Producția de carne cultivată va avea nevoie de linii celulare stabile din mai multe specii diferite pentru a avea succes, informează FoodNavigator.

Potențiale bariere

O recenzie în Nature Food a explorat utilizarea celulelor stem în carnea cultivată, explorând cele mai bune celule stem pentru muncă, precum și potențialele bariere.

Celulele stem, conform Serviciului Național de Sănătate din Marea Britanie, sunt elementele de bază ale vieții, celule de bază care se transformă (se diferențiază) în alte celule din organismul său nativ. Astfel, acestea oferă o oportunitate cheie pentru producătorii de carne de cultură, deoarece sunt flexibile și pot fi utilizate într-o mare varietate de moduri.

Utilizarea celulelor stem care creează componentele celulare majore ale cărnii, cum ar fi miofibrele, adipocitele și fibroblastele, este o modalitate eficientă pentru producătorii de carne cultivată de a-și prolifera produsul, precum și de a reproduce eficient gustul cărnii de animale sacrificate.

„O caracteristică definitorie a celulelor stem este că pot deveni alte celule”, a declarat Lucas Robert Smith, unul dintre autorii studiului, pentru FoodNavigator. „Cu carnea de vită, de exemplu, scopul este de a avea celule stem de vacă care se pot transforma în celule musculare sau adipoase. Acest lucru va avea un impact asupra proteinelor și grăsimilor prezente în celulele care conferă aromă cărnii așa cum o știm.”

Textura și grăsimea

Atunci când se dezvoltă cărni de cultură, este important să se reproducă textura cărnii tradiționale de animale (s-a demonstrat că textura este în multe rânduri o preocupare cheie a consumatorilor). „Textura cărnii este complexă și implică interacțiuni între mai multe celule”, ne-a spus Smith. „Una dintre componentele critice este proteina dominantă a matricei extracelulare, colagenul.

„În timp ce multe celule produc colagen în fibroblastele musculare, progenitorii fibroadipogenici joacă rolul principal în producția de colagen și în organizarea colagenului în moduri care influențează textura.”

Grăsimea este, de asemenea, o componentă cheie a cărnii de cultură. „În plus, progenitorii fibroadipogeni pot fi diferențiați în celule adipoase după inducția adipogenă”, ne-a spus Smith.

„Grăsimea intramusculară, cunoscută și sub numele de grăsime marmorată în carnea de porc și vită, provine din acești progenitori fibroadipogeni.

Alte surse de celule potențiale pentru grăsime cultivată pe celule includ celule stem derivate din adipos și adipocitele mature dediferențiate. Ambele au un potențial adipogen puternic in vitro și pot fi ușor diferențiate în celule adipoase atunci când sunt crescute în medii adipogenice.”

Proliferarea

Desigur, pentru ca celulele stem să fie eficiente în dezvoltarea oricăror cantități de carne cultivată, ele trebuie să poată prolifera. În timp ce dublarea este tipică pentru celulele stem, unele celule sunt mai bune la asta decât altele.

„Dublarea celulelor într-un interval de timp de 24 de ore este tipică pentru celulele cultivate într-un mediu de creștere bogat”, ne-a spus Smith. „Celulele stem embrionare se divid rapid în timpul dezvoltării și timpii de dublare de 16-20 de ore sunt realizabili.

Au existat rapoarte despre celulele stem embrionare de șoarece care s-au împărțit la fiecare 4-5 ore, menținând în același timp pluripotența, capacitatea de a deveni orice tip de celulă. Crearea de condiții de cultură și linii celulare care optimizează timpii de dublare, menținând în același timp funcțiile celulare, va fi importantă pentru producția de carne cultivată.”

Când celulele stem devin imortalizate, ele sunt și mai eficiente la proliferare, deoarece pot păstra calitățile cheie pe care le au celulele stem în timp ce se dublează.

„Celulele stem imortalizate pot suferi dubleri nedefinite, păstrând în același timp calitățile lor de celule stem pentru a deveni alte tipuri de celule diferențiate, cum ar fi mușchiul. Adesea, atingerea a 100 de dubleri este folosită ca o modalitate practică de a evalua dacă o celulă este imortalizată. Există o varietate de metode de imortalizare pentru a realiza acest lucru.”

Îmbunătățirea imortalizării

Cercetătorii încă lucrează la modalități de a imortaliza celulele stem, dar există câteva bariere, ne-a spus Smith. „Celulele au puncte de control înainte de a trece prin ciclul celular pentru a se duplica. Un factor limitativ este telomerii de la sfârșitul cromozomilor care se scurtează la fiecare dublare și limitează potențialul de dublare.

