Carne in vitroEngenharia de Bioprocessos e BiotecnologiaTrabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)Unesp-Araraquara | Ju...
IntroduçãoO que é “carne in vitro”?
Relevância
Relevância de Demanda
Relevância Ambiental
Relevância Ambiental(http://calmariatempestade.wordpress.com/2012/06/22/carne-de-laboratorio/)
Relevância Social
Outros Pontos de Relevância• Ética:– Criação de uma forma de produção livre danecessidade de abate animal;• Industrial:– P...
Etapas de Produção
Etapas de Produção - Simplificado
Etapas de Produção - Diferenciação II
Fundamentos eDetalhes do Processo
Tecido Muscular - Tipos
Tecido Muscular Esquelético(ou Estriado)
Miogênese
Células TroncoO processo de diferenciação se dá em muitas etapas, nas quais diferentes conjuntosde proteínas regulam a exp...
Células Tronco Embrionárias• Vantagens:– Em teoria, tem potencial ilimitado de proliferação;(esse potencial poderia ser li...
Células Satélites• Vantagens:– Tem maior tendência à proliferação;• Desvantagens:– Adicionam uma fase de diferenciação a m...
Células Diferenciadas - Mioblastos• Vantagens:– Já são diferenciadas;– São abundantes;• Desvantagens:– Necessitam de engen...
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Proliferação Celularhttp://www.fai.ufscar.br:8080/FAI/noticias/invento-possibilita-cultivo-de-celula-animal
Máquina Desenvolvida pela UFSCARBiorreator de escoamento em vórtices de Taylor, empregado no cultivo de célula animal
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Mecanismos de Regulação Gênica emEucariotoshttp://genmol.blogspot.com.br/2011/09/genetica-molecular-sinopse-do-controle.html
Eucariotos – Controle porCondensação da Cromatina- Eucromatina (E): região descondensada da cromatina, ativa;- Heterocroma...
Histonas e Proteínas ReguladorasProteínas de regulação gênica podem agir sobre as histonas, alterando aconformação da crom...
Muitas vezes, a expressão de um gene é controlada por mais de uma proteínareguladora (podendo chegar a centenas).Como cada...
Diferenciação do Tecido MuscularIn Vitro• Necessidade de EstímulosQuímicos:– Proteínas reguladoras;– Fatores de cresciment...
Meio de Cultura• Deve conter:– Nutrientes;– Hormônios e proteínas de regulação gênica;– Fator de crescimento;– Carregadore...
Fator de Crescimento• Substâncias que controlam o ciclo celular (transiçãoda fase G0 para G1);• Necessárias à proliferação...
Fator de Crescimento – Soro Fetal• Meio mais utilizado e barato;• Problemas:– Origem animal;– Inviável em larga escala;– R...
Fator de Crescimento - Ultroser G
Fator de Crescimento - Ultroser G• Fator químico que substitui o Soro.• Problemas:– É caro;– É protegido por patentes;
Fator de Crescimento – Extrato deCogumelos• Estudos com células de peixes sugerem quepodem ser uma alternativa viável;
Fatores de Regulação Gênica• Podem ser obtidos por meios de engenhariagenética em bactérias;• Necessita-se de melhores est...
Transportadores de Oxigênio• Atuariam no lugar do sangue para manterconcentrações adequadas no meio;• Opções:– Versões mod...
Tela de Fixação• Promove a ancoragem da célula;• Deve possuir uma textura adequada parapromover o alinhamento dos mioblast...
Tela “comestível”• As células não precisariam ser removidas;• Poderia ser útil para dar textura ao produto;• Poderia ser f...
Tela “não-comestível”• É necessário um método que retire as folhasde células da tela sem danificá-las;• Foi desenvolvido u...
Mecanismos de Contração• Necessários para a diferenciação celular;• Poderiam ser:– Mecânicos;– Químicos (um material que c...
Espessamento do Tecido – SistemaVascular Artificial• Células começam a morrer por falta de nutrientesquando o tecido ating...
Perspectivas – Da Carne in vitro
Muitos grupos interessados
Muitos grupos interessadosA empresa Morden Meadow aplica os últimos avanços em engenharia de tecidos paradesenvolver novos...
Perspectiva para Carne in VitroO primeiro hamburguercultivado em laboratório foiproduzido no final de 2012 ecustou algo em...
Primeiro Hambúrguer“Servido ao Público” - US$ 250.000,00Será servido em Londres, em Junho de 2013, a fim de obter mais rec...
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Perspectivas – Do TIO
Perspectivas – Do TIO• Conhecer melhor cada etapa do processo deprodução da carne in vitro, e os conceitos práticos eteóri...
Referências Bibliográficas• Alberts, B.; Johnson, A.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.;Walter, P. “Biologia Molecular da C...
