A NASA financiou um grupo de pesquisa e estava procurando uma maneira de produzir proteína muscular para astronautas que estavam realizando viagens espaciais de longo prazo, enquanto o outro grupo consistia de “bioartistas”.
Como a carne é feita de células, o foco está na fabricação de cultura de células, o que envolve basicamente os mesmos processos amplamente utilizados na fabricação de anticorpos monoclonais (mAbs) ou terapias com células-tronco.
Em vez de expressar uma substância farmacêutica a partir de células cultivadas, como na produção de mAbs, o objetivo é produzir os tipos corretos de células na quantidade correta, semelhante ao que está envolvido nas aplicações de células-tronco.
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A carne cultivada é criada em um biorreator, utilizando células vivas extraídas da espécie animal relevante em meios de cultura e fornecidas com os nutrientes e suplementos adequados para apoiar o crescimento e a manutenção da viabilidade e saúde das células.
O desafio é embalar as células fabricadas para que pareçam (e tenham o gosto) de produtos à base de carne, como hambúrguer, bife ou sushi, para atender às expectativas dos consumidores e fazê-lo a um preço competitivo.
Duas décadas atrás, o primeiro hambúrguer de carne cultivada custava aproximadamente US$ 330.000. Até o início de 2022, o preço havia reduzido significativamente para US$ 9,80, mas a carne cultivada continua sendo mais cara do que a carne à base de animais, com o custo médio de produção de um hambúrguer à base de animais em todo o mundo sendo de cerca de US$ 2,20.
Os benefícios da carne cultivada A produção de carne (bovina, aves e peixes) por meio de cultura de células oferece benefícios psicológicos e técnicos. Não requer a criação (e posterior abate) de grandes quantidades de gado em espaços pequenos. Isso evita o tratamento cruel de animais, bem como o risco de doenças que possam afetar os humanos.
Os impactos ambientais dos resíduos animais e gases de efeito estufa também são minimizados, e o uso de antibióticos não é necessário.
A produção utilizando bioprocessos controlados fornece a carne perfeita todas as vezes devido ao mesmo tipo de células sendo gerado ao longo da corrida de fabricação.
Isso permite que carnes especiais sejam obtidas em qualquer lugar do mundo, em vez de apenas em locais limitados onde certos animais ou peixes são criados.
Desenvolvimentos regulatórios recentes Um desafio-chave enfrentado pela indústria de carne cultivada foi recentemente parcialmente abordado quando a FDA (Food and Drug Administration) relatou em março de 2023 que havia concluído uma consulta pré-mercado secundária para um alimento humano produzido a partir de células animais cultivadas pela GOOD Meat.
A GOOD Meat é uma empresa que utiliza células vivas de galinhas para fabricar alimentos de células animais cultivadas.
Embora esta consulta pré-mercado voluntária não seja um processo de aprovação, ela envolveu a avaliação do processo de produção, incluindo o estabelecimento de linhagens celulares e bancos de células, controles de fabricação e todos os insumos e componentes.
A FDA não encontrou problemas nesta consulta, o que representa um passo significativo em direção à produção e venda de produtos alimentícios cultivados nos Estados Unidos. Atualmente, apenas Cingapura permite a venda de carne cultivada.
Para ser vendido nos EUA, o alimento humano produzido a partir de células animais cultivadas deve atender às estritas exigências da FDA, incluindo requisitos de segurança aplicáveis e registro de instalações.
Qualquer empresa que fabrica produtos de carne cultivada também deve passar por uma inspeção de instalações pelo Serviço de Inspeção e Segurança Alimentar do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos (USDA-FSIS) antes de entrar no mercado dos EUA.
À medida que a comercialização de produtos de carne cultivada se aproxima, a FDA trabalha em estreita colaboração com o USDA-FSIS para garantir que os produtos sejam seguros e corretamente rotulados. As duas agências regulam conjuntamente qualquer alimento produzido a partir de células de animais de criação e aves de capoeira sob um acordo formal estabelecido em março de 2019.
Novo mercado impulsionado por startups, mas enfrentando desafios de ampliação O interesse pela carne cultivada cresceu nos últimos 20 anos, com muitas startups entrando no setor e avançando lentamente da pesquisa e desenvolvimento para a fase piloto.
Um estudo identificou mais de 150 empresas em todo o mundo que estavam desenvolvendo produtos de carne cultivada. No entanto, nenhuma delas realizou a produção em escala comercial, uma vez que a ampliação é um desafio considerável, ainda mais do que o processo de mAb, que continua a ser um desafio em andamento.
Os processos de biofarmacêuticos criam produtos de alto valor que cobrem os altos custos relacionados ao desenvolvimento e implementação de processos de cultura de células. No entanto, as margens na indústria de alimentos são mínimas, tornando desafiador recuperar os custos da produção de carne cultivada.
