Les cellules immortalisées résolvent un défi clé dans la production de viande cultivée : la prolifération limitée des cellules primaires. Contrairement aux cellules primaires, qui cessent de se diviser après un certain nombre de cycles, les cellules immortalisées peuvent se diviser indéfiniment, ce qui les rend idéales pour la production à grande échelle. Ces cellules sont créées par des modifications génétiques (e.g. , expression de TERT et CDK4) ou des mutations spontanées, permettant une croissance à haute densité dans des bioréacteurs.
Points Clés :
- Limitations des Cellules Primaires: Les cellules primaires ont une durée de vie limitée et sont inconsistantes, nécessitant des biopsies animales répétées. Elles sont également mal adaptées à la culture en suspension dans des bioréacteurs industriels.
- Avantages des Cellules Immortalisées: Division continue, traits génétiques stables et compatibilité avec les systèmes de biotraitement évolutifs.
-
Études de cas:
- Université Tufts (2023) : A développé des cellules satellites bovines immortalisées en utilisant TERT et CDK4, atteignant plus de 120 doublages.
- Believer Meats (2022) : A créé des fibroblastes de poulet immortalisés spontanément avec des densités cellulaires élevées (108×10⁶ cellules/ml).
- Université Suranaree (2024): A produit des cellules souches musculaires porcines immortalisées par hTERT capables de prolifération indéfinie.
Les cellules immortalisées permettent également la production de produits de viande cultivée complexes en se différenciant en muscle, graisse et autres tissus. Cependant, des défis subsistent, tels que l'assurance de la stabilité génétique, la transition vers des milieux sans sérum et le respect des exigences réglementaires. Malgré ces obstacles, les cellules immortalisées deviennent une pierre angulaire de la production évolutive de viande cultivée.
Cellules Primaires vs Cellules Immortalisées dans la Production de Viande Cultivée
Études de Cas : Comment les Entreprises Utilisent les Cellules Immortalisées
Cellules Satellites Bovines Immortalisées de l'Université Tufts
En mai 2023, des chercheurs du Centre pour l'Agriculture Cellulaire de l'Université Tufts (TUCCA) ont partagé une avancée dans ACS Synthetic Biology. Ils ont réussi à développer des cellules satellites bovines immortalisées (iBSCs) en introduisant l'expression de TERT et CDK4. Cela a permis aux cellules de dépasser la limite de Hayflick, atteignant plus de 120 doublages tout en conservant leur capacité à se différencier en fibres musculaires [2][5].
"En utilisant ces nouvelles lignées cellulaires bovines persistantes, les études peuvent être plus pertinentes, allant littéralement droit au cœur du sujet." - Andrew Stout, Chercheur Principal, Centre pour l'Agriculture Cellulaire de l'Université Tufts [5]
Ces lignées cellulaires ont été mises à disposition par la Banque de Cellules Ouvertes TUCCA et distribuées par des fournisseurs commerciaux comme Kerafast. En 2024, TUCCA a collaboré avec le Good Food Institute pour étendre davantage la banque, en incorporant des lignées de fibroblastes bovins immortalisés (e.g. , TU-GFI-SCL1). Ces lignées de fibroblastes ont été initialement développées par SCiFi Foods en utilisant la technologie CRISPR/ Cas9 [4] . En adoptant cette approche en libre accès, l'initiative pourrait économiser à l'industrie de la viande cultivée entre £16 millions et £80 millions pour chaque 10 start-ups, car développer une seule lignée cellulaire commerciale peut coûter entre £1.6 millions et £8 millions [6] .
Par ailleurs, Upside Foods a pris une voie différente, se concentrant sur les cellules de poulet.
Approche de la ligne cellulaire de poulet d'Upside Foods
Upside Foods a mis en œuvre une stratégie propriétaire qui combine la surexpression de TERT avec des modifications basées sur CRISPR. Alors que Tufts et Upside Foods utilisent tous deux TERT pour prévenir le raccourcissement des télomères, Upside Foods opte pour des modifications CRISPR au lieu de l'expression de CDK4 pour atteindre l'immortalisation à une échelle commerciale [3].
Cette méthode a aidé l'entreprise à obtenir des réalisations réglementaires clés, telles que l'approbation préliminaire de la FDA pour son poulet cultivé [5]. Cependant, Upside Foods continue de faire face à des défis, notamment dans l'augmentation de la production tout en maintenant la capacité de différenciation nécessaire pour produire un tissu musculaire authentique.
Ces exemples soulignent comment les lignées cellulaires immortalisées aident à relever les défis de production et à augmenter la fabrication de viande cultivée.