Grupo• Caio Ricardo• Camile Pedrosa• Euclides Formica• Larissa Gomes• Lucas Nakamura• Lucas Zamian• Lucas Henares• Murilo ...
Carne in vitro - Versão Final (assim espero, pelo menos =P)
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  1. 1. Carne in vitroEngenharia de Bioprocessos e BiotecnologiaTrabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)Unesp-Araraquara | Junho-2013
  2. 2. IntroduçãoO que é “carne in vitro”?
  3. 3. Relevância
  4. 4. Relevância de Demanda
  5. 5. Relevância Ambiental
  6. 6. Relevância Ambiental(http://calmariatempestade.wordpress.com/2012/06/22/carne-de-laboratorio/)
  7. 7. Relevância Social
  8. 8. Outros Pontos de Relevância• Ética:– Criação de uma forma de produção livre danecessidade de abate animal;• Industrial:– Possibilidade de criação de novos produtos,permitindo, inclusive, expansão do mercadoconsumidor;• Científica:– Aprimoramento de técnicas de diferenciação e cultivocelular;– Novas culturas para ensaios biológicos;
  9. 9. Etapas de Produção
  10. 10. Etapas de Produção - Simplificado
  11. 11. Etapas de Produção - Diferenciação II
  12. 12. Fundamentos eDetalhes do Processo
  13. 13. Tecido Muscular - Tipos
  14. 14. Tecido Muscular Esquelético(ou Estriado)
  15. 15. Miogênese
  16. 16. Células TroncoO processo de diferenciação se dá em muitas etapas, nas quais diferentes conjuntosde proteínas regulam a expressão gênica que determina a diferenciação posterior.Esse processo também é influenciado por interferências ambientais.
  17. 17. Células Tronco Embrionárias• Vantagens:– Em teoria, tem potencial ilimitado de proliferação;(esse potencial poderia ser limitado por mutaçõesgenéticas a longo prazo)• Desvantagens:– Processo de diferenciação muito longo ecomplexo;
  18. 18. Células Satélites• Vantagens:– Tem maior tendência à proliferação;• Desvantagens:– Adicionam uma fase de diferenciação a mais noprocesso;– São escassas no tecido muscular;
  19. 19. Células Diferenciadas - Mioblastos• Vantagens:– Já são diferenciadas;– São abundantes;• Desvantagens:– Necessitam de engenharia genética paraformarem colônias imortalizadas;– Proliferam-se mais lentamente;
  20. 20. Proliferação Celular das Cel. Satélites• Métodos bem estabelecidos em placas depetri;• Necessidade de novos biorreatores específicospara o cultivo de células animais;– Dificuldades:• Oxigenação;• Transporte de Nutrientes;
  21. 21. Proliferação Celularhttp://www.fai.ufscar.br:8080/FAI/noticias/invento-possibilita-cultivo-de-celula-animal
  22. 22. Máquina Desenvolvida pela UFSCARBiorreator de escoamento em vórtices de Taylor, empregado no cultivo de célula animal
  23. 23. Diferenciação Celular - Fundamento• Se o código genético é o mesmo em todas ascélulas de um mesmo organismo, por que ascélulas diferenciam-se?Embrião de Drosophila marcado poranticorpos para proteínas. Cada correpresenta uma proteína diferente,evidenciando a diferenciação celularnessa fase de desenvolvimento.
  24. 24. Mecanismos de Regulação Gênica emEucariotoshttp://genmol.blogspot.com.br/2011/09/genetica-molecular-sinopse-do-controle.html
  25. 25. Eucariotos – Controle porCondensação da Cromatina- Eucromatina (E): região descondensada da cromatina, ativa;- Heterocromatina (H): região condensada da cromatina, inativa;-Proteínas específicas podem alterar a conformação da cromatina em diferentes fases dociclo celular;- A estrutura da cromatina pode ser herdada para a célula filha em divisão mitótica;
  26. 26. Histonas e Proteínas ReguladorasProteínas de regulação gênica podem agir sobre as histonas, alterando aconformação da cromatina.
