Die Bioproduktion beginnt mit der vorgelagerten Verarbeitung. In dieser Phase werden Zellen kultiviert und das Produkt gebildet. Bei den Zellen kann es sich um Bakterien, Hefen, Insektenzellen oder Säugetierzellen handeln. Sie werden in Bioreaktoren unter kontrollierten Bedingungen gezüchtet. Ziel ist es, die Zelldichte und die Produktausbeute zu maximieren. Alle nachfolgenden Prozesse hängen von den Ergebnissen dieser Verarbeitung ab.

Die vorgelagerte Aufarbeitung umfasst mehrere Schritte. Die Entwicklung einer Zelllinie erzeugt eine stabile, hochproduktive Zelllinie. In der Anzuchtkultur werden die Zellen von einem kleinen Fläschchen auf ein für den Produktionsbioreaktor ausreichendes Volumen vermehrt. Die Optimierung des Nährmediums versorgt die Zellen mit den benötigten Nährstoffen. Prozessparameter wie Temperatur, pH-Wert, gelöster Sauerstoff und Fütterungsstrategie werden kontrolliert, um die Produktivität zu maximieren. Der Produktionsbioreaktor kann ein Volumen von wenigen Litern bis zu Tausenden von Litern aufweisen.

Die Wahl des Expressionssystems ist entscheidend. Bakterien sind schnell und kostengünstig, können aber keine komplexen posttranslationalen Modifikationen durchführen. Hefen können Proteine ​​modifizieren, jedoch nicht auf dieselbe Weise wie menschliche Zellen. Säugetierzellen produzieren korrekt gefaltete und modifizierte Proteine, sind aber langsam und teuer. Insektenzellen werden für einige Impfstoffe und Proteine ​​verwendet. Die Wahl hängt vom jeweiligen Produkt ab.

Die vorgelagerte Prozessverarbeitung ist der Punkt, an dem Biologie und Ingenieurwesen aufeinandertreffen. Geringfügige Änderungen der Bedingungen können große Auswirkungen auf Ausbeute und Qualität haben. Es handelt sich um einen komplexen, dynamischen Prozess, der eine sorgfältige Überwachung und Steuerung erfordert.