Carne in vitro

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

Trabalho Interdisciplinar Orientado II (TIO-II)

Unesp-Araraquara | Novembro-2013

Introdução

O que é a 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

Tipos Celulares

• Células Tronco Embrionárias:– Capacidade Proliferativa Ilimitada;– Difíceis de Diferenciar Adequadamente;

• Celulas Satélites e Mioblastos:– Células em estado avançado de diferenciação;– Capacidade proliferativa limitada.– Maior facilidade de Diferenciação

Miogênese In Vivo

• Proteínas atuantes:– Família MyoD: grupo

de proteínas reguladas por um mesmo gene, de mesmo nome;

– Pax3 e Pax7: fatores que regulam a transcrição em células musculares precursoras ao novo tecido;

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 cultura de células 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 – 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);

Fator de Regulação Negativa - Miostatina

• Fator excretado pelos mioblastos a fim de limitar o crescimento muscular.

• Teria de ser suprimidos:– Engenharia Genética; ou– Supressor (anticorpo

monoclonal MYO-029)

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;

Instalações e equipamentos

Características das instalações

• NB2• Áreas funcionalmente distribuídas, facilitando o

deslocamento de pessoal e o fluxo de materiais;• Menor circulação possível nas áreas de

manipulação asséptica das culturas;• Superfície impermeáveis e resistente s a ácidos,

álcalis, solventes orgânicos e a calor moderado;• Projeto que facilite a limpeza;

Espaços

• Sala para lavagem e esterilização• Sala para preparo de meios• Sala para incubação e observação de culturas• Sala para manipulação asséptica de culturas• Sala para biorreatores e equipamentos de

armazenamento• Câmara quente e câmara fria • Almoxarifado

Principais Equipamentos

• Estufa incubadora com atmosfera de CO2• Autoclaves• Deionizador de água• Estufa para secagem de material• Câmara de fluxo de ar laminar estéril• Agitador Magnético

Principais Equipamentos

• Balança Analítica e Semi-analítica• Geladeira, Freezer e Ultrafreezer• Microscópio Invertido• Centrífuga Refrigerada• Banho-Maria• Medidor de pH• Nitrogênio Líquido

Biorreatores para Cultura de Células

• Propagação:– Micro-escala e cultura primária:

• CellRoll e CellSpin

– Escala de produção:• Biorreator de Vortex de Taylor

Tela de Fixação para Miogênese

• Promove a ancoragem da célula;

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

• Poderia ser comestível ou não comestível;

Biorreator para Miogênese

Possível Origem do Material: Fibroblastos

• Principal célula do tecido conjuntivo;• Secreta matriz extra-celular;• Relativamente fácil cultivar e diferenciar in vitro;

Diferenciação do Fibroblastos

Diferenciação do Fibroblastos

• Poderia ser usado para incorporar gordura ao produto;

• É possível configurá-lo de modo a aumentar o teor de gorduras poli-saturadas

Biossegurança

• Trabalho planejado• Especificações das atividades• Orientação sobre os riscos• Procedimentos e práticas de segurança• Risco químico e físico, principalmente– Baixo risco biológico, pois não a organismo

patogênico no processo;– Contudo, alto risco de contaminação das culturas;

Barreiras de contenção

• NB-2• Ante-salas e/ou portas duplas;• EPIs: Gorro, máscara, sapatilha etc• Higienizar mãos e antebraços• Manipulação em cabines de segurança

biológica• Descontaminação antes do descarte

Mapa de Risco (Planta Piloto)

Controle microbiológico de ambientes e processos

• Esterilização de meios de cultura• Quarentena para cultivos novos• Controle de umidade e temperatura• Barreiras físicas para contenção de insetos ou

animais• Materiais descartados em recipientes rígidos• Esterilização de ambientes por luz UV;

Lavagem e preparo do material para cultura de células

• Vidraria exclusiva e processada separadamente

• Água com detergente neutro a 5% por 12 horas, enxague com água comum de 3 a 4 vezes e com água destilada de 2 a 3

• Secagem na estufa• Esterilização na autoclave

Controle da qualidade de cultivos celulares

• Cariotipagem• DNA fingerprinting• Análise de isoenzimas

Normas padrão para a manipulação de alimentos industrializados

• Além das normas da CTNBio, normas da Vigilância sanitária

• Boas práticas de manipulação e fabricação de alimentos– Controle da potabilidade da água;– Higienização das instalações e manipuladores– Controle de vetores e pragas– Manutenção e calibração preventivas– Registros seleção de matérias primas

