, ils minimisent les risques de contamination croisée. Cette approche réduit également le besoin de classifications de salles blanches de haut niveau et de protocoles de ségrégation complexes [1].
Les temps de rotation sont un autre point fort. Alors que les systèmes en acier inoxydable peuvent prendre trois à quatre jours pour être préparés, les systèmes à usage unique sont prêts en moins d'une journée [5]. Par exemple, HIPRA S.A. , une entreprise espagnole de santé animale, a testé des bioréacteurs à usage unique de 200 litres en 2014. Ils ont constaté que l'élimination des cycles de nettoyage leur a permis de gagner deux mois de temps de configuration et d'augmenter la productivité de 15 à 20 % [3].
Les équipements à usage unique pré-stérilisés simplifient également les opérations en réduisant les exigences de validation du nettoyage. Cette efficacité se traduit par une réduction du personnel d'environ 15 % dans la fabrication et de 12 % dans les départements QA/QC [4][5].
La consommation d'utilités est significativement plus faible avec les systèmes à usage unique.Bruce Rawlings et Hélène Pora de Pall Life Sciences soulignent que :
"une installation à usage unique est environ 50 % moins énergivore en raison d'une consommation d'énergie nettement inférieure, autrement nécessaire pour chauffer de grands volumes d'eau pour le nettoyage et la stérilisation des équipements en acier inoxydable"
[5]. Dans l'ensemble, les installations à usage unique peuvent réduire la consommation totale d'eau et d'énergie de 46 % [1]. En tenant compte des économies sur la main-d'œuvre, la maintenance et les services publics, les coûts d'exploitation par lot peuvent être environ 22 % inférieurs [5].
| Caractéristique | Équipement à usage unique | Équipement à usages multiples |
|---|---|---|
| Investissement initial en capital | ~50% inférieur [1] | Élevé |
| Temps de rotation des lots | <1 jour [5] | 3–4 jours [5] |
| Validation du nettoyage | Non requis [5] | Étendu (CIP/SIP) [5] |
| Utilisation d'eau/énergie | 46% inférieur [1] | Élevé |
| Exigences en main-d'œuvre | 15% de personnel de fabrication en moins [5] | Standard |
Cependant, ces avantages sont contrebalancés par certaines limitations qui affectent l'évolutivité et les coûts opérationnels.
Inconvénients des équipements à usage unique
Bien que les systèmes à usage unique offrent des avantages opérationnels, ils présentent des défis notables. Un problème majeur est l'évolutivité. Les bioréacteurs à usage unique sont souvent limités en taille, nécessitant une stratégie de mise à l'échelle horizontale. En revanche, les systèmes en acier inoxydable peuvent être augmentés jusqu'à 20 000 litres ou plus, les rendant plus adaptés aux opérations à grande échelle [1][2]. Cette limitation oblige les installations à s'appuyer sur plusieurs unités plus petites plutôt qu'un seul grand réservoir.
Un autre inconvénient est le coût des consommables, qui peut augmenter les dépenses d'exploitation d'environ 40 000 £ par lot [5]. Cela rend les systèmes à usage unique moins rentables pour la production à grand volume.
La fiabilité de la chaîne d'approvisionnement est également une préoccupation. L'industrie a été confrontée à une "pénurie d'approvisionnement à usage unique", avec des délais de livraison pour certains consommables s'étendant au-delà d'un an. Environ 50 % des répondants à l'enquête sur la bioproduction ont signalé avoir connu de tels retards [1]. De plus, les sacs à usage unique sont sujets à des dommages causés par des objets pointus, une surpression ou une mauvaise manipulation lors de l'installation [3].
Le problème des extractibles et des lixiviables complique encore les choses. Les produits chimiques des composants plastiques peuvent s'infiltrer dans le produit, affectant potentiellement la viabilité ou la productivité des cellules. Cheryl Scott, rédactrice en chef de BioProcess International, prévient:
"Les extractibles et les lixiviables pourraient compromettre la viabilité ou la productivité des cellules et même persister tout au long de la purification et de la formulation du produit médicamenteux pour présenter un risque pour les patients"
[2]. Cela déplace l'attention de la validation du nettoyage vers des tests rigoureux et la caractérisation des matériaux.
