Une étude de modélisation de la fabrication d’anticorps monoclonaux suggère que l’installation de production, plutôt que le bioréacteur, pourrait être la principale source de demande énergétique. Le chauffage, la ventilation et la climatisation représentaient 46 % de la consommation d’énergie modélisée, tandis que l’éclairage en représentait 21 % supplémentaires. Dans l’ensemble, les infrastructures des installations comptaient pour environ 85 % de la demande, selon des résultats publiés dans New Biotechnology.
Benjamin Smith, d’Amgen, et ses collègues du NIIMBL Process Intensification Sustainability Workgroup ont comparé trois approches de production : la culture Fed-batch dans des cuves en acier inoxydable, la culture fed-batch à usage unique et la fabrication continue intégrée utilisant des équipements à usage unique. Leurs modèles ont évalué la consommation d’énergie et d’eau, les matériaux et les émissions de gaz à effet de serre dans des installations hypothétiques produisant environ 120 kilogrammes d’anticorps par an.
Les deux scénarios fed-batch utilisaient des bioréacteurs de 2 000 litres. Le procédé continu employait une cuve de 500 litres sur une durée de production plus longue et obtenait une production annuelle comparable dans une installation modélisée plus petite : 12 387 mètres cubes, contre 14 089 mètres cubes pour la culture fed-batch à usage unique et 14 937 pour la culture fed-batch en acier inoxydable.
Le scénario continu affichait également la consommation d’énergie la plus faible par kilogramme d’anticorps, soit 13 239 kilowattheures. Les valeurs étaient de 17 017 kilowattheures pour la culture fed-batch à usage unique et de 19 120 pour la culture fed-batch en acier inoxydable. Les chercheurs ont conclu qu’à production équivalente, l’empreinte de l’installation est le principal facteur déterminant de l’intensité énergétique.
La comparaison n’a pas désigné un procédé comme étant le meilleur pour tous les critères de durabilité. La fabrication en acier inoxydable consommait beaucoup plus d’eau pour le nettoyage, mais nécessitait moins de matériaux jetables. La culture fed-batch à usage unique présentait l’intensité de consommables la plus élevée, tandis que le procédé continu utilisait davantage de milieu de culture et certains tampons.
L’équipe a également modélisé un procédé continu amélioré combinant une hausse de 50 % du titre en anticorps, deux étapes de purification par filtration tangentielle, un milieu plus concentré et la réutilisation des poches de milieu et de tampon. Par rapport au procédé continu de référence, ces changements réduisaient de 26 % la consommation d’eau par kilogramme et de 58 % l’intensité de consommables. Les émissions modélisées en équivalent dioxyde de carbone étaient inférieures de 66 % à celles du procédé continu de référence et de 78 % à celles du scénario fed-batch en acier inoxydable.
Des changements apportés aux installations pourraient également faire une différence considérable. Des mesures telles que l’adaptation des classifications des salles blanches lorsque cela est approprié, l’amélioration de la circulation de l’air et de l’éclairage, l’augmentation de la densité des équipements et l’optimisation des services publics réduisaient jusqu’à environ 35 % la consommation d’énergie et les émissions modélisées des installations. Les modèles indiquaient également que les sites situés dans des régions tempérées nécessitaient généralement moins de chauffage ou de déshumidification que ceux des régions plus froides ou plus humides.
L’analyse portait sur des usines hypothétiques équipées d’un seul bioréacteur, plutôt que sur de plus grandes installations commerciales dotées de plusieurs lignes de production, et excluait certains impacts du cycle de vie, notamment la production et le transport des matières premières. Le groupe de travail prévoit d’étendre la recherche à l’aide d’une analyse du cycle de vie et de données provenant d’installations pilotes.