Manejo de resíduos (etc)

Diretrizes Submetidas ao Comitê de Ética

I) Procedimento de extração da cultura primária

II) Uso de soro fetal

III) Testes em animais

I - Procedimento de extração da cultura primária

• O comitê de Ética Mundial estabelece que os animais devem estar livres de: – Sede, fome e má-nutrição;– Desconforto;– Dor, injúria e doença;– De medo e diestresse.– Livres para expressar seu comportamento normal;

II – Uso de soro fetal

• É necessário esclarecer que, embora o soro fetal não possa ser usado para a produção industrial do produto, pode ser útil às pesquisas (para ensaios de comparação, por exemplo);

III – Testes em animais

• Seriam necessários para garantir a segurança do produto;

• O produto já foi degustado por humanos (Londres, agosto de 2013);

• Não seriam necessários novos testes, a menos que a cultura primária seja geneticamente alterada;

Análise de Mercado

Aceitação do Público em Geral

• Preconceito em relação ao novo;

• Opiniões divididas;

“Não há absolutamente nenhuma maneira que você pode recriar o sabor do que a Mãe Natureza e o Universo cria para nós em

laboratório”

Michael Noble, chefe de cozinha e proprietário do restaurante Calgary, especializado em hambúrgueres gourmet.

(Em entrevista à rede Canadense, BCN)

“Lembrando que a pecuária extensiva é a grande responsável pelo desmatamento na Amazônia, e que é simplesmente inviável do

ponto de vista ambiental garantir carne bovina para absurdos 7 bilhões de habitantes.

Daqui a algumas décadas a carne artificial pode ser a única saída ...”

(brunostardust7, comentário em matéria do site da Folha de São Paulo)

“Grande feito científico. Uma pena que este tipo de alimento não vai chegar tão cedo a

populações que vivem em miséria extrema, como por exemplo os países africanos.”

(Caio Kopernik, comentário em matéria do site G1)

“Ração para humanos. Mas é uma boa iniciativa para combater a fome mundial.”

(Caleb Yamamoto, comentário da matéria do site G1)

“Não há absolutamente nenhuma maneira que você pode recriar o sabor do que a Mãe Natureza e o Universo cria para nós em

laboratório”

(Michael Noble, chefe de cozinha e proprietário do restaurante Calgary, especializado em

hambúrgueres gourmet)

“é o fim do mundo chegando!!! vcs tem q ler a bíblia e pararem com isso!!! parem de brincar

de serem DEUSES!!! DEUS é UM só”(Luciano Siqueira, comentário de matéria do site G1)

“Se conseguirem baratear, tô dentro.” (Marcus Azevedo, comentário de matéria do site G1)

Público Alvo

• Panorama de Lançamento -> Elitite– Recuperação dos Investimentos em Pesquisa– Custo de Produção Inicialmente Alto– Superação dos Preconceitos do Consumidor

• Panorama Secundário:– Barateamento do Custo de Produção– Expansão do Mercado Consumidor– Resolução de Problemas Sociais (Fome, Desnutrição)

Aperfeiçoamento do Produto• Versão Piloto:– Modelo desenvolvido para teste das qualidades

subjetivas;

• Análise Sensorial:– Teste feito com consumidores, embasado nos

sentidos humanos (olfato, paladar, visão e tato) que avalia a aceitação do produto;

Análise Sensorial

Impressões Causadas na Primeira Degustação

• O hambúrguer foi preparado pelo chefe de cozinha Richard McGeown;

• O jornalista gastronômico, Josh Schonwald afirmou que produto é parecido com um hambúrguer bovino tradicional, mas falta gordura.

• A nutricionista austríaca Hanni Ruetzler achou o gosto muito próximo ao da carne de vaca, com consistência "perfeita", apesar de não muito suculento.

Marketing e Estratégias de Comercialização

• A Carne in Vitro tem como principais apelos os

conceitos de sustentabilidade e produto

saudável.• O uso do apelo ambiental

tem se tornado mais frequente em função da

nova dinâmica da sociedade.

Perspectivas – Da Carne in vitro

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 4 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”

• HIRATA, Mario Hiroyuki; MANCINI, Jorge Filho. "Manual de Biossegurança". Editora Manole Ltda.

• Scientific American, Junho de 2011, “Inside the Meat Lab”

Grupo

• Caio Ricardo• Camile Pedrosa• Euclides Formica• Larissa Gomes

• Lucas Nakamura• Lucas Zamian• Lucas Henares• Murilo Oliveira

Unesp Araraquara

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

2° Semestre - 2013