La industria de carne cultivada está transformando cómo producimos carne, pero seleccionar las células madre adecuadas sigue siendo un gran desafío. Aquí está el porqué es importante:
- Las células madre son críticas: Forman la base para la carne cultivada, transformándose en músculo, grasa y tejido conectivo.
- Principales obstáculos: Mantener la "stemness" de las células, escalar la producción y asegurar la estabilidad genética son difíciles de manejar. Algunas células pierden sus propiedades únicas durante la producción, lo que dificulta la ampliación.
- Problemas específicos de especies: Animales menos investigados, como las especies acuáticas, complican el proceso debido a datos limitados de líneas celulares.
- Problemas de escalabilidad: Muchas células madre necesitan superficies para crecer, lo que limita la eficiencia de producción y aumenta los costos.
Están surgiendo soluciones, incluyendo medios de cultivo mejorados, biorreactores avanzados, líneas celulares diseñadas y mejores métodos de criopreservación. Estos enfoques están reduciendo costos y mejorando la escalabilidad, acercando la carne cultivada al mercado.
El Reino Unido está liderando en este espacio, con empresas como Roslin Technologies impulsando el progreso. A medida que la tecnología avanza y la conciencia crece, la carne cultivada podría pronto convertirse en una opción regular para los consumidores.
Principales Desafíos en la Selección de Células Madre
La industria de la carne cultivada enfrenta una serie de desafíos cuando se trata de seleccionar y trabajar con células madre. Estos obstáculos influyen significativamente en los costos de producción, la escalabilidad y la calidad del producto final, factores que explican por qué la carne cultivada aún no es una característica regular en los estantes de los supermercados del Reino Unido.
Pérdida de Pluripotencia y Deriva Genética
Uno de los mayores desafíos es mantener la pluripotencia de las células a lo largo del proceso de producción. Las células madre mesenquimales, que se utilizan ampliamente en la producción de carne cultivada, a menudo pierden sus capacidades únicas cuando se cultivan durante largos períodos en el laboratorio [3]. La investigación de Wang et al. destaca cómo los cambios en la expresión génica entre los pasajes 4, 6 y 12 afectan negativamente la proliferación celular, la diferenciación y las cualidades inmunosupresoras [3]. Además, el pasaje de células cada 24–48 horas puede desencadenar la expresión de oncogenes [3]. Esto subraya la importancia de minimizar la manipulación celular y optimizar cuidadosamente las condiciones de cultivo para producir las enormes cantidades de células necesarias, todo mientras se preserva la estabilidad genética. Una vez que esto se aborda, el enfoque se desplaza a escalar la producción para uso industrial.
Problemas de escalabilidad con el crecimiento adherente
La mayoría de las células madre utilizadas en la carne cultivada requieren una superficie para adherirse y crecer. Los métodos tradicionales, como los plásticos de cultivo apilados, tienen bajas relaciones superficie-volumen y limitan el control sobre las condiciones de crecimiento [5]. Esta ineficiencia fue evidente en 2013 cuando Mark Post creó la primera hamburguesa de carne cultivada, un proceso que costó aproximadamente £210,000 debido a las limitaciones del sistema de cultivo [5]. Para producir solo 10–100 kg de carne cultivada, se necesitan cultivar entre 10¹² y 10¹³ células [5]. Satisfacer la demanda global con cultivos adherentes requeriría volúmenes masivos de biorreactores. Aunque los cultivos en suspensión son más fáciles de escalar, muchas células madre esenciales para lograr la textura y el sabor de la carne real dependen del crecimiento adherente.Esto crea un cuello de botella significativo, ya que el área de superficie limitada restringe los rendimientos celulares, complicando la producción a gran escala.
Bajos Números Iniciales de Células y Tasas de Crecimiento
La producción de carne cultivada generalmente comienza con un pequeño número de células que necesitan multiplicarse exponencialmente. Sin embargo, las bajas tasas de crecimiento y las pérdidas celulares durante el aislamiento hacen que la ampliación sea extremadamente desafiante. Algunas células no logran adaptarse a las condiciones de laboratorio, perdiendo sus propiedades de células madre durante las etapas iniciales de aislamiento y cultivo. Esto agrava la dificultad de la ampliación, ya que los productores deben encontrar células que puedan crecer rápidamente y conservar sus características esenciales. El problema es aún más pronunciado para especies menos estudiadas, como las utilizadas en mariscos cultivados, donde las condiciones óptimas de crecimiento siguen siendo poco comprendidas. Estos problemas en las etapas iniciales dificultan que la industria desarrolle líneas celulares confiables.