Enfin, les systèmes à usage unique nécessitent un espace de stockage supplémentaire pour leurs consommables. La gestion d'un inventaire encombrant peut compliquer l'aménagement des installations, surtout pour les entreprises exploitant plusieurs lignes de production [1].
Équipements Multi-Usages : Avantages et Inconvénients
Avantages des Équipements Multi-Usages
Les bioréacteurs en acier inoxydable sont un choix fiable pour la production de viande cultivée à grande échelle, offrant des performances bien documentées qui ont résisté à l'épreuve du temps. Contrairement aux systèmes à usage unique, qui sont limités en capacité, les équipements multi-usages peuvent être étendus à plus de 20 000 litres, ce qui les rend idéaux pour la production de masse [2][3].
Ces cuves en acier inoxydable sont conçues pour durer des décennies, fournissant une infrastructure permanente pour des opérations à long terme conformes aux BPF (Bonnes Pratiques de Fabrication) [2]. Un avantage majeur est leur capacité à éliminer le risque de défaillances de l'intégrité des sacs, une préoccupation courante avec les systèmes jetables qui peut entraîner des problèmes de biosécurité et des pertes financières [3]. De plus, les systèmes multi-usages sont hautement automatisés, réduisant le besoin d'interventions manuelles comme l'installation de sacs et les connexions aseptiques, qui sont plus courantes dans les configurations à usage unique [3].
Un autre aspect économique est l'évitement des dépenses récurrentes en consommables. Les systèmes multi-usages permettent également une vidange plus rapide en fin de production grâce à la pression d'air stérile, un processus plus efficace comparé aux méthodes requises pour les sacs à usage unique [3].
| Caractéristique | Multi-Usage (Acier Inoxydable) | Usage Unique (Jetable) |
|---|---|---|
| Échelle Maximale | >20 000 L | Typiquement 2 000 L |
| Niveau d'Automatisation | Élevé | Faible (Plus de travail manuel) |
| Risque de Fuites | Minime | Modéré (Défaillances de sacs) |
| Coût des Consommables | Faible | Élevé (+40 000 £/lot) [5] |
| Durée de Vie de l'Équipement | Décennies | Lot unique |
Jordi Ruano Bou, Directeur de la Production de Biologiques chez HIPRA S.A. , explique : "Les MUB à grande échelle sont des technologies éprouvées dans le monde entier. Bien qu'elles aient démontré leur efficacité de processus, une entreprise doit prendre en compte de nombreux aspects lors de l'acquisition d'une" [3].
Cependant, bien que les systèmes multi-usages excellent dans de nombreux domaines, ils présentent leurs propres défis.
Inconvénients des équipements multi-usages
Malgré leurs points forts, les systèmes multi-usages ne sont pas sans inconvénients, notamment en termes de coûts et de complexité opérationnelle. Ils nécessitent un investissement en capital initial beaucoup plus élevé, avec des délais d'approvisionnement souvent supérieurs à un an. De plus, le processus de qualification de ces systèmes peut être long, retardant la préparation à la production [3].
Le nettoyage et la stérilisation sont un autre obstacle.Les bioréacteurs en acier inoxydable nécessitent des procédures rigoureuses de nettoyage en place (CIP) et de stérilisation en place (SIP), qui peuvent prendre 3 à 4 jours entre les lots [5]. Ce temps d'arrêt prolongé limite le nombre de lots pouvant être produits annuellement - environ 15 comparé à 20 avec des systèmes à usage unique [5].
L'espace physique requis pour les équipements multi-usages est également significativement plus grand. Une installation traditionnelle en acier inoxydable nécessite typiquement environ 1 800 m², comparé à 1 200 m² pour les systèmes à usage unique - une augmentation de 50% due à la tuyauterie étendue, aux systèmes utilitaires et à l'infrastructure de nettoyage [5]. Cette empreinte plus grande impacte non seulement la conception de l'installation mais augmente également la consommation d'énergie. Les systèmes multi-usages sont estimés consommer 50% plus d'énergie, principalement en raison de la nécessité de chauffer de grands volumes d'eau pour la stérilisation [5].
