Producción de carne in vitro

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Producción de carne animal in vitro

1.        RESUMEN

        Cada año la población mundial aumenta, y por consiguiente, el consumo de carne. Es necesario establecer alternativas que permitan producir carne de una forma más rápida, barata, saludable y en mayor cantidad. La propuesta que ofrece este proyecto es cultivar células madre de animales para producir carne en laboratorios, y así poder establecer una tecnología capaz de producirla a escala industrial y que se logre comercializar. Esto conlleva la reducción del riesgo de transmisión de enfermedades presentes en algunos animales a los humanos, y aporta grandes beneficios a la salud como un menor contenido en grasas, mayor aporte proteico, cambios en el sabor y textura, todo gracias a la ingeniería genética. A su vez, se elimina el sufrimiento causado a muchos animales en el proceso de elaboración de carnes.

2.        INTRODUCCIÓN

        La agricultura a gran escala en la actualidad y el transporte de ganado traen consigo un alto riesgo de enfermedades infecciosas, emisión de gases de efecto invernadero y cierto grado de sufrimiento animal [1]. Mientras muchos países se vuelven más prósperos, se espera que el consumo mundial de carne aumente enormemente en las décadas venideras. Una alternativa para producir carne y reducir estas desventajas se encuentra en la ingeniería tisular del músculo esquelético mediante el cultivo de células animales [1, 2].

        La producción de carne in vitro (IMPS) implica el cultivo de tejidos musculares en un medio líquido, evitando la cría de animales y el sacrificio. Las condiciones controladas del IMPS son imposibles de lograr por métodos de ganado tradicionales, y por lo tanto, permiten un producto más seguro y saludable ya que evita la propagación de enfermedades transmitidas que afectan a los productos cárnicos. Las condiciones controladas permiten, además, crear productos con diferentes perfiles nutricionales texturales y de sabor. Esto se puede lograr co-cultivando con diferentes tipos de células, suplementado con diversos medios o la ingeniería genética [3].

        En la ingeniería de tejidos, se cultiva un elevado número de células en un material portador tridimensional y se proporcionan señales biofísicas y bioquímicas para formar el tejido deseado. Para que esto sea posible se necesitan unos requisitos para poder incrementar la viabilidad de la producción de carne in vitro como encontrar una fuente adecuada de células madre y que se puedan cultivar en una estructura tridimensional en un biorreactor, para su correcta proliferación y diferenciación. Aunque aún es cuestionable su viabilidad económica, debido a la falta de inversión. En 2013, el investigador holandés Mark Post presentó una hamburguesa que demostraba que la idea podría funcionar y merece financiación para la investigación [4].

        Uno de los mayores desafíos al utilizar células madre embrionarias es la diferenciación directa en células madre miogénicas, que evita el desarrollo de otros linajes celulares [5].

        Además el músculo esquelético de ingeniería tisular puede usarse en el campo de la Medicina regenerativa, para el tratamiento de defectos musculares y distrofias [6].

        En la Universidad de West-Australia, científicos y artistas trabajan juntos en un laboratorio conocido como Symbiotica, donde se esfuerzan por fomentar el interés de la sociedad en la carne cultivada. Cosecharon biopsias musculares de ranas y mantuvieron estos tejidos vivos en platos de cultivos. La carne de rana creció ligeramente. En un proyecto de la NASA exploran la posibilidad de cultivar carne para los viajes espaciales con músculo de peces dorados. Se tomaron biopsias y utilizaron medio con suero bovino, el tejido sobrevivió y creció un 14% más [1].

        La línea celular que se va a utilizar en este proyecto para producir carne cultivada es una línea de células madre satélites (células musculares esqueléticas adultas) de vaca.

2.1.        Bibliografía

1. Boonen, K.J., et al., Essential environmental cues from the satellite cell niche: optimizing proliferation and differentiation. Am J Physiol Cell Physiol, 2009. 296(6): p. C1338-45.

2. Tuomisto, H.L. and M.J. Teixeira de Mattos, Environmental Impacts of Cultured Meat Production. Environmental Science & Technology, 2011. 45(14): p. 6117-6123.

3. Datar, I. and M. Betti, Possibilities for an in vitro meat production system. Innovative Food Science & Emerging Technologies, 2010. 11(1): p. 13-22.