Cellules souches mésenchymateuses pour l'immortalisation
Avantages des CSM dans la viande cultivée
Les cellules souches mésenchymateuses (CSM) immortalisées offrent le potentiel d'une prolifération illimitée et la capacité de se différencier en plusieurs types cellulaires, tels que le muscle, la graisse et l'os, ce qui les rend idéales pour produire des produits de viande cultivée complexes [7].
En surexprimant hTERT (transcriptase inverse de la télomérase humaine), les chercheurs peuvent restaurer l'activité de la télomérase dans les CSM. Cela permet aux cellules de se diviser indéfiniment sans perdre leurs propriétés de cellules souches [7]. Par exemple, en décembre 2024, une équipe de l' Université de Technologie de Suranaree, dirigée par Parinya Noisa, a réussi à développer des cellules souches musculaires porcines immortalisées par hTERT. Ces cellules ont démontré une prolifération indéfinie et ont conservé leur capacité à se différencier en myofibres in vitro.De manière impressionnante, l'étude a montré que ces cellules pouvaient être cultivées pendant plus de 100 générations sans perdre leur potentiel de différenciation [7].
"hTERT peut immortaliser les MSC porcines primaires et préserver leurs caractéristiques de cellules souches. Pour la recherche et les technologies de viande cultivée, l'immortalité peut être précieuse."
- Parinya Noisa, Auteur correspondant, Université de technologie de Suranaree [7]
Les MSC immortalisées présentent également une croissance accélérée et une accumulation de biomasse, ce qui est avantageux pour l'augmentation de la production [1]. Certaines lignées immortalisées sont en outre optimisées pour la croissance en suspensions monocellulaires et milieux sans sérum, leur permettant d'atteindre les densités cellulaires élevées requises pour les bioréacteurs à grande échelle [1]. Cependant, les résultats de l'étude Suranaree ont mis en évidence une limitation potentielle : bien que les cellules à faible passage soient restées stables, la formation de tumeurs a été observée dans les cellules cultivées au-delà de 100 générations [7].
La section suivante explore l'approvisionnement en MSC de diverses espèces et leurs rôles spécifiques dans la production de viande cultivée.
Sources de MSC à travers les espèces
Les MSC peuvent être dérivés de diverses espèces, chacune apportant des avantages uniques à la production de viande cultivée. Par exemple :
- MSCs bovins: Ils sont souvent obtenus à partir de la moelle osseuse ou de cellules progénitrices dérivées de muscles et sont essentiels pour le développement des fibres musculaires de bœuf [2][7].
- MSCs porcins: Provenant de cellules satellites musculaires et de cellules stromales de moelle osseuse, ceux-ci sont utilisés dans la production de muscle et de graisse de porc cultivés [7].
- Fibroblastes embryonnaires de poulet: Bien qu'ils ne soient pas des MSCs traditionnels, ces cellules partagent des traits similaires. Elles peuvent être transdifférenciées en cellules similaires aux adipocytes, qui jouent un rôle dans l'amélioration de la saveur et de l'arôme [1].
L'efficacité des sources de MSC dépend significativement de leur capacité proliférative et de leur capacité à s'adapter à la culture en suspension. Les cellules primaires de ces sources ont généralement des durées de vie limitées et perdent leur potentiel de différenciation au fil du temps, rendant l'immortalisation une étape critique pour les applications commerciales [7]. Les MSC adaptés à la suspension sont particulièrement précieux pour atteindre une croissance à haute densité dans les bioréacteurs, ce qui est essentiel pour répondre aux exigences de production de viande cultivée à grande échelle [1].
Exigences réglementaires et de production
Sécurité alimentaire et stabilité génétique
Alors que les lignées cellulaires immortalisées deviennent une pierre angulaire de la production de viande cultivée, il est essentiel de relever les défis réglementaires et de mise à l'échelle. Aux États-Unis, la Food and Drug Administration (FDA) supervise les étapes initiales, y compris la collecte et la conservation des cellules, garantissant la sécurité du processus de production et l'établissement des lignées cellulaires [8]. Une fois la récolte commencée, le Service de sécurité et d'inspection des aliments du Département de l'agriculture des États-Unis ( USDA-FSIS) prend le relais, se concentrant sur la transformation et l'étiquetage des produits d'élevage et de volaille [9,10].
