Carne in vitro
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
Trabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)
Unesp-Araraquara | Junho-2013
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;
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 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;
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
• 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”
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