4. Van der Weele, C. and J. Tramper, Cultured meat: every village its own factory? Trends Biotechnol, 2014. 32(6): p. 294-6.

5. Zheng, J.K., et al., Skeletal myogenesis by human embryonic stem cells. Cell Res, 2006. 16(8): p. 713-22.

6. Casimiro, M.H., et al., Chitosan-Based Matrices Prepared by Gamma Irradiation for Tissue Regeneration: Structural Properties vs. Preparation Method. Top Curr Chem (J), 2017. 375(1): p. 5.

7.  Atsushi Asakura, M. K. (2001). Muscle satellite cells are multipotential stem cells that exhibit myogenic, osteogenic, and adipogenic differentiation.

8. Marloes L.P. Langelaana, K. J. (2010). Meet the new meat: tissue engineered skeletal muscle.

9. Z.F. Bhat, H. B. ( 2011). Tissue engineered meat- Future meat. Journal of Stored Products and Postharvest Research Vol. 2(1), pp. 1 - 10,, Vol. 2(1), pp. 1 - 10.

3.        HIPOTESIS Y OBJETIVOS

La hipótesis de la que se parte en este proyecto consiste en considerar que se pueden emplear células madre de animales, en nuestro caso de vaca, que se diferenciarán para producir tejido muscular esquelético para la elaboración de productos cárnicos. Las células musculares adultas, células satélite, se obtendrán mediante una biopsia al animal. Estas células se diferenciarán en un medio a miocitos gracias a la adición de determinados componentes al suero, y se utilizará como andamiaje perlas de colágeno. Mediante un escalado, se pasará el cultivo a un biorreactor con agitador hasta formar la carne de ternera, que mediante un prensado y trituración se conseguirá carne picada que podrá ser comercializada.

El objetivo principal de este proyecto es poder conseguir una tecnología que nos permita producir carne a partir del cultivo de células. A su vez, este objetivo principal se divide en otros más concretos:

•        Conseguir una fuente de calidad de células madre y de células musculares, ya que repercutirá en las características de la carne que vamos a producir. Que estén libres de enfermedades y defectos genéticos.

•        Diferenciar las células musculares a miocitos sin que se diferencie en otros linajes celulares, nos nos interesa que otras células puedan interferir y altere el producto final.

•        Realizar un escalamiento que nos permita conocer los volúmenes y condiciones óptimas para que las células crezcan en un biorreactor y produzca carne en mayor cantidad y más rápidamente.

•        Realizar un tratamiento para acondicionar la carne (prensado, acondicionamiento,…), y que pueda ser comercializada.

Diseño del estudio: Materiales y métodos

Nuestro objetivo es obtener carne de vaca a escala de un biorreactor, los pasos a seguir son los siguientes: elección de la fuente de células madre, obtención y aislamiento de las células madre, proliferación y diferenciación, escalado a nivel de biorreactor y su posterior tratamiento.

Fuente de células

        Es esencial escoger una fuente de células correcta. Las células madre son las más prometedoras ya que, en teoría, se pueden dividir indefinidamente manteniendo su capacidad de diferenciarse en un determinado fenotipo. (Boonen, 2009)

        Las células madres que de manera natural se diferencian en músculo son las células madre satélite, y por ello, será este tipo de célula la que escogeremos para la producción de carne in vitro. En concreto se usarán las células ADSCs que son células madre multipotentes que se encuentran en el tejido adiposo de la vaca, que serán obtenidas mediante una biopsia al animal. (Z.F. Bhat, 2011)

Obtención y aislamiento de células

        El primer paso es la realización de una biopsia donde serán extraídas las células ADSC.  Para aislar dichas células es necesario tratarlas con colagenasa tipo B y dispasa II. (Atsushi Asakura, 2001), posteriormente se pasará el músculo por pipetas disminuyendo el diámetro de la muestra, usando un medio  DMEM (Dulbecco’s modified Eagle médium) que contiene un 20% de suero fetal bovino, 10% suero de caballo y antibióticos: penicilina (100,000 IU/L) y estreptomicina (100 mg/L) y 4 mM de L-Glutamina. Obtendremos una suspensión de fibra, que se triturarán a 19G durante 5 minutos haciéndolas pasar por un tamiz celular. Añadiremos 10% de DMSO y se congelarán las muestras en nitrógeno líquido para su conservación (Boonen, 2009).

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