TIO II - Carne In Vitro

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Carne in vitro Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia Trabalho Interdisciplinar Orientado II (TIO-II) Unesp-Araraquara | Novembro-2013

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Carne in vitro

Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia

Trabalho Interdisciplinar Orientado II (TIO-II)

Unesp-Araraquara | Novembro-2013

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Introdução

O que é a carne in vitro?

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Relevância

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Relevância de Demanda

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Relevância Ambiental

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Relevância Ambiental

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

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Relevância Social

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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;

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Etapas de Produção

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Etapas de Produção - Simplificado

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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

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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;

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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

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Meio de Cultura

• Deve conter:– Nutrientes;– Hormônios e proteínas de regulação gênica;– Fator de crescimento;– Carregadores de oxigênio;

• Desafio:– Custo viável;

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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;

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Fator de Crescimento – Soro Fetal

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

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Fator de Crescimento - Ultroser G

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Fator de Crescimento – Extrato de Cogumelos

• Estudos com células de peixes sugerem que podem ser uma alternativa viável;

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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);

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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)

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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;

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Instalações e equipamentos

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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;

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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

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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

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Principais Equipamentos

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

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Biorreatores para Cultura de Células

• Propagação:– Micro-escala e cultura primária:

• CellRoll e CellSpin

– Escala de produção:• Biorreator de Vortex de Taylor

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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;

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Biorreator para Miogênese

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Possível Origem do Material: Fibroblastos

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

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Diferenciação do Fibroblastos

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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

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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;

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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

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Mapa de Risco (Planta Piloto)

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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;

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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

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Controle da qualidade de cultivos celulares

• Cariotipagem• DNA fingerprinting• Análise de isoenzimas

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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)

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Diretrizes Submetidas ao Comitê de Ética

I) Procedimento de extração da cultura primária

II) Uso de soro fetal

III) Testes em animais

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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;

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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);

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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;

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Análise de Mercado

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Aceitação do Público em Geral

• Preconceito em relação ao novo;

• Opiniões divididas;

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“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)

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“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)

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“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)

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“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)

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“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)

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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)

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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;

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Análise Sensorial

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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.

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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.

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Perspectivas – Da Carne in vitro

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As perspectivas são que, em escala industrial, a carne cultivada forneça uma

alternativa complementar segura, sustentável, econômica e ética para a

indústria pecuária tradicional.

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Perspectivas – Do TIO

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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.

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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”

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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