Carne in vitro

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

Trabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)

Unesp-Araraquara | Junho-2013

Carne in vitro

• Introdução• Relevância• Etapas de Produção• Estruturação do TIO• Fundamentos Básicos• Perspectivas• Referências Bibliográficas

Introdução

O que é “carne in vitro”?

Relevância

Relevância de Demanda

Relevância Ambiental

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;

Economia de Recursos

(http://calmariatempestade.wordpress.com/2012/06/22/carne-de-laboratorio/)

Etapas de Produção

Etapas de Produção - Simplificado

Etapas de Produção - Diferenciação II

Fundamentos eDetalhes do Processo

Tecido Muscular - Tipos

Tecido Muscular Esquelético(ou Estriado)

Miogênese

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 Satélites

• Vantagens:– Tem maior tendência à proliferação;

• Desvantagens:– Adicionam uma fase de diferenciação a mais no

processo;– São escassas no tecido muscular;

Célula Diferenciada - Mioblastos

• Vantagens:– Já são diferenciadas;– São abundantes;

• Desvantagens:– Necessitam de engenharia genética para

formarem colônias imortalizadas;– Proliferam-se mais lentamente;

Proliferação Celular da 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

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 por anticorpos para proteínas. Cada cor representa uma proteína diferente, evidenciando a diferenciação celular nessa 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.

Proteínas Reguladoras

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.

Diferenciação do Tecido MuscularIn Vitro

• Necessidade de Estímulos Químicos:– Proteínas reguladoras;– Fatores de crescimento;– Nutrientes e oxigênio;

• Necessidade de Estímulos Físicos:– Ancoramento doas 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 ôxigênio;

• Desafio:– Custo viável;

Fator de Crescimento

• Soro do sangue:– Meio mais utilizado e barato;– Problemas:• Origem animal;• Inviável em larga escala;• Risco de contaminação;

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

• 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 - Ultroser G

• Fator químico que substitui o Soro.

• Problemas:– É caro;– É protegido por patente;

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 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 do 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 necessário 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;

Perspectivas – Da Carne in vitro

Muitos grupos interessados

Muitos grupos interessados

Primeiro Hambúrguer US$ 250.000,00

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;

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 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

1° Semestre - 2013