Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha utilizado con éxito proteínas vegetales comunes para imprimir en 3D un andamio de cultivo de células comestibles, lo que permite servir en la mesa carne cultivada en laboratorio más asequible y sostenible.
por la Universidad Nacional de Singapur
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 basada en 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 los 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 andamios 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 los 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.
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«Al utilizar prolaminas de cereales fácilmente disponibles como biomateriales para la tecnología de impresión 3D de alta precisión, abrimos un nuevo método para fabricar andamios estructurados y comestibles para producir rebanadas de carne de músculo cultivadas con cualidades fibrosas», dijo el profesor Huang.
El trabajo del equipo, en consonancia con el impulso de NUS de producir investigaciones de sostenibilidad de vanguardia, se publicó en la revista Advanced Materials .
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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 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.
Específicamente, los investigadores utilizaron mezclas de prolaminas derivadas de harina de maíz, cebada y centeno, también conocidas como zeínas, hordeínas y secalinas, respectivamente. Estas mezclas luego actuaron como tinta para la impresión electrohidrodinámica, una tecnología de impresión 3D de alta precisión comúnmente empleada en aplicaciones biomédicas.
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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, es más probable que estos poros sean el resultado de enzimas secretadas por las células cultivadas en lugar de evidencia de debilidades estructurales.
Para que los andamios sean útiles en el cultivo de carne, deben ser biocompatibles con las células musculares de los animales de granja, lo que significa que deben poder acomodar estas células y apoyar su crecimiento y desarrollo.
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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 dividieron ampliamente en los andamios, alcanzando un recuento máximo 11 días después de haber sido inoculadas. Las células madre crecieron comparativamente bien tanto en andamios de zeína/hordeína como de zeína/secalina.
Es significativo que, en comparación con un andamio 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 andamio basado en proteínas vegetales era más factible para la producción de carne cultivada que los polímeros sintéticos estándar.
«Los andamios hechos 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 andamios sintéticos, como las perlas de plástico utilizadas para la carne cultivada, no tienen un grupo funcional que dificulta que las células animales se adhieran y proliferen. Además, los andamios sintéticos no son comestibles y se requieren pasos adicionales para separar los andamios del cultivo de carne», explicó el profesor Huang.
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Como prueba de concepto, el equipo de investigación intentó producir una rebanada real de carne mediante el cultivo de células madre de piel de cerdo en un andamio de zeína/secalina, y luego permitió que se diferenciaran o maduraran 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.
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«Dado que el andamio era comestible, no se necesitaron procedimientos especiales o adicionales para extraerlo del producto final», comparte el profesor Huang. Estos resultados verifican aún más el potencial de los andamios basados en prolamina propuestos en la producción de carne cultivada».
Nuevos desarrollos
El profesor Huang y su equipo están trabajando activamente para refinar la tecnología basada en proteínas vegetales. Por ejemplo, se necesitan más estudios para determinar mejor cómo la estructura y la composición particulares de las construcciones de prolamina podrían afectar el crecimiento de las células madre animales y cómo forman el tejido muscular.
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«Además, debemos asegurarnos de que los productos cárnicos resultantes estén listos para el mercado, con perfiles de seguridad que satisfagan las rigurosas exigencias normativas y composiciones nutricionales que satisfagan las necesidades dietéticas recomendadas», dice el profesor Huang. «Por supuesto, también deben ser apetitosos. El sabor, el aroma y la textura deben calibrarse cuidadosamente para competir con los productos cárnicos cultivados tradicionalmente».
Más información: Lingshan Su et al, Andamios de prolamina impresos en 3D para cultivo de carne basado en células, Materiales avanzados (2022). DOI: 10.1002/adma.202207397
