Des scientifiques de NUS mettent au point un échafaudage de culture cellulaire à base de plantes pour une viande cultivée moins chère et plus durable
En plus d'accélérer le processus de culture de la viande en laboratoire, ces échafaudages comestibles peuvent être imprimés en 3D à partir de prolamines végétales largement disponibles.
Une équipe de recherche de l'université nationale de Singapour (NUS) a réussi à utiliser des protéines végétales communes pour imprimer en 3D un échafaudage de culture cellulaire comestible, permettant ainsi de servir sur la table de la viande cultivée en laboratoire plus abordable et plus durable.
Porc cultivé à l'aide d'échafaudages de culture cellulaire comestibles.
National University of Singapore (NUS)
Le professeur Huang Dejian (au milieu) et son équipe de recherche, composée de Mme Su Lingshan (à gauche) et du Dr Jing Linzhi (à droite), ont mis au point les échafaudages de culture cellulaire à base de plantes.
National University of Singapore (NUS)
Les consommateurs étant de plus en plus conscients des ramifications environnementales et éthiques de leur alimentation, la viande produite en laboratoire, également connue sous le nom de viande cultivée ou de viande à base de cellules, devient une source de protéines alimentaires de plus en plus populaire. La viande cultivée est produite en prélevant des cellules musculaires squelettiques sur des animaux et en les cultivant sur des constructions tridimensionnelles appelées échafaudages, qui fournissent un support structurel pendant que les cellules se multiplient et se développent en tissus.
Cependant, les échafaudages de culture cellulaire sont généralement fabriqués à partir de matériaux synthétiques ou d'origine animale, qui sont soit trop chers, soit non comestibles. À la recherche d'une alternative, l'équipe dirigée par le professeur Huang Dejian, directeur adjoint du département des sciences et technologies alimentaires de la NUS, s'est tournée vers les protéines végétales, connues pour être biodégradables et biocompatibles avec les cellules animales. De plus, les protéines végétales satisfont aux exigences courantes de la consommation alimentaire, ce qui rend l'échafaudage obtenu adapté à la culture de la viande.
"En utilisant des prolamines de céréales facilement disponibles comme biomatériaux pour la technologie d'impression 3D de haute précision, nous ouvrons une nouvelle méthode de fabrication d'échafaudages comestibles et structurés pour produire des tranches de viande musculaire cultivée avec des qualités fibreuses", a déclaré le professeur Huang.
Les travaux de l'équipe, qui s'inscrivent dans la volonté de NUS de mener des recherches de pointe en matière de développement durable, ont été publiés dans la revue Advanced Materials le 22 octobre 2022.
La fabrication d'un échafaudage comestible
Les prolamines sont une famille de protéines de stockage végétales qui, en raison de leur profil d'acides aminés spécifique, ont une faible valeur nutritionnelle. En fait, les prolamines sont générées comme des déchets dans les industries de l'amidon et de l'huile végétale. Néanmoins, le professeur Huang et son équipe ont exploité ces caractéristiques des prolamines pour proposer une ressource abordable et durable pour la culture de la viande.
Plus précisément, les chercheurs ont utilisé des mélanges de prolamines dérivées de la farine de maïs, d'orge et de seigle, également connues sous le nom de zéines, hordéines et sécalines, respectivement. Ces mélanges ont ensuite servi d'encre pour l'impression électrohydrodynamique, une technologie d'impression 3D de haute précision couramment utilisée dans les applications biomédicales.
Pour déterminer si les constructions en prolamine étaient aptes à la culture de viande, elles ont été immergées dans le milieu de culture cellulaire et inspectées sept jours plus tard afin d'examiner tout changement structurel. Au microscope électronique à balayage, les échafaudages ont conservé leur structure et ne se sont pas effondrés, bien que de multiples trous se soient formés à leur surface. Selon les chercheurs, ces pores sont plus probablement le résultat d'enzymes sécrétées par les cellules cultivées que la preuve de faiblesses structurelles.
Pour que les échafaudages soient utiles à la culture de la viande, ils doivent être biocompatibles avec les cellules musculaires des animaux agricoles, c'est-à-dire qu'ils doivent être capables d'accueillir ces cellules et de soutenir leur croissance et leur développement.
Pour le vérifier, le professeur Huang et son équipe ont ensemencé les constructions de prolamine avec des cellules souches de muscle squelettique de porc et ont mesuré la prolifération cellulaire au cours des jours suivants. Ils ont constaté que les cellules se divisaient considérablement sur les échafaudages, atteignant un nombre maximal 11 jours après leur ensemencement. Les cellules souches se sont développées de manière comparable dans les échafaudages zéine/hordéine et zéine/secaline.
Il est important de noter que, comparées à un échafaudage standard en polycaprolactone, un outil courant en ingénierie tissulaire, les cellules de porc ensemencées sur les constructions en prolamine ont proliféré beaucoup plus rapidement, ce qui démontre que l'échafaudage à base de protéines végétales est plus facile à utiliser pour la production de viande cultivée que les polymères synthétiques standard.
"Les échafaudages à base de protéines végétales sont comestibles et possèdent des séquences peptidiques diverses et variables qui peuvent faciliter l'attachement des cellules, induire la différenciation et accélérer la croissance de la viande. En revanche, les échafaudages synthétiques tels que les billes de plastique utilisées pour la culture de la viande n'ont pas de groupe fonctionnel, ce qui rend difficile l'attachement et la prolifération des cellules animales. En outre, les échafaudages synthétiques ne sont pas comestibles et des étapes supplémentaires sont nécessaires pour séparer les échafaudages de la culture de viande", a expliqué le professeur Huang.
Comme preuve de concept, l'équipe de recherche a essayé de produire une véritable tranche de viande en cultivant des cellules souches de peau de porc sur un échafaudage de zéine/secaline, puis les a laissées se différencier, ou mûrir, en muscle. Un extrait de betterave a été utilisé pour simuler la couleur rougeâtre de la viande.
L'expérience s'est avérée un succès. En l'espace de 12 jours, l'équipe de recherche a pu cultiver de la viande dont la texture et l'aspect général étaient similaires à ceux de la vraie viande animale.
"Comme l'échafaudage était comestible, aucune procédure spéciale ou supplémentaire n'a été nécessaire pour l'extraire du produit final", explique le professeur Huang. Ces résultats confirment le potentiel des échafaudages à base de prolamine proposés pour la production de viande cultivée."
Développements futurs
Le professeur Huang et son équipe travaillent activement à l'amélioration de la technologie à base de protéines végétales. Par exemple, d'autres études sont nécessaires pour mieux déterminer comment la structure et la composition particulières des constructions de prolamine peuvent avoir un impact sur la croissance des cellules souches animales et sur la façon dont elles forment le tissu musculaire.
"En outre, nous devons nous assurer que les produits carnés obtenus sont prêts à être commercialisés, avec des profils de sécurité qui satisferont aux exigences réglementaires rigoureuses et des compositions nutritionnelles qui répondront aux besoins diététiques recommandés", déclare le professeur Huang. "Bien entendu, ils doivent également être appétissants. La saveur, l'arôme et la texture doivent être soigneusement calibrés pour concurrencer les produits carnés issus de l'élevage traditionnel.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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