Gli scienziati della National University of Singapore (NUS) hanno sviluppato un’impalcatura di colture cellulari a base vegetale per la carne coltivata, che promette di essere più economica e sostenibile. L’utilizzo di impalcature commestibili stampate in 3D, utilizzando proteine vegetali comuni, accelera il processo di coltivazione della carne in laboratorio. In particolare, gli scienziati di NUS hanno utilizzato prolamine vegetali ampiamente disponibili per realizzare questa impalcatura commestibile per la coltivazione di carne. Grazie a questa innovazione, sarà possibile servire in tavola carne coltivata in laboratorio più economica e sostenibile, rappresentando una soluzione innovativa e rispettosa dell’ambiente per la produzione di carne.
Man mano che i consumatori diventano più consapevoli delle ramificazioni ambientali ed etiche del loro cibo, la carne coltivata in laboratorio, nota anche come carne coltivata o carne a base di cellule, sta diventando una fonte sempre più popolare di proteine alimentari. La carne coltivata viene prodotta prelevando cellule muscolari scheletriche dagli animali e facendole crescere su costrutti tridimensionali chiamati scaffold, che forniscono supporto strutturale mentre le cellule si moltiplicano e si sviluppano in tessuti.
Tuttavia, gli scaffold per colture cellulari sono generalmente realizzati con materiali sintetici o di origine animale, che sono troppo costosi o non commestibili. Alla ricerca di un’alternativa, il team guidato dal professor Huang Dejian, vicedirettore del Dipartimento di scienze e tecnologie alimentari della NUS , si è rivolto alle proteine vegetali, note per essere biodegradabili e biocompatibili con le cellule animali. Fondamentalmente, le proteine vegetali soddisfano anche i requisiti comuni per il consumo alimentare, rendendo l’impalcatura risultante adatta alla coltura della carne.
“Utilizzando prolamine di cereali prontamente disponibili come biomateriali per la tecnologia di stampa 3D ad alta precisione, apriamo un nuovo metodo per la produzione di scaffold commestibili e strutturati per produrre fette di carne muscolare coltivata con qualità fibrose”, ha affermato il prof. Huang.
Il lavoro del team, in linea con la spinta di NUS a produrre ricerche all’avanguardia sulla sostenibilità, è stato pubblicato sulla rivista Advanced Materials il 22 ottobre 2022.
La realizzazione di un’impalcatura commestibile
Le prolamine sono una famiglia di proteine vegetali di riserva che, a causa del loro specifico profilo aminoacidico, hanno un basso valore nutritivo. Infatti, le prolamine vengono generate come scarto nelle industrie dell’amido e degli oli vegetali. Tuttavia, il prof. Huang e il suo team hanno sfruttato queste caratteristiche delle prolamine per creare una risorsa accessibile e sostenibile per la cultura della carne.
Nello specifico, i ricercatori hanno utilizzato miscele di prolamine derivate da farina di mais, orzo e segale, note anche rispettivamente come zeine, ordeine e secaline. Queste miscele hanno quindi agito come inchiostro per la stampa elettroidrodinamica, una tecnologia di stampa 3D ad alta precisione comunemente impiegata nelle applicazioni biomediche.
Per valutare se i costrutti di prolamina fossero adatti alla coltivazione della carne, sono stati immersi nel mezzo di coltura cellulare e ispezionati sette giorni dopo per esaminare eventuali cambiamenti strutturali. Sotto un microscopio elettronico a scansione, le impalcature hanno mantenuto la loro struttura e non sono crollate, anche se sulla loro superficie si sono sviluppati più fori. Secondo i ricercatori, tuttavia, questi pori sono più probabilmente il risultato di enzimi secreti dalle cellule in coltura piuttosto che la prova di debolezze strutturali.
Affinché le impalcature siano utili nella coltivazione della carne, devono essere biocompatibili con le cellule muscolari degli animali da allevamento, il che significa che devono essere in grado di accogliere queste cellule e sostenerne la crescita e lo sviluppo.
Per verificarlo, il prof. Huang e il suo team hanno seminato i costrutti di prolamina con cellule staminali del muscolo scheletrico di maiale e hanno misurato la proliferazione cellulare nei giorni successivi. Hanno scoperto che le cellule si sono divise ampiamente sugli scaffold, raggiungendo un conteggio massimo 11 giorni dopo l’inoculazione. Le cellule staminali sono cresciute relativamente bene sia negli scaffold zein/hordein che zein/secalin.
Di significato, rispetto a un’impalcatura standard di policaprolattone, uno strumento comune nell’ingegneria dei tessuti, le cellule di maiale seminate sui costrutti di prolamina proliferavano molto più velocemente, dimostrando che l’impalcatura a base di proteine vegetali era più fattibile per la produzione di carne coltivata rispetto ai polimeri sintetici standard.
“Le impalcature a base di proteine vegetali sono commestibili e hanno sequenze peptidiche diverse e variabili che possono facilitare l’attaccamento cellulare, indurre la differenziazione e accelerare la crescita della carne. Al contrario, le impalcature sintetiche come le perle di plastica utilizzate per la carne coltivata non hanno un gruppo funzionale che rende difficile l’adesione e la proliferazione delle cellule animali. Inoltre, le impalcature sintetiche non sono commestibili e sono necessari ulteriori passaggi per separare le impalcature dalla coltura della carne», ha spiegato il prof. Huang.
Come prova del concetto, il team di ricerca ha provato a produrre una vera fetta di carne coltivando cellule staminali di pelle di maiale su un’impalcatura di zeina/secalina, e poi ha permesso loro di differenziarsi, o maturare, in muscoli. L’estratto di barbabietola è stato utilizzato per simulare il colore rossastro della carne.
Il loro esperimento si è rivelato un successo. Entro 12 giorni, il team di ricerca è stato in grado di coltivare carne simile per consistenza e aspetto generale alla vera carne animale.
«Poiché l’impalcatura era commestibile, non sono state necessarie procedure speciali o aggiuntive per estrarlo dal prodotto finale», afferma il prof. Huang. Questi risultati confermano ulteriormente il potenziale degli scaffold proposti a base di prolamina nella produzione di carne coltivata».
Ulteriori sviluppi
Il professor Huang e il suo team stanno lavorando attivamente per perfezionare la tecnologia basata sulle proteine vegetali. Ad esempio, sono necessari ulteriori studi per determinare meglio in che modo la particolare struttura e composizione dei costrutti della prolamina potrebbero influire sulla crescita delle cellule staminali animali e su come formano il tessuto muscolare.
«Inoltre, dobbiamo garantire che i prodotti a base di carne che ne derivano siano pronti per il mercato, con profili di sicurezza che soddisfino rigorosi requisiti normativi e composizioni nutrizionali che soddisfino le esigenze dietetiche raccomandate», afferma il prof. Huang. “Certo, devono anche essere appetitosi. Sapore, aroma e consistenza devono essere attentamente calibrati per competere con i prodotti a base di carne di allevamento tradizionale”.
