La carne del futuro potrebbe essere molto diversa dalla carne del passato. Stanley Kubrick, fotografo, LOOK Magazine Photograph Collection, Library of Congress, Prints & Photographs Division, LC-USZ6-2352., CC BY-ND
La carne che mangi, se sei un carnivoro, proviene dai muscoli degli animali. Ma gli animali sono composti da molto più che solo muscoli. Hanno organi e ossa che la maggior parte degli americani non consuma. Richiedono cibo, acqua, spazio e connessioni sociali. Producono rifiuti.
Gli agricoltori spendono molte energie e risorse per coltivare organismi complessi, creando rifiuti nel processo, solo per concentrarsi sui tagli redditizi di carne che possono raccogliere.
Sarebbe più facile, più umano, meno dispendioso produce solo le parti che la gente desidera. E con la biologia cellulare e l'ingegneria dei tessuti, è possibile far crescere solo i muscoli e il tessuto adiposo. Si chiama carne coltivata. Gli scienziati forniscono alle cellule gli stessi input di cui hanno bisogno per crescere, appena fuori da un animale: nutrienti, ossigeno, umidità e segnali molecolari dai loro vicini cellulari.
Finora i ricercatori hanno mazzi di cellule coltivate che può essere trasformato in carne lavorata come un hamburger o una salsiccia. Questa tecnologia a base di carne coltivata è ancora nelle prime fasi di ricerca e sviluppo, poiché i prototipi vengono ingranditi e perfezionati per prepararsi alle sfide della commercializzazione. Ma già i bioingegneri stanno affrontando la prossima sfida più dura: coltivare tagli strutturati di carne come una bistecca o una cotoletta di pollo.
Di cosa è fatta la carne
Se guardi un pezzo di carne cruda al microscopio, puoi vedere cosa stai mangiando a livello cellulare. Ogni morso è una matrice di cellule muscolari e adipose, intrecciata con vasi sanguigni e rivestita dal tessuto connettivo.
Le cellule muscolari sono piene di proteine e sostanze nutritive e le cellule adipose sono piene di grassi. Questi due tipi di cellule contribuiscono alla maggior parte del gusto e della sensazione in bocca che un carnivoro sperimenta quando morde un hamburger o una bistecca.
Sezione di tacchino macchiata per mostrare il tessuto muscolare scheletrico dell'organizzazione a livello cellulare, noto anche come carne. Natalie Rubio
I vasi sanguigni forniscono ai tessuti di un animale nutrienti e ossigeno mentre è vivo; dopo la macellazione, il sangue aggiunge alla carne una sfumatura unica, metallica, di umami.
Il tessuto connettivo, composto da proteine come collagene ed elastina, organizza le fibre muscolari in fasci allineati, orientati nella direzione della contrazione. Questo tessuto connettivo cambia durante la cottura e aggiunge consistenza - e gristle - alla carne.
La sfida per i ricercatori dell'agricoltura cellulare è quella di emulare questa complessità della carne dal basso verso l'alto. Possiamo far crescere le cellule muscolari e adipose in una capsula di Petri, ma i vasi sanguigni e il tessuto connettivo non si generano spontaneamente come in un animale. Come possiamo progettare biomateriali e bioreattori per fornire la diffusione dei nutrienti e indurre l'organizzazione in modo da finire con un taglio spesso e strutturato di carne?
Gli hamburger di carne coltivata sono il primo passo
Per creare qualsiasi carne coltivata, i ricercatori prendono piccole quantità di tessuto da una mucca, maiale o pollo, per esempio dimensioni di marmo, e isolano singole cellule. Quindi, i bioingegneri come me mettono le cellule in boccette di plastica e forniscono loro nutrienti, ossigeno e umidità mentre le alloggiano a temperatura corporea. Le celle sono felici e possono dividersi in modo esponenziale, creando sempre più celle.
Se coltivate su plastica, le cellule continueranno a dividersi fino a quando non esistono su tutta la superficie disponibile. Ciò si traduce in uno strato affollato di una cella di spessore. Una volta che le cellule smettono di dividersi, iniziano a maturare. Le cellule muscolari si fondono insieme per creare fibre muscolari lunghe e le cellule adipose iniziano a produrre lipidi. I ricercatori possono combinare insieme un gruppo di queste cellule per creare prodotti a base di carne trasformati, come hamburger, hot dog e salsicce.