O strategie pentru a combate acest lucru este de a adăuga celulelor enzime de alungire a telomerilor pentru a ocoli această limită. De asemenea, este posibil să se introducă semnale pentru a ocoli punctele de control pentru trecerea ciclului celular. O altă strategie este de a pune celulele sub stres, care forțează câteva celule să se adapteze, să devină nemuritoare și apoi pot fi selectate.”

Unele dintre cele mai bune celule stem pentru proliferare vin și cu bariere în calea producției eficiente. Celulele stem pluripotente (PSC) se pot reînnoi la infinit și pot deveni aproape orice tip de celule relevante pentru carnea cultivată. Ele „seamănă cu celulele găsite în embrion în timpul stadiilor incipiente de dezvoltare”, ne-a spus Smith.

Cu toate acestea, deși acest lucru „face din ele o sursă dezirabilă pentru carne cultivată, înseamnă, de asemenea, că sunt necesari mai mulți pași pentru a produce celule musculare sau adipoase specializate. În acest moment, Diferențierea eficientă și consecventă a PSC-urilor în celule progenitoare de carne este încă o barieră pentru utilizarea PSC-urilor.”

Una dintre modalitățile potențiale de a depăși astfel de obstacole prezentate de celulele stem individuale este modificarea genetică. „Celulele folosite dictează capacitatea de a prolifera, de a determina tipul de celule, precum și condițiile media necesare pentru fiecare tip. Modificarea genetică a celulelor stem are potențialul de a depăși fiecare dintre aceste obstacole”, ne-a spus Smith.

„Modificarea genetică poate produce celule imortalizate, poate controla diferențierea în componente musculare sau adipoase și poate crește fără aditivi scumpi. Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare pentru a le face posibile folosind inginerie genetică.”

Diferențierea și etica FBS

Când celulele stem se diferențiază, ele se dezvoltă în celule specifice care au o funcție în cadrul unui organism animal. Acest proces este vital pentru dezvoltarea cărnii de cultură.

Unul dintre ajutoarele cheie în acest sens este serul fetal bovin (FBS), deoarece oferă celulelor nutrienți cheie și factori de creștere. Cu toate acestea, FBS provine din fetuși de vacă (deși acești fetuși nu sunt sacrificați în mod special pentru FBS), provocând statutul vegan al cărnii cultivate atunci când este utilizată.

FBS „a fost o componentă critică a mediului de cultură celulară timp de multe decenii”, ne-a spus Smith. „Folosirea sa a permis oamenilor de știință să facă progrese incredibile în tehnicile de cultură celulară și reprezintă fundamentul cunoștințelor noastre actuale despre modul în care funcționează celulele și țesuturile.

„Deși aceste progrese ne permit să gândim astăzi să facem carne în laborator, este important să luăm în considerare alternative care folosesc strategii care nu conțin componente de origine animală (cu excepția celulelor) și nu necesită sau minimizează sacrificarea animalelor.

„FBS este o componentă costisitoare a mediului de creștere. Există formulări de înlocuire a serului pe piața culturilor celulare, dar sunt la fel de scumpe. Domeniul caută în mod activ modalități de cultivare a celulelor fără ser.”

Regulament

Desigur, utilizarea unei astfel de tehnologii va trebui reglementată. Cercetările de vârf prezintă aproape întotdeauna riscuri, iar carnea cultivată dezvoltată prin celule stem nu face excepție.

„Pentru orice produs alimentar, siguranța este prioritatea fundamentală”, ne-a spus Smith. „Deși fabricarea, procesarea și prepararea cărnii cultivate sunt diferite de carnea convențională, principiile de siguranță alimentară bazate pe riscuri rămân aceleași.

„Fiecare companie va trebui să stabilească abordări bazate pe știință pentru a identifica, caracteriza și controla pericolele microbiene, chimice și fizice ale procesului de fabricație. Aceste strategii de control vor trebui validate, verificate și aprobate de agențiile de reglementare.

În plus, mențiunile nutriționale și etichetele produselor alimentare trebuie să fie veridice și să nu inducă în eroare.”

Sursa: Nature Food 'Stem cell-based strategies and challenges for production of cultivated meat’ Published on: 16 October 2023 Doi: https://doi.org/10.1038/s43016-023-00857-z Authors: T. C. Jara, K. Park, P. Vahmani, A. L. Van Eenennaam, L. R. Smith & A. C. Denicol