La entomocultura es el subcampo de la agricultura celular que se ocupa específicamente de la producción de tejido de insectos in vitro . [1] Se basa en principios utilizados de forma más general en la ingeniería de tejidos y tiene similitudes científicas con los vectores de expresión de baculovirus o la robótica blanda . [2] El campo se ha propuesto principalmente debido a sus posibles ventajas técnicas sobre las células de mamíferos en la generación de carne cultivada. [1] El nombre del campo fue acuñado por Natalie Rubio en la Universidad de Tufts . [1]
La entomocultura funciona según los mismos principios que la agricultura celular en general. En primer lugar, las células embrionarias se derivan de un insecto. Las células madre embrionarias son células totipotentes, lo que significa que conservan la capacidad de diferenciarse en cualquiera o todos los diferentes tipos de células especializadas. Estas células pueden tomarse de cultivos primarios (directamente del animal) o de cultivos secundarios criopreservados. [1] Estas células madre se sumergen luego en un medio de cultivo para que puedan proliferar. Los medios de cultivo consisten en medios basales, que son una composición de los diversos nutrientes esenciales para el crecimiento celular. Esta mezcla se difunde en la célula y una vez que consume lo suficiente, se divide y la población se multiplica. Para optimizar el crecimiento, este medio de cultivo generalmente se complementa con otras proteínas y factores de crecimiento . Dichos aditivos se producen con frecuencia mediante la producción de proteínas recombinantes , traduciendo los genes respectivos en bacterias que luego se fermentan para producir varias copias de la proteína. El número proliferado de células madre se puede sembrar luego en un andamio para iniciar una composición más grande o se puede colocar directamente en un biorreactor . El biorreactor replica las características ambientales que de otro modo se emularían in vivo , incluida la temperatura y la osmolaridad, para promover la diferenciación celular en tejido muscular. [3]
En el biorreactor, las células madre experimentan miogénesis (diferenciación en tejido muscular). Se trata de un proceso complejo que implica la formación de células fundadoras y mioblastos capaces de fusionarse. Entre 4 y 25 de los mioblastos capaces de fusionarse se fusionan con una célula fundadora para crear miofibras multinucleadas, que en conjunto se convierten en músculo larvario. [4]
Cuando el tejido muscular se desarrolla in vivo , el músculo larvario se destruye durante la metamorfosis. Un proceso similar ocurre con los precursores musculares adultos, que utilizan el músculo larvario viejo como plantilla para crear el músculo maduro. Sin embargo, este proceso no tiene una relevancia significativa en el cultivo in vitro , ya que el desarrollo se detiene antes de la metamorfosis. [4]
En lo que respecta a la carne cultivada, la entomocultura se ha propuesto principalmente debido a sus posibles ventajas sobre el cultivo de células de mamíferos. Dichas ventajas pueden atribuirse a las diferencias biológicas entre los dos tipos de células que permiten que las células de los insectos toleren condiciones más favorables para la producción industrial. [1]
Temperatura . Las células de mamíferos que se desarrollan in vivo se incuban a 37 grados Celsius. Simular un clima tan cálido en un biorreactor requiere aportes de energía que, por lo tanto, aumentan los costos de producción. El tejido de insectos se puede cultivar a escala a temperatura ambiente o más fría con poco o ningún obstáculo para el desarrollo celular. [1]
Condiciones de cultivo . A medida que las células de mamíferos digieren y metabolizan la glucosa, producen subproductos como el ácido láctico que se acumulan y acidifican el entorno de la célula. La capacidad que tienen las células para absorber nutrientes depende del pH del entorno: debe estar dentro de una cierta ventana para un crecimiento óptimo. La acumulación de ácido láctico conduce a condiciones de crecimiento inferiores para la célula. Como tal, el entorno debe ser "reequilibrado", lo que generalmente se logra reemplazando todo el medio de cultivo con una frecuencia de hasta cada 2 o 3 días. Sin embargo, los medios de cultivo saturados aún pueden contener nutrientes viables, lo que hace que la práctica sea derrochadora y costosa. Las células de insectos evitan en parte la producción de lactato, pero también son tolerantes a entornos más ácidos. Cuando se comparó el crecimiento de células de insectos a un pH de 5,5, 6,5 y 