Carne in vitro

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

Trabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)

Unesp-Araraquara | Junho-2013

Introdução

O que é “carne in vitro”?

Relevância

Relevância de Demanda

Relevância Ambiental

Relevância Ambiental

(http://calmariatempestade.wordpress.com/2012/06/22/carne-de-laboratorio/)

Relevância Social

Outros Pontos de Relevância

• Ética:– Criação de uma forma de produção livre da

necessidade de abate animal;

• Industrial:– Possibilidade de criação de novos produtos,

permitindo, inclusive, expansão do mercado consumidor;

• Científica:– Aprimoramento de técnicas de diferenciação e cultivo

celular;

– Novas culturas para ensaios biológicos;

Etapas de Produção

Etapas de Produção - Simplificado

Etapas de Produção - Diferenciação II

Fundamentos eDetalhes do Processo

Tecido Muscular - Tipos

Tecido Muscular Esquelético(ou Estriado)

Miogênese

Células Tronco

O processo de diferenciação se dá em muitas etapas, nas quais diferentes conjuntos de proteínas regulam a expressão gênica que determina a diferenciação posterior.

Esse processo também é influenciado por interferências ambientais.

Células Tronco Embrionárias

• Vantagens:

– Em teoria, tem potencial ilimitado de proliferação; (esse potencial poderia ser limitado por mutações genéticas a longo prazo)

• Desvantagens:

– Processo de diferenciação muito longo e complexo;

Células Satélites

• Vantagens:

– Tem maior tendência à proliferação;

• Desvantagens:

– Adicionam uma fase de diferenciação a mais no processo;

– São escassas no tecido muscular;

Células Diferenciadas - Mioblastos

• Vantagens:

– Já são diferenciadas;

– São abundantes;

• Desvantagens:

– Necessitam de engenharia genética para formarem colônias imortalizadas;

– Proliferam-se mais lentamente;

Proliferação Celular das Cel. Satélites

• Métodos bem estabelecidos em placas de petri;

• Necessidade de novos biorreatores específicos para o cultivo de células animais;

– Dificuldades:

• Oxigenação;

• Transporte de Nutrientes;

Proliferação Celular

http://www.fai.ufscar.br:8080/FAI/noticias/invento-possibilita-cultivo-de-celula-animal

Máquina Desenvolvida pela UFSCAR

Biorreator de escoamento em vórtices de Taylor, empregado no cultivo de célula animal

Diferenciação Celular - Fundamento

• Se o código genético é o mesmo em todas as células de um mesmo organismo, por que as células diferenciam-se?

Embrião de Drosophila marcado poranticorpos para proteínas. Cada correpresenta uma proteína diferente,evidenciando a diferenciação celularnessa fase de desenvolvimento.

Mecanismos de Regulação Gênica em Eucariotos

http://genmol.blogspot.com.br/2011/09/genetica-molecular-sinopse-do-controle.html

Eucariotos – Controle por Condensação da Cromatina

- Eucromatina (E): região descondensada da cromatina, ativa;- Heterocromatina (H): região condensada da cromatina, inativa;

-Proteínas específicas podem alterar a conformação da cromatina em diferentes fases dociclo celular;- A estrutura da cromatina pode ser herdada para a célula filha em divisão mitótica;

Histonas e Proteínas Reguladoras

Proteínas de regulação gênica podem agir sobre as histonas, alterando aconformação da cromatina.

Muitas vezes, a expressão de um gene é controlada por mais de uma proteínareguladora (podendo chegar a centenas).

Como cada proteína reguladora é, por sua vez, controlada por outras proteínas, osistema adquire um grau muito alto de complexidade.

Proteínas de Ativação / Inibição do Promotor

Diferenciação do Tecido MuscularIn Vitro

• Necessidade de Estímulos Químicos:– Proteínas reguladoras;

– Fatores de crescimento;

– Nutrientes e oxigênio;

• Necessidade de Estímulos Físicos:– Ancoramento das células;

– Alinhamento correto para a fusão dos Mioblastos;

– Contração das células para a formação dos Sarcômeros;

Meio de Cultura

Telas de Fixação

Meio de Cultura

• Deve conter:

– Nutrientes;

– Hormônios e proteínas de regulação gênica;

– Fator de crescimento;

– Carregadores de oxigênio;

• Desafio:

– Custo viável;

Fator de Crescimento

• Substâncias que controlam o ciclo celular (transição da fase G0 para G1);

• Necessárias à proliferação e manutenção de colônias animais;

Fator de Crescimento – Soro Fetal

• Meio mais utilizado e barato;

• Problemas:

– Origem animal;

– Inviável em larga escala;

– Risco de contaminação;

Fator de Crescimento - Ultroser G

Fator de Crescimento - Ultroser G

• Fator químico que substitui o Soro.