Un axe majeur de la réglementation consiste à garantir la stabilité génétique et la sécurité des modifications utilisées pour l'immortalisation. Les entreprises doivent démontrer que les lignées cellulaires restent stables sur plusieurs générations sans transformations oncogéniques [9,4]. Notamment, en décembre 2022, Believer Meats (anciennement Future Meat Technologies) a publié des résultats dans Nature Food mettant en avant l'immortalisation spontanée des fibroblastes de poulet. Dirigée par le directeur scientifique Yaakov Nahmias, l'étude a révélé que ces cellules maintenaient une stabilité génétique et atteignaient des densités de 108 × 10⁶ cellules par millilitre dans des cultures continues, le tout sans recourir à la modification génétique [1]. Cette approche permet aux entreprises d'éviter les défis liés aux organismes génétiquement modifiés, notamment dans les régions avec des réglementations strictes sur les aliments GM.En mars 2025, la FDA avait terminé les consultations pré-commerciales pour le poulet cultivé, les fruits de mer et les cellules graisseuses de porc, marquant une étape cruciale pour la voie réglementaire de l'industrie [8].
Les installations de production doivent se conformer aux Bonnes Pratiques de Fabrication Actuelles (CGMP) tout en mettant en œuvre des systèmes d'Analyse des Risques et de Maîtrise des Points Critiques (HACCP). Les inspections de l'USDA-FSIS ont lieu au moins une fois par quart de travail pendant la récolte et le traitement, garantissant la conformité et la cohérence [9,10]. Ces normes rigoureuses sont essentielles pour maintenir l'uniformité des lots et atteindre des rendements de production élevés.
Cohérence et Évolutivité
Au-delà de la stabilité génétique, les producteurs doivent s'assurer que les lignées cellulaires peuvent passer sans problème à des systèmes de production évolutifs. Obtenir des performances cohérentes et reproductibles à l'échelle industrielle nécessite une surveillance constante de l'intégrité des lignées cellulaires.À cette fin, les producteurs effectuent des analyses CNV (variation du nombre de copies) et SNV (variation d'un seul nucléotide) tout en adaptant les cellules immortalisées à la croissance en suspension dans des milieux sans sérum. Cette étape est cruciale pour permettre une expansion à haute densité dans des bioréacteurs à grande échelle [1]. Un tel suivi génomique garantit que les lignées cellulaires conservent leurs caractéristiques souhaitées sur plusieurs générations.
Les lignées cellulaires immortalisées capables d'atteindre des densités de 108 × 10⁶ cellules par millilitre et d'obtenir des rendements en biomasse de 36 % p/v illustrent le niveau de cohérence exigé par les autorités réglementaires [1].
"Bien que certains puissent se demander s'il est sûr d'ingérer des cellules immortalisées, en réalité, au moment où les cellules ont été récoltées, stockées, cuites et digérées, il n'existe aucune voie viable pour une croissance continue."
- David Kaplan, Professeur de la famille Stern en ingénierie biomédicale, Université Tufts [5]
Avant la commercialisation, la biomasse finale subit un dépistage rigoureux pour détecter des agents pathogènes tels que Salmonella et Listeria, en plus de tests approfondis de pesticides [1] . Des processus de vérification des espèces sont également appliqués tout au long de la production pour garantir la cohérence. Pour les producteurs naviguant dans ces exigences réglementaires et de production strictes, des plateformes comme
sbb-itb-ffee270
Barrières et Opportunités
Défis Actuels du Développement
Les lignées cellulaires immortalisées font face à plusieurs obstacles techniques et réglementaires. Un problème majeur est les restrictions de modification génétique, qui limitent l'utilisation d'outils avancés comme CRISPR ou les oncogènes viraux dans la production alimentaire [1]. En conséquence, les chercheurs se tournent vers l'immortalisation spontanée, un processus qui nécessite beaucoup de temps et de ressources pour identifier et caractériser des lignées cellulaires viables.
Un autre problème clé est la stabilité génétique. Maintenir l'intégrité chromosomique est crucial, car une surveillance régulière des variations du nombre de copies (CNVs) et des variations d'un seul nucléotide (SNVs) est essentielle. Par exemple, une étude de décembre 2024 de l'Université Suranaree a révélé que les cellules souches musculaires porcines immortalisées par hTERT sont restées stables à travers de nombreux cycles.Cependant, le passage au-delà de 100 cycles a augmenté les risques tumorigeniques, soulignant un seuil de sécurité qui ne doit pas être négligé [7].