Les demandes de main-d'œuvre sont également plus élevées. Les installations multi-usages nécessitent environ 15% de personnel de fabrication en plus et 12% de personnel QA/QC en plus pour gérer la validation du nettoyage et la maintenance des équipements [5] . Maintenir les normes GMP ajoute une complexité supplémentaire, car la validation du nettoyage implique une surveillance constante et des efforts rigoureux d'assurance qualité [3][5].
Comment le choix de l'équipement affecte la conception de l'installation
Exigences de disposition de l'installation
Le choix entre les équipements à usage unique et multi-usages a un impact significatif sur la conception d'une installation GMP. Les systèmes en acier inoxydable nécessitent une infrastructure fixe étendue, y compris des tuyauteries permanentes pour les systèmes de nettoyage en place (CIP), de stérilisation en place (SIP) et d'eau pour injection (WFI) [2][8]. Cette configuration crée une disposition d'installation rigide, car le placement de l'équipement est dicté par le réseau de tuyauterie.
En revanche, la technologie à usage unique offre une approche plus flexible. Sans le besoin d'utilités à tuyauterie fixe, les installations peuvent adopter des dispositions adaptables de type "salle de bal" ou "piste de danse". Ici, l'équipement est mobile et l'espace est conçu en fonction des besoins du processus plutôt que de l'infrastructure fixe [2]. De plus, les systèmes à usage unique permettent souvent des classifications de salles blanches inférieures, telles que la classe C au lieu de la classe B, en raison de leurs processus fermés. Ce changement peut entraîner une réduction des besoins en CVC et une consommation d'énergie plus faible [8].
"Les installations à usage unique peuvent fonctionner avec une infrastructure fixe remarquablement minimale", note Connected Workplaces [8].
Cependant, les compromis ne sont pas entièrement simples.Bien que les installations à usage unique éliminent le besoin de tuyauterie encombrante et de salles de services, elles nécessitent plus d'espace de stockage pour les consommables tels que les sacs, les filtres et les tubes [10]. Pour la production de viande cultivée, une installation à usage unique occupe généralement environ 1 200 m², contre 1 800 m² pour l'acier inoxydable - une réduction de 33 %. Mais cet espace économisé est partiellement compensé par les besoins accrus en stockage [5].
Les différences s'étendent à l'investissement en capital et aux délais de construction. Les systèmes à usage unique coûtent généralement entre 1,6 million £ et 4 millions £ à mettre en place, avec une construction prenant 12 à 16 mois. En comparaison, les installations à usage multiple nécessitent 8 millions £ à 20 millions £ et plus de 24 mois pour être complétées [8][7][9]. Par exemple, en 2012, Catalent Pharma Solutions a transitionné vers une installation conforme aux BPF en seulement un an en adoptant la technologie à usage unique, remplaçant les réacteurs en acier inoxydable pour gérer neuf produits simultanément [7]. De même, AGC Biologics a achevé le démarrage d'une installation en moins de 16 mois sur son site de Yokohama en installant des suites Cytiva FlexFactory pour la production de vaccins à ARNm [9]. Cette adaptabilité a également ouvert la voie à des conceptions hybrides qui combinent les forces des deux systèmes.
Approches d'Équipement Hybride
De nombreuses installations de viande cultivée optent désormais pour des configurations hybrides, mélangeant des équipements à usage unique et multi-usage pour équilibrer flexibilité et coût.Une stratégie courante consiste à utiliser des systèmes à usage unique pour les trains de semences et la préparation des milieux tout en s'appuyant sur l'acier inoxydable pour les bioréacteurs de production à grande échelle [2][7]. Cette approche combine les capacités de changement rapide des systèmes jetables pour les petits volumes avec l'efficacité économique de l'acier inoxydable pour les opérations à grande échelle.
William Hartzel de Catalent Pharma Solutions explique : "En général, les installations à usage unique sont plus flexibles que les installations traditionnelles, un avantage majeur dans une installation multiproduit" [7].