Como resultado, a ampliação deve ser alcançada de forma a reduzir substancialmente o custo da cultura de células.
A otimização do processo exige tecnologia analítica de processo eficaz Para possibilitar o sucesso da ampliação, é necessário desenvolver processos otimizados que atuem de maneira consistente e robusta, utilizando medidas eficazes de controle de processo. Idealmente, a otimização facilitará o desenvolvimento de processos que se comportarão de maneira semelhante em diferentes escalas.
Muitos cientistas empregados por desenvolvedores de carne cultivada vêm da indústria biofarmacêutica. Eles aplicam seu conhecimento e experiência na otimização de processos de cultura de células para produzir carne cultivada.
Esses cientistas estão utilizando estratégias de design de experimento (DoE) para a identificação dos parâmetros críticos do processo relevantes (CPPs) e dos atributos de qualidade críticos (CQAs).
Todo esse trabalho exige acesso a dados de processo em tempo real para garantir que as células no biorreator estejam em um ambiente ótimo durante todo o processo. As células precisam de glicose e oxigênio suficientes, o pH correto e a remoção do dióxido de carbono.
A tecnologia analítica de processo (PAT) torna o monitoramento – e, em última instância, o controle – desses parâmetros viável. Sensores para rastreamento de pH, concentração de CO2 e oxigênio dissolvido (OD), bem como densidade de células viáveis (que é um indicador-chave da saúde das células), são cruciais.
Margens mínimas exigem automação Devido às margens baixas associadas à indústria de alimentos, a automação de processos usando PAT e sensores in-line é fundamental para o sucesso da produção de carne cultivada.
A combinação de sensores in-line com um ciclo de feedback para o ajuste automatizado das condições do processo (como pH, OD e adição de nutrientes) minimiza a demanda de pessoal, ao mesmo tempo em que garante processos controlados e robustos.
Tecnologias inovadoras e inteligentes de sensores da Hamilton A Hamilton Company oferece sensores in-line avançados para muitas aplicações de biotecnologia. Os sensores inovadores e inteligentes são os primeiros que não exigem um transmissor externo, o que facilita sua instalação e uso.
Esses sensores podem ser incorporados em circuitos automatizados e monitoram seu próprio desempenho, fornecendo confiança nos dados que geram.
Na indústria de carne cultivada, um dos maiores desafios em relação à ampliação é o acúmulo inesperado de CO2, que reduz a viabilidade das células. Isso leva a menos biomassa e, consequentemente, menos produto de carne cultivada. (Na biofarmácia, a ênfase está nas medições de OD.)
A Hamilton tem soluções eficazes para esses processos, como o monitoramento in-line de CO2, e é vital para projetar processos que possam ser dimensionados de forma contínua e oferecer o mesmo nível de produtividade em biorreatores de 2 litros, 100 litros e 2000 litros.
A capacidade de monitorar a densidade de células viáveis em tempo real é particularmente importante, uma vez que essa medição é tipicamente realizada offline para aplicações biofarmacêuticas.
No entanto, na indústria de carne cultivada, obter medidas precisas da densidade de células viáveis ao longo do processo de cultura é essencial, uma vez que as células são o produto.
O sensor Incyte da Hamilton fornece dados de densidade de células viáveis em tempo real e uma variedade de outras informações sobre o comportamento das células, facilitando a melhoria da regulamentação e controle dos processos de produção de carne cultivada.
Em particular, os sensores medem a permissividade das células em várias frequências, e os dados obtidos podem ser correlacionados com textura e outros atributos de produtos de carne cultivada.
Em geral, é possível monitorar a qualidade da biomassa, o que é benéfico para garantir produtos ideais, mas também para realizar experimentos de DoE para identificar meios e nutrientes menos dispendiosos e ajudar a reduzir os custos de produção.
A Hamilton é um fornecedor único de sensores inteligentes para bioprocessamento, e a empresa trabalha em estreita colaboração com fabricantes de biotecnologia e fornecedores de biorreatores.
A gama completa de sensores da Hamilton foi projetada para suportar todos os tipos de cultura de células e fermentação, bem como outros bioprocessos. A gama pode ser integrada em biorreatores descartáveis e de aço inoxidável de alta qualidade de fabricantes de equipamentos líderes para permitir o controle automatizado do processo.
Se os desafios relacionados à ampliação e ao financiamento associado puderem ser resolvidos, o potencial de crescimento do mercado de carne cultivada é substancial. Mesmo que os produtos de carne cultivada representem apenas 10% de todo o mercado de produção de carne, isso representaria uma indústria completamente nova de bilhões de dólares.