Le sole cellule animali possono replicare la maggior parte dell'esperienza della carne. Ma senza i vasi sanguigni e il tessuto connettivo, non si finisce con un tessuto tridimensionale organizzato - ed è quello che serve per tagli strutturati di carne, come bistecca, petto di pollo e pancetta.
Per superare questa sfida, gli scienziati possono utilizzare biomateriali per replicare la struttura e la funzione dei vasi sanguigni (per il trasferimento di nutrienti e ossigeno) e del tessuto connettivo (per organizzazione e consistenza). Questa area di ricerca è chiamata sviluppo dell'impalcatura.
Fornire una struttura per la crescita delle cellule porterà carne coltivata dall'hamburger alle bistecche. Tyler Olson / Shutterstock.com
Le impalcature sono l'ingrediente segreto per le bistecche
Il concetto di ponteggi nasce nel campo di ingegneria dei tessuti per applicazioni mediche. Gli scienziati combinano cellule e scaffold per produrre biomateriali funzionali per la ricerca, lo screening tossicologico o impianti.
Questi biomateriali possono assumere forme diverse - pellicole, gel, spugne - a seconda delle proprietà desiderate nel tessuto risultante. Ad esempio, potresti crescere le cellule della pelle su un film di collagene piatto per creare un innesto cutaneo per aiutare a bruciare le vittime o cellule ossee in una spugna di idrossiapatite per la rigenerazione ossea.
Per applicazioni mediche, le impalcature devono generalmente essere sicure per l'impianto, non devono indurre una risposta dal sistema immunitario del corpo, essere degradabili e in grado di supportare la crescita cellulare.
Per le applicazioni alimentari, le considerazioni sulla progettazione dei ponteggi sono diverse. Dovrebbero comunque supportare la crescita cellulare, ma è anche importante che siano economici, commestibili e rispettosi dell'ambiente da produrre. Alcuni biomateriali comuni per applicazioni alimentari includono cellulosa da piante, un carboidrato chiamato chitosano da funghi e un carboidrato chiamato alginato da alghe.
Ecco una "ricetta" per la carne coltivata su cui ho lavorato in laboratorio. Innanzitutto, crea un ponteggio appropriato. Isolare il chitosano dai funghi e scioglierlo in acqua per creare un gel viscoso. Metti il gel in una provetta ed esponi un'estremità a una sostanza fredda, come ghiaccio secco o azoto liquido. L'intero tubo di gel si congela lentamente, iniziando dall'estremità fredda. Il gel congelato può quindi essere liofilizzato mediante un vuoto aspirando il gel a temperature molto basse, creando infine un materiale secco simile a una spugna. Il il processo di congelamento direzionale crea una spugna con piccoli, lunghi pori allineati che ricordano un fascio di cannucce - e anche tessuto muscolare.
Il processo semplificato per la creazione di una spugna di chitosano con pori allineati. Natalie Rubio, CC BY-ND
Quindi, invece di coltivare carne su plastica piatta, è possibile trasferire le cellule su questa spugna tridimensionale per fornire più superficie per far crescere il tessuto più spesso. I pori possono anche aiutare a distribuire nutrienti e ossigeno in tutto il tessuto. Finora con questa tecnica, il mio laboratorio è stato in grado di produrre piccoli pezzi di carne a meno di un centimetro quadrato - un po 'piccolo per una cottura ma un inizio forte.
Altre possibilità di impalcatura includono cellule in crescita all'interno di fibre, gel o spugne a base di alginato. Oppure i tecnici possono sciacquare le cellule vegetali dalle piante in un processo chiamato decellularizzazione e ripopolare la struttura di cellulosa lasciata con cellule animali.
Una volta che i ricercatori hanno trovato materiali e metodi che funzionano davvero bene, lavoreremo sulla creazione di lotti più grandi. A quel punto, sarà un gioco per aumentare il processo e ridurre i costi in modo che i prodotti a base di carne coltivati possano essere competitivi in termini di costi con i prodotti a base di carne di allevamento.
È sempre emozionante vedere le aziende startup debuttare con le loro polpette, salsicce e hamburger colti. Ma sto guardando al futuro. Con un po 'più di ricerca, tempo, finanziamenti e fortuna, il menu di carne coltivata 2.0 includerà la bistecca e le braciole di maiale che molti carnivori conoscono e amano.
L'autore
Natalie R. Rubio, Dottoranda in Agricoltura Cellulare, Tufts University
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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