Uno studio di modellizzazione sulla produzione di anticorpi monoclonali suggerisce che lo stabilimento produttivo, anziché il bioreattore, potrebbe essere la principale fonte di fabbisogno energetico. Il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell’aria rappresentavano il 46% del consumo energetico modellizzato, mentre l’illuminazione contribuiva per un ulteriore 21%. Nel complesso, le infrastrutture degli impianti costituivano circa l’85% del fabbisogno, secondo i risultati pubblicati su New Biotechnology.
Benjamin Smith di Amgen e i colleghi del NIIMBL Process Intensification Sustainability Workgroup hanno confrontato tre approcci produttivi: Fed-batch in acciaio inossidabile, fed-batch monouso e lavorazione continua monouso dall’inizio alla fine. I loro modelli hanno valutato energia, acqua, materiali ed emissioni di gas serra in stabilimenti ipotetici che producono circa 120 chilogrammi di anticorpi all’anno.
I due scenari fed-batch utilizzavano bioreattori da 2.000 litri. Il processo continuo impiegava un recipiente da 500 litri per un ciclo produttivo più lungo e raggiungeva una produzione annua comparabile con uno stabilimento modellizzato più piccolo: 12.387 metri cubi, rispetto ai 14.089 metri cubi del fed-batch monouso e ai 14.937 del fed-batch in acciaio inossidabile.
Anche il consumo energetico per chilogrammo di anticorpi era più basso nello scenario continuo: 13.239 kilowattora. I valori erano di 17.017 kilowattora per il fed-batch monouso e di 19.120 per quello in acciaio inossidabile. I ricercatori hanno concluso che, a parità di produzione, l’ingombro dello stabilimento è il principale fattore determinante dell’intensità energetica.
Il confronto non ha individuato un unico processo migliore sotto ogni aspetto della sostenibilità. La produzione in acciaio inossidabile consumava molta più acqua per la pulizia, ma richiedeva meno materiali monouso. Il fed-batch monouso presentava la maggiore intensità di materiali di consumo, mentre la lavorazione continua utilizzava più terreno di coltura e alcuni tamponi.
Il gruppo ha inoltre modellizzato un processo continuo potenziato, che combinava un aumento del 50% del titolo anticorpale con due fasi di purificazione in flusso continuo, un terreno più concentrato e il riutilizzo dei sacchi per i terreni e i tamponi. Rispetto alla lavorazione continua di base, queste modifiche riducevano del 26% il consumo d’acqua per chilogrammo e del 58% l’intensità dei materiali di consumo. Le emissioni modellizzate di anidride carbonica equivalente erano inferiori del 66% rispetto a quelle della lavorazione continua di base e del 78% rispetto allo scenario fed-batch in acciaio inossidabile.
Anche le modifiche agli impianti potrebbero fare una differenza sostanziale. Misure come l’adeguamento, ove opportuno, delle classificazioni delle camere bianche, il miglioramento del flusso d’aria e dell’illuminazione, l’aumento della densità delle apparecchiature e l’ottimizzazione dei servizi ausiliari riducevano fino a circa il 35% il consumo energetico e le emissioni modellizzati degli impianti. I modelli indicavano inoltre che, in genere, i siti situati in zone temperate necessitavano di meno riscaldamento o deumidificazione rispetto a quelli in aree più fredde o umide.
L’analisi riguardava stabilimenti ipotetici con un solo bioreattore, anziché impianti commerciali più grandi con più linee di produzione, ed escludeva alcuni impatti del ciclo di vita, tra cui la produzione e il trasporto delle materie prime. Il gruppo di lavoro intende ampliare la ricerca ricorrendo alla valutazione del ciclo di vita e ai dati dei banchi di prova.