O documento discute a produção de carne in vitro, resumindo suas principais etapas: 1) Proliferação de células-tronco ou satélites musculares; 2) Diferenciação das células em mioblastos; 3) Fusão dos mioblastos em fibras musculares através de estímulos químicos e mecânicos. Desafios incluem desenvolver meios de cultura e fatores de crescimento viáveis economicamente, e sistemas para promover a contração e vascularização do tecido muscular.

1. Carne in vitro
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
Trabalho Interdisciplinar Orientado I (TIO-I)
Unesp-Araraquara | Junho-2013

2. Carne in vitro
• Introdução
• Relevância
• Etapas de Produção
• Estruturação do TIO
• Fundamentos Básicos
• Perspectivas
• Referências Bibliográficas

3. Introdução
O que é “carne in vitro”?

4. Relevância

5. Relevância de Demanda

6. Relevância Ambiental

7. Relevância Social

8. Outros Pontos de Relevância
• Ética:
– Criação de uma forma de produção livre da
necessidade de abate animal;
• Industrial:
– Possibilidade de criação de novos produtos,
permitindo, inclusive, expansão do mercado
consumidor;
• Científica:
– Aprimoramento de técnicas de diferenciação e cultivo
celular;
– Novas culturas para ensaios biológicos;

9. Economia de Recursos
(http://calmariatempestade.wordpress.com/2012/06/22/carne-de-laboratorio/)

10. Etapas de Produção

11. Etapas de Produção - Simplificado

13. Etapas de Produção - Diferenciação II

14. Fundamentos e
Detalhes do Processo

15. Tecido Muscular - Tipos

16. Tecido Muscular Esquelético
(ou Estriado)

17. Miogênese

18. Células Tronco
O processo de diferenciação se dá em muitas etapas, nas quais diferentes conjuntos
de proteínas regulam a expressão gênica que determina a diferenciação posterior.
Esse processo também é influenciado por interferências ambientais.

19. Células Satélites
• Vantagens:
– Tem maior tendência à proliferação;
• Desvantagens:
– Adicionam uma fase de diferenciação a mais no
processo;
– São escassas no tecido muscular;

20. Célula Diferenciada - Mioblastos
• Vantagens:
– Já são diferenciadas;
– São abundantes;
• Desvantagens:
– Necessitam de engenharia genética para
formarem colônias imortalizadas;
– Proliferam-se mais lentamente;

21. Proliferação Celular da Cel. Satélites
• Métodos bem estabelecidos em placas de
petri;
• Necessidade de novos biorreatores específicos
para o cultivo de células animais;
– Dificuldades:
• Oxigenação;
• Transporte de Nutrientes;

22. Proliferação Celular
http://www.fai.ufscar.br:8080/FAI/noticias/invento-possibilita-cultivo-de-celula-animal

23. Máquina Desenvolvida pela UFSCAR

24. Diferenciação Celular - Fundamento
• Se o código genético é o mesmo em todas as
células de um mesmo organismo, por que as
células diferenciam-se?
Embrião de Drosophila marcado por
anticorpos para proteínas. Cada cor
representa uma proteína diferente,
evidenciando a diferenciação celular
nessa fase de desenvolvimento.

25. Mecanismos de Regulação Gênica em
Eucariotos
http://genmol.blogspot.com.br/2011/09/genetica-molecular-sinopse-do-controle.html

26. Eucariotos – Controle por
Condensação 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 do
ciclo celular;
- A estrutura da cromatina pode ser herdada para a célula filha em divisão mitótica;

27. Histonas e Proteínas Reguladoras
Proteínas de regulação gênica podem agir sobre as histonas, alterando a
conformação da cromatina.

28. Proteínas Reguladoras
Muitas vezes, a expressão de um gene é controlada por mais de uma proteína
reguladora (podendo chegar a centenas).
Como cada proteína reguladora é, por sua vez, controlada por outras proteínas, o
sistema adquire um grau muito alto de complexidade.