Acceso limitado a líneas celulares bien caracterizadas
Agregando a la complejidad, la industria enfrenta una escasez de líneas celulares estandarizadas y bien caracterizadas, lo que ralentiza el progreso hacia la producción a gran escala. A partir de 2024, hay casi 75 líneas celulares rastreadas en todo el sector, pero esto es solo una pequeña fracción de lo que se necesita para apoyar la amplia variedad de productos cárnicos en desarrollo [1]. Desarrollar nuevas líneas celulares es un proceso que consume mucho tiempo y es costoso, a menudo tomando de 6 a 18 meses para derivar y caracterizar una sola línea [1]. Aunque ha habido avances, como la creación de líneas de células madre embrionarias para especies bovinas de importancia agrícola en 2018 [2] y los avances en ingeniería genética de empresas como Upside Foods [4], la dependencia de líneas celulares propietarias sigue obstaculizando los esfuerzos para optimizar la producción y llevar la carne cultivada al mercado más rápidamente.
Soluciones para Problemas de Selección de Células Madre
La industria de la carne cultivada está avanzando en la solución de desafíos relacionados con las células madre que durante mucho tiempo han mantenido altos los costos de producción y han limitado la escalabilidad. Estos avances están allanando el camino para que la carne cultivada se convierta en una opción comercialmente viable, potencialmente apareciendo en los estantes del Reino Unido en un futuro cercano.
Mejorando el Medio de Cultivo y las Condiciones
Un área importante de progreso radica en el refinamiento del medio de cultivo, la solución rica en nutrientes que apoya el crecimiento celular.Los investigadores han demostrado que las formulaciones diseñadas pueden reducir los costos en más del 99.9% [1]. Algunas empresas de la industria ahora informan costos de medios de menos de £0.76 por litro [1].
Un avance significativo ha sido alejarse del suero fetal bovino (FBS), que es costoso y éticamente controvertido. A principios de 2023, GOOD Meat obtuvo la aprobación para vender pollo cultivado en Singapur utilizando medios sin suero, mientras que el codorniz cultivado de Vow también se produce sin suero [1]. UPSIDE Foods incluso ha presentado datos a la FDA mostrando que sus productos pueden hacerse con o sin FBS [1].
Las alternativas a base de plantas ahora están reemplazando al FBS, abordando tanto los costos como las preocupaciones éticas. Ingredientes como péptidos, peptonas e hidrolizados de plantas, combinados con un mejor rendimiento de proteínas microbianas, están impulsando este cambio [6]. La agricultura molecular de plantas se está utilizando para producir factores de crecimiento bioactivos en grandes cantidades. Además, el cribado de alto rendimiento y el aprendizaje automático están ayudando a afinar las formulaciones de medios para apoyar el crecimiento de células madre y su rápida proliferación [6].
Mejor Diseño de Biorreactores
Junto con los avances en medios de cultivo, las innovaciones en el diseño de biorreactores están ayudando a escalar la producción. Los plásticos de cultivo tradicionales están siendo reemplazados por sistemas más avanzados capaces de soportar el gran número de células necesarias para las operaciones comerciales. Los reactores de tanque agitado, los microportadores y los sistemas de elevación por aire están desempeñando un papel clave en esta transición.
Los microportadores y andamios 3D proporcionan amplias áreas de superficie dentro de volúmenes compactos de biorreactores, mejorando la entrega de nutrientes y la mezcla. Los reactores de elevación por aire, que son más adecuados para escalas muy grandes (más de 20,000 litros), están ganando popularidad debido a sus menores demandas de energía y menor estrés de cizallamiento en comparación con los sistemas agitados [7]. Dependiendo del método de bioprocesamiento, los rendimientos de producción pueden variar de 5–10 g/L hasta 300–360 g/L [8]. También se están adoptando estrategias de bioprocesamiento continuo que incorporan sistemas de reciclaje y filtración para reducir costos y aumentar la eficiencia en comparación con los métodos tradicionales por lotes [8].