  27. 27. Muitas vezes, a expressão de um gene é controlada por mais de uma proteínareguladora (podendo chegar a centenas).Como cada proteína reguladora é, por sua vez, controlada por outras proteínas, osistema adquire um grau muito alto de complexidade.Proteínas de Ativação / Inibição doPromotor
  28. 28. Diferenciação do Tecido MuscularIn Vitro• Necessidade de EstímulosQuímicos:– Proteínas reguladoras;– Fatores de crescimento;– Nutrientes e oxigênio;• Necessidade de Estímulos Físicos:– Ancoramento das células;– Alinhamento correto para a fusãodos Mioblastos;– Contração das células para aformação dos Sarcômeros;Meio de CulturaTelas de Fixação
  29. 29. Meio de Cultura• Deve conter:– Nutrientes;– Hormônios e proteínas de regulação gênica;– Fator de crescimento;– Carregadores de oxigênio;• Desafio:– Custo viável;
  30. 30. Fator de Crescimento• Substâncias que controlam o ciclo celular (transiçãoda fase G0 para G1);• Necessárias à proliferação e manutenção de colôniasanimais;
  31. 31. Fator de Crescimento – Soro Fetal• Meio mais utilizado e barato;• Problemas:– Origem animal;– Inviável em larga escala;– Risco de contaminação;
  32. 32. Fator de Crescimento - Ultroser G
  33. 33. Fator de Crescimento - Ultroser G• Fator químico que substitui o Soro.• Problemas:– É caro;– É protegido por patentes;
  34. 34. Fator de Crescimento – Extrato deCogumelos• Estudos com células de peixes sugerem quepodem ser uma alternativa viável;
  35. 35. Fatores de Regulação Gênica• Podem ser obtidos por meios de engenhariagenética em bactérias;• Necessita-se de melhores estudos para adefinição de quais fatores são realmentenecessários;• Poderiam ser fornecidos em larga escala porcélulas co-cultivadas com os mioblastos e cel.satélites (hepatócitos, por exemplo);
  36. 36. Transportadores de Oxigênio• Atuariam no lugar do sangue para manterconcentrações adequadas no meio;• Opções:– Versões modificadas de hemoglobina (produzidasa partir de plantas e micro-organismosgeneticamente alterados);– Versões químicas inertes (produzidasartificialmente);
  37. 37. Tela de Fixação• Promove a ancoragem da célula;• Deve possuir uma textura adequada parapromover o alinhamento dos mioblastos;• Poderia ser comestível ou não comestível;
  38. 38. Tela “comestível”• As células não precisariam ser removidas;• Poderia ser útil para dar textura ao produto;• Poderia ser feita de diversos polímeros orgânicos:– Colágeno– Celulose– Alginato– Quitosano– ...
  39. 39. Tela “não-comestível”• É necessário um método que retire as folhasde células da tela sem danificá-las;• Foi desenvolvido um método baseado nabiodegradação da tela;
  40. 40. Mecanismos de Contração• Necessários para a diferenciação celular;• Poderiam ser:– Mecânicos;– Químicos (um material que contraísse com variações noPH e Temperatura);– Elétricos (choques no tecido);• Estudos sugerem que estímulos elétricos são a melhoropção, não sendo difíceis de reproduzir em escalaindustrial;
  41. 41. Espessamento do Tecido – SistemaVascular Artificial• Células começam a morrer por falta de nutrientesquando o tecido atinge de 2 a 3 mm deespessura;• Para superar esse problema, é necessária acriação de um sistema vascular artificial (a partirde colágeno);• Esse sistema foi possível por meio de processosde microfabricação, difíceis de reproduzir emescala industrial;
  42. 42. Perspectivas – Da Carne in vitro
  43. 43. Muitos grupos interessados
  44. 44. Muitos grupos interessadosA empresa Morden Meadow aplica os últimos avanços em engenharia de tecidos paradesenvolver novos bioprodutos , entre eles couro e carne,planejam começar a produção decouro em escala industrial em 2017 e com avanço da tecnologia em breve será a carne.
  45. 45. Perspectiva para Carne in VitroO primeiro hamburguercultivado em laboratório foiproduzido no final de 2012 ecustou algo em torno deUS$345.000, de acordo com obiocientista Mark Post, daUniversidade de Maastricht,na Holanda.
  46. 46. Primeiro Hambúrguer“Servido ao Público” - US$ 250.000,00Será servido em Londres, em Junho de 2013, a fim de obter mais recursos para a pesquisa.
  47. 47. As perspectivas são que, em escalaindustrial, a carne cultivada forneça umaalternativa complementar segura,sustentável, econômica e ética para aindústria pecuária tradicional.
  48. 48. Perspectivas – Do TIO
  49. 49. Perspectivas – Do TIO• Conhecer melhor cada etapa do processo deprodução da carne in vitro, e os conceitos práticos eteóricos relacionados;• Contribuir de alguma forma para o desenvolvimentode novas tecnologias no Brasil;O trabalho que será desenvolvido nos próximos 5semestres em TIO é de natureza teórica, mas semprevisado uma aplicabilidade prática.
  50. 50. 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 meatproduction system”• Mark J. Post. “Cultured meat from stem cells:Challenges and prospects”• Scientific American, Junho de 2011, “Inside the MeatLab”
  51. 51. Grupo• Caio Ricardo• Camile Pedrosa• Euclides Formica• Larissa Gomes• Lucas Nakamura• Lucas Zamian• Lucas Henares• Murilo OliveiraUnesp AraraquaraEngenharia de Bioprocessos e Biotecnologia1° Semestre - 2013

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