29. Diferenciação do Tecido Muscular
In Vitro
• Necessidade de Estímulos
Químicos:
– Proteínas reguladoras;
– Fatores de crescimento;
– Nutrientes e oxigênio;
• Necessidade de Estímulos Físicos:
– Ancoramento doas células;
– Alinhamento correto para a fusão
dos Mioblastos;
– Contração das células para a
formação dos Sarcômeros;
Meio de Cultura
Telas de Fixação

30. Meio de Cultura
• Deve conter:
– Nutrientes;
– Hormônios e proteínas de regulação gênica;
– Fator de crescimento;
– Carregadores de ôxigênio;
• Desafio:
– Custo viável;

31. Fator de Crescimento
• Soro do sangue:
– Meio mais utilizado e barato;
– Problemas:
• Origem animal;
• Inviável em larga escala;
• Risco de contaminação;

32. Fator de Crescimento
• Substâncias que controlam o ciclo celular
(transição da fase G0 para G1);
• Necessárias à proliferação e manutenção de
colônias animais;

33. Fator de Crescimento - Soro
• Soro Fetal:
– Meio mais utilizado e barato;
– Problemas:
• Origem animal;
• Inviável em larga escala;
• Risco de contaminação;

34. Fator de Crescimento - Ultroser G

35. Fator de Crescimento - Ultroser G
• Fator químico que substitui o Soro.
• Problemas:
– É caro;
– É protegido por patente;

36. Fator de Crescimento – Extrato de
Cogumelos
• Estudos com células de peixes sugerem que
podem ser uma alternativa viável;

37. Fatores de Regulação Gênica
• Podem ser obtidos por meios de engenharia
genética em bactérias;
• Necessita de melhores estudos para a definição
de quais fatores são realmente necessários;
• Poderiam ser fornecidos em larga escala por
células co-cultivadas com os mioblastos e cel.
satélites (hepatócitos, por exemplo);

38. Transportadores de Oxigênio
• Atuariam no lugar do sangue para manter
concentrações adequadas no meio;
• Opções:
– Versões modificadas de hemoglobina
(produzidas a partir de plantas e micro-
organismos geneticamente alterados);
– Versões químicas inertes
(produzidas artificialmente);

39. Tela de Fixação
• Promove a ancoragem da célula;
• Deve possuir uma textura adequada para
promover o alinhamento dos mioblastos;
• Poderia ser comestível ou não comestível;

40. 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
– ...

41. Tela “não-comestível”
• É necessário um método que retire as folhas
de células do tela sem danificá-las;
• Foi desenvolvido um método baseado na
biodegradação da tela;

42. Mecanismos de Contração
• Necessários para a diferenciação celular;
• Poderiam ser:
– Mecânicos;
– Químicos (um material que contraísse com variações no
PH e Temperatura);
– Elétricos (choques no tecido);
• Estudos sugerem que estímulos elétricos são a melhor
opção, não sendo difíceis de reproduzir em escala
industrial;

43. Espessamento do Tecido – Sistema
Vascular Artificial
• Células começam a morrer por falta de nutrientes
quando o tecido atinge de 2 a 3 mm de
espessura;
• Para superar esse problema, é necessário a
criação de um sistema vascular artificial (a partir
de colágeno);
• Esse sistema foi possível por meio de processos
de microfabricação, difíceis de reproduzir em
escala industrial;

44. Perspectivas – Da Carne in vitro

45. Muitos grupos interessados

46. Muitos grupos interessados

47. Primeiro Hambúrguer
US$ 250.000,00

48. Perspectivas – Do TIO

49. Perspectivas – Do TIO
• Conhecer melhor cada etapa do processo de
produção da carne in vitro, e os conceitos
práticos e teóricos relacionados;
• Contribuir de alguma forma para o
desenvolvimento de novas tecnologias no
Brasil;

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 meat
production system”
• Mark J. Post. “Cultured meat from stem cells:
Challenges and prospects”
• Scientific American, Junho de 2011, “Inside the Meat
Lab”

51. Grupo
• Caio Ricardo
• Camile Pedrosa
• Euclides Formica
• Larissa Gomes
• Lucas Nakamura
• Lucas Zamian
• Lucas Henares
• Murilo Oliveira
Unesp Araraquara
Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia
1° Semestre - 2013