Bancos de Células y Criopreservación
El mantenimiento de una calidad celular consistente depende de métodos de almacenamiento robustos.Los sistemas integrales de bancos de células y las técnicas avanzadas de criopreservación están demostrando ser efectivas para garantizar un suministro constante de células de alta calidad. Se ha demostrado que los métodos mejorados de criopreservación minimizan la deriva genética y mantienen la estabilidad celular. Por ejemplo, las células miogénicas bovinas pueden almacenarse a –80°C durante hasta un año con una pérdida mínima de función, conservando un 97.9% ± 0.5% de viabilidad [9].
Se están desarrollando bancos maestros de células mediante la expansión y validación de células a través de un riguroso control de calidad antes de criopreservarlas [10]. Estos bancos proporcionan una fuente confiable de células para la producción, con viales individuales que se subcultivan para crear bancos de células de trabajo. Este enfoque asegura una calidad consistente entre lotes y apoya tanto los procesos de producción por lotes como los continuos. Además, las empresas están refinando métodos de criopreservación sin animales y químicamente definidos para acomodar una amplia gama de tipos de células [10].
Fuentes de Células Ingenierizadas y Alternativas
El desarrollo de líneas celulares a medida es otra vía prometedora. Las líneas celulares ingenierizadas, como las de UPSIDE Foods, están diseñadas específicamente para la producción de carne cultivada. Estas células están optimizadas para un crecimiento rápido, estabilidad y adaptación a cultivos en suspensión [4]. Al modificar las células para que crezcan más rápido y mantengan sus propiedades de células madre por períodos más largos, se pueden abordar múltiples desafíos simultáneamente.
También se están explorando fuentes de células alternativas como las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs). Las iPSCs, que se reprograman a partir de células adultas para asemejarse a las células madre embrionarias, ofrecen ventajas en el abastecimiento y la estabilidad potencial. Al diseñar líneas celulares para la división indefinida, la industria puede superar el problema del número limitado de células iniciales. Si bien este enfoque requiere una validación de seguridad exhaustiva, podría reducir significativamente la necesidad de obtener nuevas células de animales, haciendo la producción más eficiente y rentable.
Estos avances están acercando la carne cultivada a convertirse en una opción práctica y asequible. A medida que estas tecnologías continúan evolucionando y los costos disminuyen, los consumidores del Reino Unido pronto podrían encontrar productos de carne cultivada compitiendo con la carne tradicional tanto en precio como en disponibilidad.
Comparación de Tipos de Células Madre para Carne Cultivada
A medida que la industria de la carne cultivada enfrenta desafíos de producción, la elección del tipo de célula adecuado sigue siendo un factor clave para escalar y ofrecer productos de alta calidad. Actualmente, no hay consenso sobre el tipo de célula ideal para la producción de carne cultivada.Una encuesta de 2023 reveló que los fabricantes están experimentando con varias células iniciadoras, incluidas las células madre del músculo esquelético (células satélite), fibroblastos, células madre mesenquimales, células madre pluripotentes inducidas (iPSCs), células madre embrionarias (ESCs) y células derivadas del tejido adiposo [1]. Cada tipo de célula tiene su propio conjunto de fortalezas y limitaciones, lo que influye en los costos de producción, la escalabilidad y la calidad del producto final.
El tipo de célula elegido impacta en cada etapa del proceso de producción. Algunas células crecen rápidamente pero requieren protocolos de diferenciación complejos, mientras que otras son más fáciles de manejar pero pueden tener un potencial de crecimiento limitado. Comprender estos compromisos es esencial para las empresas que buscan crear productos de carne cultivada comercialmente viables. Exploremos las propiedades y desafíos de los tipos de células madre más comúnmente utilizados.
Propiedades de Diferentes Tipos de Células Madre
Las células madre embrionarias (ESCs) son altamente versátiles, capaces de transformarse en cualquier tipo de célula. Sin embargo, requieren protocolos de diferenciación complejos y a menudo producen rendimientos más bajos [11]. A pesar de estos desafíos, las ESCs están ahora disponibles comercialmente para varias especies, incluyendo la lubina europea, el pez cebra, la vaca, el cerdo y la oveja, a finales de 2023 [10].