• Problemas:

– É caro;

– É protegido por patentes;

Fator de Crescimento – Extrato de Cogumelos

• Estudos com células de peixes sugerem que podem ser uma alternativa viável;

Fatores de Regulação Gênica

• Podem ser obtidos por meios de engenharia genética em bactérias;

• Necessita-se de melhores estudos para a definição de quais fatores são realmente necessários;

• Poderiam ser fornecidos em larga escala por células co-cultivadas com os mioblastos e cel. satélites (hepatócitos, por exemplo);

Transportadores de Oxigênio

• Atuariam no lugar do sangue para manter concentrações adequadas no meio;

• Opções:– Versões modificadas de hemoglobina (produzidas

a partir de plantas e micro-organismos geneticamente alterados);

– Versões químicas inertes (produzidas artificialmente);

Tela de Fixação

• Promove a ancoragem da célula;

• Deve possuir uma textura adequada para promover o alinhamento dos mioblastos;

• Poderia ser comestível ou não comestível;

Tela “comestível”

• As células não precisariam ser removidas;

• Poderia ser útil para dar textura ao produto;

• Poderia ser feita de diversos polímeros orgânicos:– Colágeno

– Celulose

– Alginato

– Quitosano

– ...

Tela “não-comestível”

• É necessário um método que retire as folhas de células da tela sem danificá-las;

• Foi desenvolvido um método baseado na biodegradação da tela;

Mecanismos de Contração

• Necessários para a diferenciação celular;

• Poderiam ser:– Mecânicos;– Químicos (um material que contraísse com variações no

PH e Temperatura);– Elétricos (choques no tecido);

• Estudos sugerem que estímulos elétricos são a melhor opção, não sendo difíceis de reproduzir em escala industrial;

Espessamento do Tecido – Sistema Vascular Artificial

• Células começam a morrer por falta de nutrientes quando o tecido atinge de 2 a 3 mm de espessura;

• Para superar esse problema, é necessária a criação de um sistema vascular artificial (a partir de colágeno);

• Esse sistema foi possível por meio de processos de microfabricação, difíceis de reproduzir em escala industrial;

Perspectivas – Da Carne in vitro

Muitos grupos interessados

Muitos grupos interessados

A empresa Morden Meadow aplica os últimos avanços em engenharia de tecidos paradesenvolver novos bioprodutos , entre eles couro e carne,planejam começar a produção decouro em escala industrial em 2017 e com avanço da tecnologia em breve será a carne.

Perspectiva para Carne in Vitro

O primeiro hamburguercultivado em laboratório foiproduzido no final de 2012 ecustou algo em torno deUS$345.000, de acordo com obiocientista Mark Post, daUniversidade de Maastricht,na Holanda.

Primeiro Hambúrguer“Servido ao Público” - US$ 250.000,00

Será servido em Londres, em Junho de 2013, a fim de obter mais recursos para a pesquisa.

As perspectivas são que, em escala industrial, a carne cultivada forneça uma

alternativa complementar segura, sustentável, econômica e ética para a

indústria pecuária tradicional.

Perspectivas – Do TIO

Perspectivas – Do TIO

• Conhecer melhor cada etapa do processo de produção da carne in vitro, e os conceitos práticos e teóricos relacionados;

• Contribuir de alguma forma para o desenvolvimento de novas tecnologias no Brasil;

O trabalho que será desenvolvido nos próximos 5 semestres em TIO é de natureza teórica, mas sempre

visado uma aplicabilidade prática.

Referências Bibliográficas

• Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Walter, P. “Biologia Molecular da Célula”

• I. Datar, M. Betti. “Possibilities for an in vitro meat production system”

• Mark J. Post. “Cultured meat from stem cells: Challenges and prospects”

• Scientific American, Junho de 2011, “Inside the MeatLab”

Grupo

• Caio Ricardo

• Camile Pedrosa

• Euclides Formica

• Larissa Gomes

• Lucas Nakamura

• Lucas Zamian

• Lucas Henares

• Murilo Oliveira

Unesp Araraquara

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

1° Semestre - 2013