La bioproduction commence par une étape de traitement en amont. C'est à ce stade que les cellules sont cultivées et que le produit est formé. Ces cellules peuvent être des bactéries, des levures, des cellules d'insectes ou des cellules de mammifères. Elles sont cultivées dans des bioréacteurs dans des conditions contrôlées. L'objectif est de maximiser la densité cellulaire et le rendement du produit. Tout le reste du processus dépend de cette étape.

Le traitement en amont comprend plusieurs étapes. Le développement de la lignée cellulaire permet d'obtenir une lignée stable et hautement productive. La culture de pré-ensemencement permet d'amplifier les cellules, initialement contenues dans un petit flacon, jusqu'à un volume suffisant pour le bioréacteur de production. L'optimisation du milieu de culture fournit les nutriments nécessaires aux cellules. Les paramètres du procédé, tels que la température, le pH, l'oxygène dissous et la stratégie d'alimentation, sont contrôlés afin de maximiser la productivité. La capacité du bioréacteur de production peut varier de quelques litres à plusieurs milliers de litres.

Le choix du système d'expression est crucial. Les bactéries sont rapides et économiques, mais incapables de réaliser des modifications post-traductionnelles complexes. Les levures peuvent modifier les protéines, mais différemment des cellules humaines. Les cellules de mammifères produisent des protéines correctement repliées et modifiées, mais leur production est lente et coûteuse. Les cellules d'insectes sont utilisées pour certains vaccins et protéines. Le choix dépend du produit.

Le traitement en amont est le point de rencontre entre la biologie et l'ingénierie. De petites variations des conditions peuvent avoir des répercussions importantes sur le rendement et la qualité. Il s'agit d'un processus complexe et dynamique qui exige une surveillance et un contrôle rigoureux.