Las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs) ofrecen una versatilidad similar sin las preocupaciones éticas asociadas con los embriones. Los científicos generan iPSCs reprogramando células adultas utilizando cuatro factores de transcripción clave: Oct4, Sox2, KLF4 y c-Myc [11]. Al igual que las ESCs, las iPSCs pueden diferenciarse en las tres capas germinales y tienen una capacidad de proliferación ilimitada [12].Sin embargo, crear músculos bio-artificiales funcionales a partir de miotubos derivados de iPSC sigue siendo un desafío [11]. En 2022, los investigadores demostraron el potencial de esta tecnología al derivar células madre pluripotentes de epiblastos de cerdo y usarlas para crear un prototipo de cerdo cultivado [10].
Mientras que las células pluripotentes ofrecen un amplio potencial de diferenciación, las células madre adultas proporcionan un camino más directo hacia la formación muscular. Las células satélite, un tipo de célula madre adulta derivada del tejido muscular, son más fáciles de diferenciar en tejido muscular en comparación con las células madre pluripotentes [10]. Estas células se extraen del músculo animal sin dañar al animal y a menudo se consideran la mejor opción para construir tejido muscular [11].Las células satélite pueden formar eficientemente miotubos y fibras musculares avanzadas, lo que las convierte en un fuerte candidato para la producción de carne cultivada [11]. Sin embargo, no son inmortales y tienden a dividirse más lentamente que las células pluripotentes, lo que presenta desafíos para mantener su potencial de crecimiento en cultivo [10][11].
Los fibroblastos son otro tipo de célula ampliamente utilizado en la producción de carne cultivada. Son relativamente simples de cultivar y están fácilmente disponibles. Por ejemplo, la línea de fibroblastos de pollo utilizada por GOOD Meat data de 1996 [10]. Sin embargo, desarrollar nuevas líneas celulares puede ser un proceso largo y que consume muchos recursos, a menudo tomando entre 6 y 18 meses para derivar y caracterizar completamente una sola línea [1]. Por esta razón, muchas empresas prefieren trabajar con líneas existentes bien caracterizadas.
La escalabilidad de estos tipos de células también varía significativamente. Por ejemplo, se estima que una sola célula madre, con un límite de división de 75 ciclos, podría teóricamente producir suficiente carne de res para satisfacer la demanda global anual [11]. Esto resalta la importancia de optimizar los tipos de células para hacer que la carne cultivada sea comercialmente viable.
A medida que los métodos de producción continúan evolucionando y los costos disminuyen, la industria sigue evaluando qué tipo de célula surgirá como el punto de partida más práctico y eficiente [10]. Si un solo tipo de célula dominará sigue siendo una pregunta abierta, pero el acto de equilibrio entre el potencial de crecimiento y la facilidad de diferenciación sin duda dará forma al futuro de la carne cultivada.
Impacto en el Futuro de la Carne Cultivada en el Reino Unido
El viaje de la carne cultivada en el Reino Unido está entrando en una fase emocionante, impulsada por los avances en la tecnología de células madre y métodos de producción rentables. Estos desarrollos no solo se tratan de ciencia, sino de hacer que la carne cultivada sea una opción realista y cotidiana para los consumidores. A medida que los avances en la investigación de células madre continúan reduciendo costos y mejorando la escalabilidad, el Reino Unido está preparado para ver la transición de la carne cultivada de los laboratorios a las mesas de comedor.
Un avance importante se encuentra en el área de los medios de cultivo celular. Investigadores de la Universidad Northwestern han logrado una asombrosa reducción del 97% en el costo de producción del medio de células madre [1]. Esto no es solo un logro teórico: los costos actuales de los medios sin suero han bajado a tan solo £0.47 por litro, con proyecciones que sugieren reducciones adicionales a menos de £0.19 por litro [1]. Estos costos más bajos acercan la carne cultivada a competir con la carne convencional en términos de asequibilidad.
La escalabilidad es otro factor clave que impulsa el progreso. Empresas como Roslin Technologies en Escocia están a la vanguardia, desarrollando soluciones innovadoras de células madre adaptadas para la producción a gran escala [14]. Este liderazgo posiciona al Reino Unido como un posible centro global para la innovación en carne cultivada, con la capacidad de producir grandes volúmenes de manera eficiente.
