Científicos de la NUS desarrollan un andamio de cultivo celular vegetal para obtener carne de cultivo más barata y sostenible
Además de acelerar el proceso de cultivo de carne en laboratorio, estos andamios comestibles pueden imprimirse en 3D utilizando prolaminas vegetales ampliamente disponibles.
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 celular comestible, lo que permitirá servir en la mesa carne cultivada en laboratorio más asequible y sostenible.
Cerdo cultivado con los andamios de cultivo celular comestibles.
National University of Singapore (NUS)
El profesor Huang Dejian (centro) y su equipo de investigación, formado por Su Lingshan (izquierda) y Jing Linzhi (derecha), desarrollaron los andamios de cultivo celular a base de plantas.
National University of Singapore (NUS)
A medida que los consumidores se vuelven más conscientes de las ramificaciones medioambientales y éticas de sus alimentos, la carne cultivada en laboratorio, también conocida como carne de cultivo o carne basada en células, se está convirtiendo en una fuente cada vez más popular de proteínas alimentarias. La carne cultivada se produce tomando células musculares esqueléticas de animales y cultivándolas en construcciones tridimensionales llamadas andamios, que proporcionan soporte estructural mientras 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 incomestibles. 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, conocidas por ser biodegradables y biocompatibles con las células animales. Y lo que es más importante, las proteínas vegetales también cumplen los requisitos habituales para el consumo alimentario, por lo que el andamiaje resultante es apto para el cultivo de carne.
"Al utilizar prolaminas de cereales fácilmente disponibles como biomateriales para la tecnología de impresión 3D de alta precisión, abrimos un nuevo método de fabricación de andamios comestibles y estructurados para producir lonchas de carne muscular cultivada con cualidades fibrosas", afirma el profesor Huang.
El trabajo del equipo, en consonancia con el empeño de la NUS por producir investigación puntera sobre sostenibilidad, se publicó en la revista Advanced Materials el 22 de octubre de 2022.
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 escaso valor nutritivo. De hecho, las prolaminas se generan como residuos en las industrias del almidón y el aceite vegetal. Sin embargo, el profesor Huang y su equipo aprovecharon estas características de las prolaminas para idear un recurso asequible y sostenible para el cultivo de carne.
En concreto, los investigadores utilizaron mezclas de prolaminas derivadas de harina de maíz, cebada y centeno, también conocidas como zeínas, hordeínas y secalinas, respectivamente. A continuación, estas mezclas actuaron como tinta para la impresión electrohidrodinámica, una tecnología de impresión 3D de alta precisión empleada habitualmente en aplicaciones biomédicas.
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. Al microscopio electrónico de barrido, los andamios mantuvieron su estructura y no se colapsaron, aunque sí se formaron múltiples agujeros en su superficie. Sin embargo, según los investigadores, es más probable que estos poros se deban a las enzimas secretadas por las células cultivadas que a una debilidad estructural.
Para que los andamios sean útiles en el cultivo de carne, deben ser biocompatibles con las células musculares de los animales de granja, es decir, deben ser capaces de alojarlas y favorecer su crecimiento y desarrollo.
Para comprobarlo, el profesor Huang y su equipo sembraron los constructos de prolamina con células madre de músculo esquelético porcino y midieron la proliferación celular en los días siguientes. Comprobaron que las células se dividían ampliamente en los andamios, alcanzando un recuento máximo 11 días después de ser inoculadas. Las células madre crecieron relativamente bien tanto en los andamios de zeína/hordeína como en los de zeína/secalina.
En comparación con un andamio de policaprolactona estándar, una herramienta habitual en la ingeniería de tejidos, las células porcinas sembradas en las construcciones de prolamina proliferaron mucho más rápido, lo que demuestra que el andamio a base de proteínas vegetales era más viable para la producción de carne cultivada que los polímeros sintéticos estándar.
"Los andamios fabricados con proteínas vegetales son comestibles y tienen secuencias peptídicas diversas y variables que pueden facilitar la adhesión celular, inducir la diferenciación y acelerar el crecimiento de la carne. En cambio, los andamios sintéticos, como las perlas de plástico que se utilizan para cultivar carne, no tienen ningún grupo funcional, lo que dificulta la adhesión y proliferación de las células animales. Además, los andamiajes sintéticos no son comestibles y se requieren pasos adicionales para separar los andamiajes del cultivo de carne", explica el profesor Huang.
Como prueba de concepto, el equipo de investigación intentó producir un trozo real de carne cultivando células madre de piel de cerdo en un andamio de zeína/secalina, y luego dejó que se diferenciaran, o maduraran, en músculo. Para simular el color rojizo de la carne se utilizó extracto de remolacha.
El experimento resultó un éxito. En 12 días, el equipo de investigación pudo cultivar carne de textura y aspecto similares a los de la carne de animales reales.
"Como el andamio era comestible, no se necesitaron procedimientos especiales ni adicionales para extraerlo del producto final", explica el profesor Huang. Estos resultados verifican aún más el potencial de los andamiajes a base de prolamina propuestos en la producción de carne cultivada".
Nuevos avances
El profesor Huang y su equipo trabajan activamente en el perfeccionamiento de la tecnología basada en proteínas vegetales. Por ejemplo, se necesitan más estudios para determinar mejor cómo la estructura y composición particulares de los constructos de prolamina pueden influir en el crecimiento de las células madre animales y en cómo forman el tejido muscular.
"Además, tenemos que 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", afirma el profesor Huang. "Por supuesto, también tienen que ser apetitosos. El sabor, el aroma y la textura deben calibrarse cuidadosamente para competir con los productos cárnicos de cría tradicional".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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