Desenvolvimento de tecidos musculares espessos para carne cultivada utilizando nanofibras de acetato de celulose randômica
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
A carne cultivada é um ramo promissor e emergente que visa produzir carne para consumo humano, utilizando técnicas de engenharia de tecidos. A carne cultivada pode ser gerada pelo crescimento de células animais em scaffolds, biomateriais capazes de mimetizar a matriz extracelular (MEC). Atualmente, a carne produzida por técnicas da engenharia de tecidos não possui a morfologia, a ultraestrutura e o nível de diferenciação encontrados no músculo nativo. Neste trabalho, investigamos o uso de nanofibras de acetato de celulose (NAC), em configurações alinhadas (NACa) e randômicas (NACr), para o crescimento e diferenciação de linhagens musculares. Demonstramos que um scaffold formado por uma malha de fibras distribuídas aleatoriamente (NACr) é um excelente substrato para a engenharia de tecido muscular e, portanto, para a produção da carne cultivada. Nossos resultados mostraram que essas matrizes não apenas permitem a adesão e a colonização de mioblastos C2C12 e H9c2, mas também desencadeiam sua miogênese espontânea, sem a necessidade de meio de diferenciação. Demonstramos que a indução da diferenciação nesses substratos estava relacionada a eventos de mecanotransdução, envolvendo sinalização da via Hippo-YAP/TAZ. Além disso, desenvolvemos com sucesso um novo processo para empilhar camadas de NACr com células, permitindo a produção de um produto cárneo espesso. Folhas de NACr carregadas com C2C12 e H9c2 foram empilhadas em até quatro camadas para formar um tecido de ~300–400 μm de espessura com 2 cm de comprimento, sem perda da viabilidade celular no interior do tecido. Esses resultados destacam o potencial do NACr como um substrato eficaz na produção de tecidos para carne cultivada, permitindo futuras aplicações com diversas espécies.
Abstract
Cultured meat is a promising and emerging technique that aims to produce meat for human consumption, using tissue engineering techniques. Cultured meat can be generated by the growth of animal cells in scaffolds, which are biomaterials capable of mimicking the extracellular matrix (ECM). Currently, meat produced using tissue engineering techniques does not have the morphology, ultrastructure and level of differentiation found in native muscle. In this work, we investigated the use of cellulose acetate nanofibers (NAC), in aligned (NACa) and random (NACr) configurations, for the growth and differentiation of muscle lineages. We demonstrate that a scaffold formed by a mesh of randomly distributed fibers (NACr) is an excellent substrate for muscle tissue engineering and, therefore, to produce cultured meat. Our results showed that these matrices not only allow the adhesion and colonization of C2C12 and H9c2 myoblasts, but also trigger their spontaneous myogenesis, without the need for differentiation medium. We demonstrated that the induction of differentiation in these substrates was related to mechanotransduction events, involving signaling from the Hippo-YAP/TAZ pathway. Furthermore, we have successfully developed a new process to stack layers of NACr with cells, enabling the production of a thick meat product. NACr sheets loaded with C2C12 and H9c2 were stacked in up to four layers to form a ~300–400 μm thick and 2 cm long tissue, without compromising the viability of cells within the construct. These results highlight the potential of NACr as an effective substrate in tissue production for cultured meat, enabling future applications with diverse species.
Assunto
Biologia Celular, Carne, Acetatos, Nanofibras, Engenharia Tecidua
Palavras-chave
Carne Cultivada, Acetato de celulose, Nanofibras, Engenharia de tecidos