La conception d'installations hybrides nécessite une planification minutieuse pour intégrer les deux types d'équipements. Les panneaux utilitaires montés au plafond, par exemple, permettent une reconfiguration facile des agencements de sol, permettant aux installations de passer des patins à usage unique à l'équipement fixe selon les besoins [1]. Ce design modulaire offre une "pérennité", permettant des modifications rapides pour s'adapter à l'évolution des produits ou des processus sans reconstruction majeure [1].
Ajouter des opérations à usage unique aux installations en acier inoxydable existantes peut également optimiser l'utilisation des ressources. Les processus à usage unique peuvent fonctionner pendant les temps d'arrêt de l'équipement en acier inoxydable, partageant des utilitaires comme l'approvisionnement en eau et réduisant les coûts d'infrastructure [10]. Un exemple notable est BioInno, un CDMO basé en Chine, qui a installé des bioréacteurs à usage unique de 6 000 litres aux côtés de son infrastructure existante. Cette approche a offert une flexibilité multi-produits et a brisé la limite traditionnelle de 2 000 litres pour les systèmes jetables [9].
Tableau de comparaison de la conception des installations
| Élément de conception | À usage unique | Multi-usage (acier inoxydable) | Hybride |
|---|---|---|---|
| Tuyauterie fixe | Minimale; tuyauterie flexible | Réseau étendu requis | Infrastructure mixte |
| Grade de salle blanche | Grade C (typiquement) | Grade B (typiquement) | Varie selon la zone |
| Empreinte de l'installation | ~1,200 m² [5] | ~1,800 m² [5] | Intermédiaire |
| Investissement en capital | £1.6M–£4M [8] | £8M–£20M [8] | Intermédiaire |
| Temps de construction | 12–16 mois [7][9] | 24+ mois | 18–24 mois |
| Besoins de stockage | Élevé (consommables) | Faible | Modéré |
| Demande en utilités | 50% moins d'énergie [5] | Besoins élevés en eau/vapeur | Mixte |
| Flexibilité de l'agencement | Élevée; équipements mobiles | Faible; positions fixes | Modérée |
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Stratégies d'approvisionnement pour les équipements de qualité BPF
Sélection des fournisseurs d'équipements de qualité BPF
Lors du choix des fournisseurs pour des équipements conformes aux BPF, il est crucial de regarder au-delà du simple prix.L'accent principal doit être mis sur les qualifications et les packages de validation du fournisseur. Ces documents doivent confirmer que l'équipement est conforme aux normes réglementaires - qu'il s'agisse de la FDA, de l'EMA ou des exigences locales de qualité alimentaire. Ils doivent également couvrir des facteurs essentiels tels que les extractibles, les lixiviables et la validation de la stérilité pour garantir que l'équipement adhère constamment aux normes GMP pour la production de viande cultivée [10].
"Vérifiez la robustesse du package de qualification et de validation fourni, et assurez-vous qu'il répond à toutes les exigences réglementaires pertinentes", conseille John Joseph, Chef de projet en ingénierie chez GE Healthcare [10].
La transparence dans la chaîne d'approvisionnement est un autre facteur clé à considérer. Les fournisseurs doivent fournir des mises à jour claires et proactives sur tout changement concernant les matières premières ou les composants.L'approvisionnement constant en matériaux aide à éviter les processus de revalidation coûteux déclenchés par des changements inattendus de composants. Les défis actuels de la chaîne d'approvisionnement soulignent davantage l'importance de planifier des délais d'approvisionnement plus longs [1].
Pour gérer les coûts, les producteurs de viande cultivée peuvent évaluer où les normes alimentaires peuvent remplacer les spécifications de qualité pharmaceutique sans compromettre la sécurité ou la conformité. Par exemple, l'acier inoxydable 304 pourrait être une alternative acceptable au grade 316 plus coûteux dans certaines applications, et l'eau certifiée GRAS pourrait être utilisée à la place de l'eau de qualité pharmaceutique dans certains cas [6]. Cependant, ces décisions nécessitent une évaluation approfondie des risques pour s'assurer qu'elles répondent à toutes les normes de sécurité et réglementaires.
Répondre à ces critères rigoureux a conduit au développement de plateformes spécialisées conçues pour simplifier l'approvisionnement en équipements GMP.
