Los científicos desarrollan un andamio de cultivo celular a base de plantas para obtener carne cultivada más económica y sostenible

Los científicos desarrollan un andamio de cultivo celular a base de plantas para obtener carne cultivada más económica y sostenible

Marca de tiempo: 1 de mayo de 2023 3:53 a.m.
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01 de mayo de 2023 (Noticias de Nanowerk) Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha utilizado con éxito proteínas vegetales comunes para imprimir en 3D un soporte de cultivo de células comestibles, lo que permite servir en la mesa carne cultivada en laboratorio más asequible y sostenible. A medida que los consumidores se vuelven más conscientes de las ramificaciones ambientales y éticas de sus alimentos, la carne cultivada en laboratorio, también conocida como carne cultivada o carne a base de células, se está convirtiendo en una fuente cada vez más popular de proteína dietética. La carne cultivada se produce tomando células del músculo esquelético de animales y cultivándolas en construcciones tridimensionales llamadas andamios, que brindan soporte estructural a medida que las células se multiplican y se convierten en tejidos. Sin embargo, los soportes de cultivo celular suelen estar hechos de materiales sintéticos o de origen animal, que son demasiado caros o no comestibles. En busca de una alternativa, el equipo dirigido por el profesor Huang Dejian, subdirector del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos de la NUS, recurrió a las proteínas vegetales, que se sabe que son biodegradables y biocompatibles con las células animales. Fundamentalmente, las proteínas vegetales también satisfacen los requisitos comunes para el consumo de alimentos, lo que hace que el andamio resultante sea apto para el cultivo de carne. "Al utilizar prolaminas de cereales fácilmente disponibles como biomateriales para la tecnología de impresión 3D de alta precisión, abrimos un nuevo método para fabricar estructuras comestibles y estructuradas para producir rodajas de carne de músculo cultivado con cualidades fibrosas", dijo el profesor Huang. El trabajo del equipo, en consonancia con el objetivo de la NUS de producir investigaciones de sostenibilidad de vanguardia, se publicó en la revista Materiales avanzados (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). Carne de cerdo cultivada en laboratorio Carne de cerdo cultivada utilizando andamios de cultivo de células comestibles. (Imagen: Universidad Nacional de Singapur)

La fabricación de un andamio comestible

Las prolaminas son una familia de proteínas vegetales de almacenamiento que, debido a su perfil específico de aminoácidos, tienen un bajo valor nutricional. De hecho, las prolaminas se generan como residuos en las industrias del almidón y de los aceites vegetales. Sin embargo, el profesor Huang y su equipo aprovecharon estas características de las prolaminas para crear un recurso asequible y sostenible para el cultivo de carne. En concreto, los investigadores utilizaron mezclas de prolaminas derivadas de la harina de maíz, cebada y centeno, también conocidas como zeínas, hordeínas y secalinas, respectivamente. Luego, estas mezclas actuaron como tinta para la impresión electrohidrodinámica, una tecnología de impresión 3D de alta precisión comúnmente empleada en aplicaciones biomédicas. Para evaluar si las construcciones de prolamina eran aptas para el cultivo de carne, se sumergieron en el medio de cultivo celular y se inspeccionaron siete días después para examinar cualquier cambio estructural. Bajo un microscopio electrónico de barrido, los andamios mantuvieron su estructura y no colapsaron, aunque se desarrollaron múltiples agujeros en sus superficies. Sin embargo, según los investigadores, estos poros son más probablemente el resultado de enzimas secretadas por las células cultivadas que evidencia de debilidades estructurales. Para que los andamios sean de alguna utilidad en el cultivo de carne, deben ser biocompatibles con las células musculares de los animales agrícolas, lo que significa que deben poder acomodar estas células y apoyar su crecimiento y desarrollo. Para probar esto, el profesor Huang y su equipo sembraron las construcciones de prolamina con células madre de músculo esquelético de cerdo y midieron la proliferación celular durante los días siguientes. Descubrieron que las células se dividían ampliamente en los andamios, alcanzando un recuento máximo 11 días después de ser inoculadas. Las células madre crecieron comparablemente bien tanto en armazones de zeína/hordeína como de zeína/secalina. Es importante destacar que, en comparación con un armazón de policaprolactona estándar, una herramienta común en la ingeniería de tejidos, las células de cerdo sembradas en las construcciones de prolamina proliferaron mucho más rápido, lo que demuestra que el armazón basado en proteínas vegetales era más factible para la producción de carne cultivada que los polímeros sintéticos estándar. “Los andamios elaborados a partir de proteínas vegetales son comestibles y tienen secuencias peptídicas diversas y variables que pueden facilitar la unión celular, inducir la diferenciación y acelerar el crecimiento de la carne. Por el contrario, los soportes sintéticos, como las cuentas de plástico utilizadas para la carne cultivada, no tienen ningún grupo funcional, lo que dificulta que las células animales se adhieran y proliferen. Además, los armazones sintéticos no son comestibles y se requieren pasos adicionales para separarlos del cultivo de carne”, explicó el profesor Huang. Como prueba de concepto, el equipo de investigación intentó producir una rebanada real de carne cultivando células madre de piel de cerdo en un andamio de zeína/secalina y luego les permitió diferenciarse o madurar hasta convertirse en músculo. Se utilizó extracto de remolacha para simular el color rojizo de la carne. Su experimento resultó ser un éxito. En 12 días, el equipo de investigación pudo cultivar carne que era similar en textura y apariencia general a la carne animal real. "Dado que el andamio era comestible, no se necesitaron procedimientos especiales ni adicionales para extraerlo del producto final", comparte el profesor Huang.

Nuevos desarrollos

El profesor Huang y su equipo están trabajando activamente para perfeccionar la tecnología basada en proteínas vegetales. Por ejemplo, se necesitan más estudios para determinar mejor cómo la estructura y composición particular de las construcciones de prolamina podrían afectar el crecimiento de las células madre animales y cómo forman el tejido muscular. "Además, debemos garantizar que los productos cárnicos resultantes estén listos para el mercado, con perfiles de seguridad que satisfagan exigencias regulatorias rigurosas y composiciones nutricionales que satisfagan las necesidades dietéticas recomendadas", dice el profesor Huang. “Por supuesto, también tienen que ser apetitosos. El sabor, el aroma y la textura deben calibrarse cuidadosamente para competir con los productos cárnicos cultivados tradicionalmente”.

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