Haciendo la Carne Cultivada Más Accesible para los Consumidores
A medida que la tecnología evoluciona, se espera que la variedad de productos de carne cultivada disponibles en el Reino Unido se expanda. Más allá de las opciones familiares de carne de res y pollo, el futuro podría incluir cordero, cerdo, mariscos e incluso carnes raras o exóticas que anteriormente eran difíciles o insostenibles de obtener.
Tome Meatable como ejemplo.La empresa planea lanzar sus productos en toda Europa en 2025, tras exitosas degustaciones de pre-aprobación en los Países Bajos. Su tecnología opti-ox elimina la necesidad de suero bovino fetal mientras acelera el crecimiento de células musculares y grasas [13]. Esta innovación aborda dos desafíos principales: el costo y la velocidad de producción, haciendo que la carne cultivada sea más atractiva y accesible.
El apoyo gubernamental también está desempeñando un papel crítico. Las inversiones en empresas como Roslin Technologies están ayudando a acelerar la transición de la investigación de laboratorio a los estantes minoristas. Katrina Hayter, Directora del Desafío de UKRI para Transformar la Producción de Alimentos, enfatizó la importancia de este movimiento:
"Creemos que desarrollar carne cultivada es uno de los avances más significativos que podemos lograr, como país y como planeta, para abordar el flagelo de la escasez de alimentos y el cambio climático." [14]
Con el respaldo del gobierno y el progreso tecnológico, el plazo para que la carne cultivada llegue a los estantes de los supermercados se está reduciendo. Las mejoras en el sabor, la textura y la calidad nutricional también están haciendo que estos productos sean cada vez más comparables a las carnes tradicionales, lo cual es clave para ganar la confianza y aceptación del consumidor.
El papel de las plataformas educativas como Cultivated Meat Shop
Aunque los costos de producción están disminuyendo y la escalabilidad está mejorando, la educación del consumidor sigue siendo una pieza crucial del rompecabezas. Muchas personas en el Reino Unido todavía carecen de una comprensión clara de cómo se produce la carne cultivada, sus estándares de seguridad y sus beneficios potenciales. Sin abordar esta brecha de conocimiento, la adopción generalizada podría enfrentar obstáculos.
Aquí es donde entran en juego plataformas como
El tiempo lo es todo. La profesora Jacqui Matthews, coordinadora del programa y Directora Científica de Roslin Technologies, destacó la preparación de la tecnología:
"Roslin Tech está en la etapa de convertir sus innovadores avances en células madre en una oportunidad comercial para el sector global de carne cultivada. Estamos encantados de que el gobierno del Reino Unido nos haya reconocido como un líder mundial británico en esta área y nos apoye en nuestra visión de hacer que la carne cultivada sea asequible y esté disponible en todo el mundo." [14]
Plataformas como
Con avances técnicos en la selección de células madre y esfuerzos proactivos para educar al público, el Reino Unido está preparando el escenario para que la carne cultivada se convierta en una opción principal, sostenible y ética para los consumidores. Juntos, estos elementos están allanando el camino para una revolución alimentaria que podría transformar la forma en que pensamos sobre la carne.
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Conclusión
Los desafíos en torno a la selección de células madre en la carne cultivada son indudablemente complejos, pero también presentan oportunidades emocionantes para el progreso.Problemas como la pérdida de pluripotencia, la deriva genética y la escalabilidad en el crecimiento adherente son obstáculos que los investigadores están abordando activamente. Soluciones como medios de cultivo refinados, diseños de biorreactores de próxima generación, técnicas avanzadas de almacenamiento celular y fuentes de células diseñadas ya están teniendo un impacto tangible.
Por ejemplo, los avances impulsados por IA han reducido significativamente los costos de producción - hasta en un 40% - mientras aumentan la eficiencia de los biorreactores en más del 400% [15]. Estos no son objetivos lejanos; son logros reales que están dando forma a la industria de la carne cultivada hoy en día.
