Elaborazione a monte

Il processamento a monte rappresenta una fase critica nella biomanifattura, in cui vengono coltivati sistemi biologici come microrganismi, cellule di mammiferi o cellule di insetti per produrre proteine terapeutiche, vaccini, enzimi o altri prodotti di origine biologica. Questa fase comprende tutte le fasi dalla selezione e manipolazione genetica dell'organismo produttivo fino alla coltivazione delle cellule nei bioreattori sotto condizioni ambientali strettamente controllate.

Selezione dell'ospite e ottimizzazione genetica
Il processo inizia con la selezione di un organismo ospite adatto. Potrebbe trattarsi di un ceppo naturale, di una linea cellulare o di un organismo geneticamente modificato progettato per esprimere il prodotto desiderato con alta resa e stabilità. Gli ospiti comuni includono Escherichia coli, Saccharomyces cerevisiae, cellule dell'ovaio cinese del criceto (CHO) e Pichia pastoris. La tecnologia del DNA ricombinante viene frequentemente impiegata per introdurre geni specifici nel genoma ospite, spesso sotto il controllo di promotori induttibili per un'espressione regolata.

Sviluppo dei Media ed Espansione della Cultura dei Semi
Dopo la selezione dell'ospite, il substrato di crescita viene adattato per soddisfare le esigenze nutrizionali delle cellule. Sono incorporati rapporti ottimizzati tra fonti di carbonio (ad esempio, glucosio), fonti di azoto (ad esempio, sali di ammonio), vitamine e oligoelementi. La sterilità e il controllo della contaminazione sono fondamentali in ogni fase per garantire una cultura pura e produttiva. Il processo inizia su scala di laboratorio utilizzando colture di semi in fiaschette di shake o piccoli bioreattori e viene progressivamente ampliato attraverso una serie di bioreattori per sviluppare un inoculo robusto per bioreattori su scala di produzione.

3. Funzionamento del bioreattore e controllo di processo
Nei bioreattori su larga scala, parametri ambientali come pH, temperatura, ossigeno disciolto (DO) e agitazione sono rigorosamente monitorati e controllati. Sistemi automatizzati dotati di sensori consentono regolazioni in tempo reale per mantenere condizioni ottimali di crescita. Per i sistemi ricombinanti, possono essere somministrati induttori come l'isopropilico β-D-1-tiogalattiropiranoside (IPTG), un induttore sintetico dell'operone lac, o repressori per regolare l'espressione genica in specifiche fasi di crescita. Queste misure aiutano a raggiungere un'elevata densità cellulare e una qualità costante del prodotto. Le modalità di bioprocessamento—batch, alimentate-batch o continue—vengono selezionate in base alle caratteristiche del prodotto e agli obiettivi di produzione.

Una volta raggiunta la biomassa o la concentrazione desiderata del prodotto, la coltura viene sottoposta a lavorazione a valle, dove il prodotto viene estratto e purificato per la formulazione finale e l'utilizzo.