7,5, se observó una diferencia insignificante. [5] Como resultado, los cultivos de insectos pueden tener sus medios reemplazados a intervalos de hasta 90 días. [5] Esto se agrava por el hecho de que las células de insectos no agotan los nutrientes agregados tan rápido como las células de mamíferos. Consumen triglicéridos , glucosa y proteínas a un ritmo más lento, lo que sugiere que tienen vías metabólicas más eficientes. Además, los cultivos de células de insectos suelen estar contaminados con células lipídicas llamadas trofocitos o vitelófagos, que son precursoras de las células de la yema del huevo de los insectos. Estas células son una fuente natural de grasa que otras células de insectos pueden consumir. [1]
Osmolaridad . Las células de los mamíferos también requieren una cantidad relativamente precisa de dióxido de carbono y oxígeno para crecer; por ello, los cultivos suelen complementarse con un 5 % adicional de dióxido de carbono. Los insectos pueden prescindir de este suplemento. [1]
Medios de cultivo sin suero . Los medios de cultivo son una parte fundamental de la agricultura celular y de la generación de tejido cultivado porque es lo que permite a los científicos comenzar con una muestra relativamente pequeña de células madre animales y terminar con lo suficiente para constituir un tejido completo. Para proliferar, una célula no solo requiere nutrientes y macromoléculas esenciales, sino también factores de crecimiento. Cuando las células de mamíferos crecen in vivo , estos factores de crecimiento son suministrados por la sangre del animal. Para replicar esto, el medio de cultivo generalmente consiste en una mezcla basal suplementada con factores de crecimiento adicionales. El medio basal constituye la mayor parte del cultivo y contiene la mayoría de los nutrientes, mientras que los factores de crecimiento se agregan en cantidades traza. Como resultado, el punto de partida natural es combinar suero bovino fetal (FBS) en los medios de cultivo. [1]
El FBS es un producto un tanto controvertido porque procede de la sangre de un feto de vaca lechera. Los dos problemas que presenta son que a) depende de los animales, lo que frustra el objetivo de la agricultura celular y b) es caro porque es muy inaccesible. Además, desde una perspectiva científica, el FBS no está definido químicamente, lo que significa que su composición varía entre animales. En aras de la coherencia de la investigación, esto no es deseable. El medio de cultivo ideal es uno que sea simple, pueda estimular la proliferación, no dependa de los animales, sea accesible y sea barato. Sin embargo, debido a que las células de los mamíferos dependen de una compleja variedad de factores de crecimiento, encontrar un medio de cultivo que satisfaga estos cinco criterios es un desafío constante. Las células de los insectos, por otro lado, son organismos biológicamente más simples que los mamíferos. Contienen un fluido llamado hemolinfa en lugar de sangre, por lo que no dependen de los mismos factores de crecimiento que las células de los mamíferos. En cambio, el medio de células de insectos normalmente utiliza un medio basal (como el medio de Eagle, el medio de insectos de Grace o el medio de Drosophila de Schneider), que se complementa con aditivos de origen vegetal como yeastolate, primatone RL, hidrolizados, lípidos plurónicos y péptidos. [1] [6]
Cultivos en suspensión . Cuando las células musculares de mamíferos crecen in vivo , una parte fundamental de su proliferación depende de su unión a la matriz extracelular (ECM). Para replicar esta relación, las células de mamíferos suelen cultivarse en monocapas adherentes , cultivos en los que las células crecen sobre un sustrato en capas de solo una célula de espesor. Esto requiere el uso de biorreactores con mucha superficie que, cuando se amplía a nivel industrial, es inviable. La alternativa es utilizar microtransportadores , que son pequeños trozos de material que flotan en el medio de cultivo para aumentar el área de superficie general a la que las células pueden adherirse. Esto también introduce la necesidad de vascularizar . Cuando las células de mamíferos se cultivan en cultivos adherentes, las células que no están en contacto directo con el medio de cultivo dejan de crecer, formando centros necróticos . A diferencia de las células de mamíferos, las células de insectos también pueden crecer sin estar adheridas a nada, o en cultivos en suspensión . Esto significa que los biorreactores no necesitan una gran superficie y, en cambio, pueden producirse en formas mucho más prácticas. [1]