El Reino Unido se destaca como un actor clave en este panorama en evolución. Con la Food Standards Agency (FSA) avanzando en evaluaciones de seguridad e innovaciones pioneras en células madre, el país está preparando el escenario para un sector robusto de carne cultivada. Esta combinación de apoyo regulatorio y progreso tecnológico está creando una base sólida para el crecimiento.
Varios avances, como tiempos de duplicación celular más rápidos, medios sin suero, cultivos en suspensión e ingeniería genética, se están uniendo para acelerar el impulso de la industria. Se proyecta que el mercado global de carne cultivada alcanzará aproximadamente £229 mil millones para 2050, destacando su enorme potencial comercial. Más allá de las ganancias, los beneficios ambientales son sorprendentes: la carne cultivada podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 92% y disminuir el uso de la tierra hasta en un 90% [1][15].
Para los consumidores en el Reino Unido, este progreso promete opciones de carne más seguras, sostenibles y cada vez más diversas. Plataformas como
Lo que antes parecían desafíos insuperables en la selección de células madre ahora está impulsando un cambio transformador en la producción de alimentos. La carne cultivada ya no es solo una idea: se está convirtiendo en una opción viable y sostenible para el consumidor moderno.
Preguntas Frecuentes
¿Cuáles son los principales desafíos en la preservación de las propiedades de las células madre para la producción de carne cultivada?
Preservar la stemness de las células en la producción de carne cultivada conlleva una buena cantidad de obstáculos. Un desafío clave es asegurar que las células mantengan su capacidad de multiplicarse y diferenciarse efectivamente durante largos períodos de cultivo. Con el tiempo, esta capacidad puede disminuir, lo que afecta directamente tanto la eficiencia como la calidad del proceso de producción.
Otro obstáculo significativo radica en crear medios de crecimiento que sean tanto asequibles como sostenibles, al tiempo que apoyan la pluripotencia de las células.Los medios de crecimiento actuales suelen ser costosos y requieren muchos recursos, lo que hace esencial desarrollar opciones más escalables y económicas para que la carne cultivada alcance su máximo potencial.
Superar estos problemas es fundamental para establecer la carne cultivada como una alternativa práctica, ética y sostenible a los métodos tradicionales de producción de carne.
¿Cómo ayudan las mejoras en biorreactores y medios de cultivo a escalar la producción de carne cultivada?
Avances en el Diseño de Biorreactores y Medios de Cultivo
Los últimos desarrollos en diseño de biorreactores están transformando cómo se cultivan las células, permitiendo la producción a una escala impresionante, con capacidades que ahora alcanzan miles de litros. Al ajustar elementos críticos como el intercambio de gases, la transferencia de calor y el esfuerzo cortante, estos sistemas crean un entorno donde las células pueden crecer de manera eficiente y a costos más bajos. Este progreso es un cambio de juego para escalar la producción de carne cultivada para satisfacer las demandas comerciales.
Mientras tanto, los avances en medios de cultivo - la solución rica en nutrientes que nutre las células - están ayudando a reducir costos mientras mejoran el crecimiento y la diferenciación celular. Al incorporar ingredientes más económicos y sostenibles, estas mejoras no solo hacen que la producción a gran escala sea factible, sino que también acercan la carne cultivada a convertirse en una alternativa práctica y ampliamente accesible a los métodos de agricultura tradicionales.
¿Cuál es el papel del Reino Unido en el avance de la carne cultivada y cómo podría esto afectar la disponibilidad para los consumidores?
El Papel del Reino Unido en el Avance de la Carne Cultivada
El Reino Unido está emergiendo como un jugador clave en el desarrollo global de la carne cultivada, gracias a iniciativas gubernamentales visionarias. Un ejemplo destacado es la introducción del primer sandbox regulatorio de Europa. Este programa está específicamente diseñado para fomentar la innovación y simplificar el proceso de aprobación de tecnologías alimentarias emergentes, incluida la carne cultivada.
Al adoptar este enfoque, el Reino Unido busca acelerar el camino desde el concepto hasta el mercado, potencialmente haciendo que la carne cultivada esté disponible para los consumidores británicos más pronto que tarde. Aunque persisten obstáculos regulatorios, estos esfuerzos podrían hacer que la carne cultivada sea una opción realista y accesible para los compradores de todo el país en los próximos años.