Utilisation de Cellbase pour l'approvisionnement en équipements
Chaque annonce sur
Pour les installations adoptant des approches hybrides, le marché soigneusement sélectionné de
Considérations de caractérisation et de mise à l'échelle des bioréacteurs à usage unique
Conclusion
Lors de la conception d'une installation de viande cultivée, le choix entre équipements à usage unique et multi-usages joue un rôle crucial.Les systèmes à usage unique offrent des avantages tels que 50% de coûts en capital inférieurs, des temps d'installation plus rapides et une consommation d'énergie réduite [1]. Cependant, ils entraînent des coûts récurrents plus élevés en raison des consommables [8] et sont généralement limités à des volumes d'environ 2 000 litres [1]. D'un autre côté, l'équipement multi-usage nécessite un investissement initial plus important - allant d'environ 7,5 millions de livres à 19 millions de livres - mais offre des coûts de production par unité inférieurs lorsqu'on passe à plus de 10 000 litres [8] .
Pour de nombreux producteurs, une approche hybride trouve le bon équilibre. Les systèmes à usage unique conviennent bien aux chaînes de semences et aux processus en phase initiale où les risques de contamination sont plus élevés. Pendant ce temps, les cuves en acier inoxydable sont idéales pour la production à grande échelle, tirant parti des économies d'échelle tout en garantissant la conformité aux normes GMP.Cette combinaison permet aux producteurs de maintenir la flexibilité tout en optimisant les coûts à long terme [1][8].
Comme le souligne l'expert de l'industrie Chardonny Salisbury :
"Les stratégies de fabrication les plus réussies seront celles qui équilibrent judicieusement les exigences opérationnelles actuelles avec la flexibilité future" [8].
Les éléments clés de conception des installations - tels que les classifications des salles blanches et l'infrastructure des services publics - sont également fortement influencés par le choix de l'équipement. Ces décisions sont cruciales pour atteindre l'efficacité opérationnelle et la conformité réglementaire.
L'approvisionnement en équipements de qualité GMP nécessite des évaluations approfondies des fournisseurs et des chaînes d'approvisionnement transparentes. Les plateformes comme
FAQ
Quand l'utilisation multiple devient-elle moins chère que l'utilisation unique ?
Les équipements réutilisables s'avèrent souvent plus économiques que les systèmes à usage unique lorsqu'il s'agit de production à grande échelle et d'analyse des coûts à long terme. Bien que les bioréacteurs réutilisables nécessitent un investissement initial plus élevé, ils aident à réduire les dépenses continues comme les consommables, ce qui en fait un choix judicieux pour les installations de viande cultivée à haute capacité. D'autre part, les systèmes à usage unique ont un coût initial plus bas et conviennent mieux aux opérations plus petites ou plus adaptables. Cependant, à mesure que la production augmente, ces systèmes peuvent devenir coûteux en raison de l'augmentation des coûts des consommables et de la gestion des déchets.
Quels tests remplacent la validation du nettoyage pour l'utilisation unique ?
Les tests conçus pour remplacer la validation du nettoyage pour les équipements à usage unique visent à garantir que les contaminants restent dans des limites sûres. Ces méthodes incluent les tests analytiques de résidus, l'échantillonnage par écouvillonnage, l'échantillonnage par rinçage, et l'inspection visuelle. Elles fournissent une preuve directe que les résidus et les contaminants respectent les normes de sécurité, offrant une alternative pratique aux approches de validation traditionnelles.
À quoi ressemble une disposition hybride pratique ?
Une approche hybride dans les installations de production de viande cultivée combine des systèmes en acier inoxydable avec des technologies à usage unique pour atteindre un équilibre entre adaptabilité, efficacité et potentiel de croissance.Par exemple, les bioréacteurs en acier inoxydable sont idéaux pour une production continue à grande échelle, tandis que les systèmes à usage unique offrent une flexibilité pour les petits lots ou les ajustements rapides. Ce mélange permet aux installations de répondre rapidement à la demande changeante, réduit les coûts initiaux et combine des systèmes réutilisables et jetables pour des opérations plus fluides dans ce domaine en évolution.
