Good Food Institute 发布了一份新报告《细胞培养肉规模化和生物加工趋势(Trends in cultivated meat scale-up and bioprocessing》，为细胞培养肉生产提供了宝贵的见解。
该报告总结了 2023 年对 30 家细胞培养肉公司和设备供应商进行的全面调查的结果，该调查旨在揭示设备和材料使用、生产设施、食品安全和规模化战略的趋势。以下是 GFI 调查的主要结果。
生产设施和可持续性
- 许多公司正在规划和建设他们的第一个预试验或中试规模的生产设施，以获得监管部门的批准。
- 24 名受访者透露，他们使用现有仓库作为设施，而其他人则正在重新利用或新建设施。
- 24 家公司中有 14 家正在计划或已经制定建造第二座工厂的计划，其中 8 家公司正在与工程公司合作设计新建筑。
- 在考察第二座设施时，发现一些公司计划安装可再生能源，而另一些公司则致力于利用太阳能、水循环利用和先进的冷却技术实现碳和水中和。
- 大多数公司将依赖当地的标准能源结构，以及不同水平的可再生能源可用性。
- 一些公司正计划在该工厂建立可再生能源生产能力，其中一家公司目标是 100% 使用可再生能源。
生物反应器
- 该报告的主要发现包括细胞培养肉类行业公司使用的生物反应器类型、成本和运营模式的多样性。人们发现搅拌罐反应器是最常用的，但公司也报告使用气升式、摇床、固定床或中空纤维反应器。
- 生物反应器的成本和可用性也是需要考虑的重要因素，每 100 升生物反应器容量的平均成本为 100,000 美元。
细胞培养基
- 细胞培养基的使用显着影响细胞培养肉生产的成本和环境可持续性。在接受调查的 23 家公司中，有 17 家积极开发血清替代品，表明无血清生物工艺的强劲趋势。
- 14 家公司披露了他们使用的具体血清替代品：8 家使用重组蛋白，9 家使用植物替代品。2 家公司使用真菌精华液，1 家公司使用藻类成分。
- 然而，报告指出，独立的培养基配方可能会因重复工作而减缓进展，但也能促进创新，并表明对具有成本效益的无动物培养基解决方案的巨大需求。
- 专门从事细胞库和培养基开发的公司对于为该行业提供经济可行的、细胞特异性的和无动物的培养基至关重要。
增殖
- 不同的公司采用不同的增殖方法，其中单细胞悬液是最常见的选择。此外，该报告强调了生物加工过程中分化的重要性，灌注成为该阶段的首选。
- 调查发现，21 名受访者中有 15 名在其制造过程中包括分化阶段，其中肌管和成熟脂肪细胞是分化后最常用的细胞类型。七家公司表示他们同时使用这两种类型的细胞。
- 大多数公司报告称，在增殖阶段，每升细胞湿生物量的产量在 20 至 100 克之间，一些公司实现了更高的产量。
- 即使分化对于生产结构化细胞培养肉产品很重要，但并非所有公司都会优先考虑它。根据调查，大多数公司在 5-10 天内完成细胞培养肉类和海鲜的分化，但也有一些差异。
- 分化涉及支架，需要在生物反应器和生物过程设计中进行具体考虑。13 家生产多细胞组织的公司中有 8 家报告称在其分化过程中使用了支架。
- 所使用的支架由多糖、蛋白质或复杂的天然产物制成，公司经常利用这三类支架来满足不同细胞类型的不同需求。这表明最有效的细胞分化方法正在进行的研究和实验。
- 聚合物纺丝、水凝胶、挤出和 3D 打印是最常见的支架生产方法。大多数受访者在生物反应器外制作支架，然后进行消毒并将其放置在生物反应器内，而其他受访者则使用具有永久固定支架的生物反应器。
收获
- 该报告还发现，收获方法是一个创新领域，一半的受访者表示需要新颖或定制的设备。
