Biomanufaktur dimulai dengan pemrosesan hulu. Ini adalah tahap di mana sel dikultur dan produk dibentuk. Sel-sel tersebut bisa berupa bakteri, ragi, sel serangga, atau sel mamalia. Sel-sel tersebut ditumbuhkan dalam bioreaktor di bawah kondisi terkontrol. Tujuannya adalah untuk memaksimalkan kepadatan sel dan hasil produk. Semua proses hilir bergantung pada apa yang terjadi di sini.

Pemrosesan hulu memiliki beberapa langkah. Pengembangan lini sel menciptakan lini sel yang stabil dan berproduksi tinggi. Kultur bibit memperbanyak sel dari vial kecil ke volume yang cukup besar untuk bioreaktor produksi. Optimasi media menyediakan nutrisi yang dibutuhkan sel. Parameter proses, seperti suhu, pH, oksigen terlarut, dan strategi pemberian nutrisi, dikendalikan untuk memaksimalkan produktivitas. Bioreaktor produksi dapat berkisar dari beberapa liter hingga ribuan liter.

Pemilihan sistem ekspresi sangat penting. Bakteri cepat dan murah tetapi tidak dapat melakukan modifikasi pasca-translasi yang kompleks. Ragi dapat memodifikasi protein tetapi tidak dengan cara yang sama seperti sel manusia. Sel mamalia menghasilkan protein yang terlipat dan termodifikasi dengan benar tetapi lambat dan mahal. Sel serangga digunakan untuk beberapa vaksin dan protein. Pilihannya bergantung pada produknya.

Pengolahan hulu adalah tempat biologi bertemu dengan rekayasa. Perubahan kecil dalam kondisi dapat berdampak besar pada hasil dan kualitas. Ini adalah proses yang kompleks dan dinamis yang membutuhkan pemantauan dan pengendalian yang cermat.