Gli scienziati sviluppano un'impalcatura di colture cellulari a base vegetale per carne coltivata più economica e più sostenibile

Gli scienziati sviluppano un'impalcatura di colture cellulari a base vegetale per carne coltivata più economica e più sostenibile

Timestamp: 1 maggio 2023 3:53
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01 maggio 2023 (Notizie Nanowerk) Un gruppo di ricerca dell'Università Nazionale di Singapore (NUS) ha utilizzato con successo proteine ​​vegetali comuni per stampare in 3D un'impalcatura per colture cellulari commestibili, consentendo di servire in tavola carne coltivata in laboratorio più economica e sostenibile. Man mano che i consumatori diventano più consapevoli delle implicazioni ambientali ed etiche del loro cibo, la carne coltivata in laboratorio, nota anche come carne coltivata o carne a base di cellule, sta diventando una fonte sempre più popolare di proteine ​​alimentari. La carne coltivata viene prodotta prelevando cellule muscolari scheletriche dagli animali e facendole crescere su costrutti tridimensionali chiamati impalcature, che forniscono supporto strutturale mentre le cellule si moltiplicano e si sviluppano in tessuti. Tuttavia, gli scaffold per colture cellulari sono generalmente realizzati con materiali sintetici o di origine animale, che sono troppo costosi o non commestibili. Alla ricerca di un’alternativa, il team guidato dal professor Huang Dejian, vicedirettore del Dipartimento di scienze e tecnologie alimentari della NUS, si è rivolto alle proteine ​​vegetali, note per essere biodegradabili e biocompatibili con le cellule animali. Fondamentalmente, le proteine ​​vegetali soddisfano anche i requisiti comuni per il consumo alimentare, rendendo l’impalcatura risultante adatta alla coltura della carne. “Utilizzando prolamine di cereali facilmente disponibili come biomateriali per la tecnologia di stampa 3D ad alta precisione, apriamo un nuovo metodo per la produzione di impalcature commestibili e strutturate per produrre fette di carne muscolare coltivata con qualità fibrose”, ha affermato il professor Huang. Il lavoro del team, in linea con l’obiettivo della NUS di produrre ricerche all’avanguardia sulla sostenibilità, è stato pubblicato sulla rivista Materiale avanzato (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). Maiale coltivato allevato in laboratorio Maiale coltivato utilizzando scaffold per colture cellulari commestibili. (Immagine: Università Nazionale di Singapore)

Realizzazione di un'impalcatura commestibile

Le prolamine sono una famiglia di proteine ​​di riserva vegetale che, per il loro specifico profilo aminoacidico, hanno un basso valore nutrizionale. Infatti, le prolamine vengono generate come scarto nelle industrie dell’amido e dell’olio vegetale. Tuttavia, il professor Huang e il suo team hanno sfruttato queste caratteristiche delle prolamine per creare una risorsa economica e sostenibile per la coltura della carne. Nello specifico, i ricercatori hanno utilizzato miscele di prolamine derivate dalla farina di mais, orzo e segale, note anche come zeine, ordeine e secaline, rispettivamente. Queste miscele fungevano quindi da inchiostro per la stampa elettroidrodinamica, una tecnologia di stampa 3D ad alta precisione comunemente impiegata nelle applicazioni biomediche. Per valutare se i costrutti di prolamina fossero adatti alla coltivazione della carne, sono stati immersi nel terreno di coltura cellulare e ispezionati sette giorni dopo per esaminare eventuali cambiamenti strutturali. Sotto un microscopio elettronico a scansione, le impalcature mantenevano la loro struttura e non crollavano, sebbene si sviluppassero più fori sulle loro superfici. Secondo i ricercatori, tuttavia, questi pori sono più probabilmente il risultato di enzimi secreti dalle cellule in coltura piuttosto che la prova di debolezze strutturali. Affinché le impalcature siano utili nella coltivazione della carne, devono essere biocompatibili con le cellule muscolari degli animali agricoli, il che significa che devono essere in grado di accogliere queste cellule e sostenerne la crescita e lo sviluppo. Per testarlo, il professor Huang e il suo team hanno seminato i costrutti di prolamina con cellule staminali provenienti dal muscolo scheletrico di maiale e hanno misurato la proliferazione cellulare nei giorni successivi. Hanno scoperto che le cellule si dividevano ampiamente sugli scaffold, raggiungendo un conteggio massimo 11 giorni dopo essere state inoculate. Le cellule staminali sono cresciute relativamente bene sia negli scaffold zeina/ordeina che zeina/secalina. È significativo che, se confrontate con un’impalcatura standard in policaprolattone, uno strumento comune nell’ingegneria dei tessuti, le cellule di maiale seminate sui costrutti di prolamina proliferassero molto più velocemente, dimostrando che l’impalcatura a base di proteine ​​vegetali era più fattibile per la produzione di carne coltivata rispetto ai polimeri sintetici standard. “Le impalcature realizzate con proteine ​​vegetali sono commestibili e hanno sequenze peptidiche diverse e variabili che possono facilitare l’attaccamento cellulare, indurre la differenziazione e accelerare la crescita della carne. Al contrario, le impalcature sintetiche come le perle di plastica utilizzate per la carne coltivata non hanno gruppi funzionali che rendono difficile l’attaccamento e la proliferazione delle cellule animali. Inoltre, le impalcature sintetiche non sono commestibili e sono necessari passaggi aggiuntivi per separare le impalcature dalla coltura della carne”, ha spiegato il prof. Huang. Come prova di concetto, il gruppo di ricerca ha provato a produrre una vera fetta di carne coltivando cellule staminali della pelle di maiale su un'impalcatura di zeina/secalina e poi ha permesso loro di differenziarsi, o maturare, in muscolo. L’estratto di barbabietola è stato utilizzato per simulare il colore rossastro della carne. Il loro esperimento si è rivelato un successo. Entro 12 giorni, il gruppo di ricerca è stato in grado di coltivare carne simile nella consistenza e nell’aspetto generale alla vera carne animale. «Poiché l’impalcatura era commestibile, non sono state necessarie procedure speciali o aggiuntive per estrarla dal prodotto finale», spiega il prof. Huang.

Ulteriori sviluppi

Il professor Huang e il suo team stanno lavorando attivamente per perfezionare la tecnologia basata sulle proteine ​​vegetali. Ad esempio, sono necessari ulteriori studi per determinare meglio come la particolare struttura e composizione dei costrutti della prolamina potrebbero influenzare la crescita delle cellule staminali animali e il modo in cui formano il tessuto muscolare. «Inoltre, dobbiamo garantire che i prodotti a base di carne risultanti siano pronti per il mercato, con profili di sicurezza in grado di soddisfare rigorosi requisiti normativi e composizioni nutrizionali che soddisfino le esigenze dietetiche raccomandate», afferma il prof. Huang. “Naturalmente devono anche essere appetitosi. Sapore, aroma e consistenza devono essere attentamente calibrati per competere con i prodotti a base di carne allevati tradizionalmente”.

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