- 15 家受访公司中，有 10 家公司使用连续离心机作为最流行的收获方法。其余五个使用批量离心机，而七个使用其他方法，例如沉降和过滤或从组织生物反应器中取出最终产品。
- 该报告强调了自动细胞分离过程、TFF 系统、基于高通量过滤的方法等先进方法的重要性以及持续的研究和开发需求。
- GFI 的调查还探讨了回收、过滤、生物加工监测、生物反应器灭菌和剪切应力控制。
规模化策略
- 不同细胞培养肉公司的规模化策略各不相同，一些公司选择纵向规模化(scale up)，而另一些公司则选择横向规模化策略(scale out)
- scale up: 涉及从小规模到生产规模的工作量的增加，这可以通过减少批次数量以及批次之间的差异来使产品质量更加一致。更大的生物反应器还可以减少资本支出，并减少折旧，因为成本分摊到更大的产量上。然而，扩大规模带来了技术挑战，例如仔细考虑搅拌和通气以及操作风险，因为较大反应器中由于污染或其他错误而导致的批量失败将代价高昂。
- scale out: 在整个试点和商业制造过程中保持恒定的生物反应器尺寸，通过增加相同尺寸的生物反应器和生产线的数量来扩大生产。这种方法可以降低批次损失带来的运营风险，因为来自未受影响的生物反应器和生产线的材料仍然可以收获。总的来说，横向扩展策略可能有几个优点， 包括启用一次性生物反应器技术、降低规模化风险以及在同一屋檐下满足多种产品类型和市场需求。
- 该报告指出，获得设备和供应品、实现所需的质地、选择适当的设备类型以及确保无动物工艺是公司在扩大或缩小生产规模时面临的关键挑战。
- 在对 25 名受访者进行的调查中，3 名受访者优先考虑向外扩展，12 名受访者重点关注扩大规模，其余则采用多种策略组合。24 名受访者中有 15 名对其生产过程进行了技术经济评估（大多数没有公开分享这些评估）。
- 一些公司正在考虑容量为 200,000 升或以上的大型生物反应器，而其他公司则从较小的容量开始并扩大规模。正如作者指出的那样，运营的盈利能力将取决于最终产品和细胞类型等因素。
- 及时获取物资和设备是阻碍扩展的主要障碍。其他主要问题包括实现所需的质地、获得适当的设备以及避免使用动物源材料。
- 细胞培养肉类生产的主要挑战是培养基和生物反应器设计的相互关联的成本。其他问题包括熟练人才的可用性和高昂的劳动力成本，这些问题可以通过自动化来解决。
- 然而，在解释调查结果时需要谨慎，因为专注于快速且具有成本效益的扩展可能会忽视未来的瓶颈。作者认为，重要的是要跟上细胞培养肉类生产不断变化的格局中出现的新挑战和优先事项。
代工生产
- 该报告还探讨了公司与细胞培养肉类公司的合同生产机构以及合同研发生产机构（CMO 和 CDMO）合作的偏好。
- 合作伙伴的选择基于生产质量、专业知识和定价。CMO/CDMO 设施的首选地点是美国和东南亚。
过程的安全性
- 15 家公司回应称，常见分析包括检查污染、评估成分、分析用过的培养基和确定保质期。
- 虽然测试的频率并不总是表明其重要性，但污染可能发生在生产过程的不同阶段。在 22 名受访者中，大多数 (13 名) 认为过程中的污染是微生物污染的主要来源，七名认为最终产品污染，两名认为原材料污染是主要来源。
- 安全是细胞培养肉类生产的一个关键问题，需要量身定制的安全法规来确保安全和效率之间的适当平衡。建立细胞培养肉类行业标准可以指导供应商制造适合用途且价格实惠的设备。
作者表示：
“该调查强调了对生物加工技术的持续创新和投资的迫切需要，以使细胞培养肉类行业能够有效地扩大规模。它确定了供应商、制造商和研究人员可以加速行业扩张并降低生产成本的特定领域。”