Les défis techniques incluent également l'adaptation en suspension et la transition vers des milieux sans sérum. Convertir des cellules primaires dépendantes de l'ancrage en suspensions monocellulaires adaptées à l'expansion dans des bioréacteurs à haute densité reste complexe. De même, concevoir des milieux sans sérum qui soutiennent une croissance cellulaire rapide tout en préservant le potentiel de différenciation continue d'être un obstacle majeur. Surmonter ces défis est crucial pour faire progresser la production de viande cultivée.
Opportunités futures en recherche et commercialisation
Malgré ces défis, la recherche découvre des stratégies prometteuses pour surmonter ces obstacles.Par exemple, l'immortalisation spontanée et les techniques de transdifférenciation émergent comme des solutions viables pour une production à grande échelle.
L'immortalisation spontanée offre une alternative non-OGM. En décembre 2022, Believer Meats a démontré que les fibroblastes de poulet immortalisés spontanément pouvaient atteindre des densités cellulaires de 10⁸ cellules par millilitre en culture continue, avec des rendements en biomasse atteignant 36% p/v [1] . Les essais sensoriels du produit de poulet cultivé résultant ont été très réussis, obtenant une note de 4,5 sur 5,0. Parmi 150 participants, 85% ont indiqué qu'ils étaient "extrêmement susceptibles" de remplacer la viande traditionnelle par ce produit [1].
Les techniques de transdifférenciation présentent une autre voie innovante.En utilisant des déclencheurs biochimiques tels que le PPARγ activé par la lécithine, les chercheurs peuvent convertir des fibroblastes immortalisés en adipocytes stockant les graisses sans modifications génétiques supplémentaires [1]. Cette méthode répond aux préoccupations réglementaires tout en élargissant les options de production. Pour soutenir ces avancées, des plateformes comme
Viande de laboratoire : une histoire d'amour | Dr. Natalie Rubio | TEDxTufts
Conclusion
Les lignées cellulaires immortalisées transforment l'industrie de la viande cultivée.En surmontant la sénescence cellulaire, ces lignées cellulaires éliminent le besoin de biopsies animales répétées, offrant une source de biomasse fiable et cohérente [1]. Cette fiabilité répond à un problème critique pour le secteur : la variabilité d'un lot à l'autre, qui peut compromettre à la fois la qualité du produit et la conformité réglementaire.
Les preuves de l'Université Tufts et de Believer Meats soulignent la viabilité de l'immortalisation génétique et spontanée pour atteindre des critères commerciaux. Par exemple, les cellules satellites bovines de Tufts ont démontré plus de 120 dédoublements tout en conservant leur capacité à se différencier en cellules musculaires [2]. De même, Believer Meats a atteint des rendements de biomasse de 36 % p/v et a rapporté des retours positifs des consommateurs [1]. Ces étapes ouvrent la voie pour relever les défis techniques et réglementaires restants.
Les progrès futurs dépendront de plusieurs facteurs clés : une surveillance génétique précise, l'utilisation de milieux sans sérum adaptés et des systèmes de culture en suspension optimisés. L'immortalisation spontanée offre une voie non-OGM, pouvant potentiellement faciliter les défis réglementaires, tandis que les techniques de transdifférenciation pourraient permettre à une seule lignée cellulaire de produire à la fois des composants musculaires et graisseux [1]. Comme l'ont observé le professeur Yaakov Nahmias et son équipe :
"l'immortalisation sans modification génétique et la fabrication à haut rendement sont essentielles pour la réalisation commerciale de la viande cultivée" [1]
Pour les équipes naviguant dans ces complexités, des plateformes comme
FAQ
Les cellules immortalisées sont-elles sûres à consommer dans la viande cultivée ?
Les cellules immortalisées, lorsqu'elles sont utilisées dans la viande cultivée, sont généralement considérées comme sûres pour la consommation après avoir été récoltées, stockées et cuites. Cela est dû au fait qu'elles subissent des méthodes de traitement comparables à celles appliquées à d'autres ingrédients alimentaires. Cependant, les discussions se poursuivent autour des préoccupations potentielles en matière de sécurité, principalement en raison de leur capacité unique à proliférer indéfiniment.
Comment les producteurs prouvent-ils qu'une lignée cellulaire immortalisée reste génétiquement stable ?
Les producteurs maintiennent la stabilité génétique des lignées cellulaires immortalisées grâce à des tests détaillés à travers de nombreux passages cellulaires. Ce processus implique des analyses génomiques, telles que le caryotypage et le séquençage du génome entier, pour identifier d'éventuelles mutations. De plus, des essais fonctionnels sont réalisés pour évaluer les capacités de croissance et de différenciation. En surveillant régulièrement le comportement cellulaire et les marqueurs génétiques, les producteurs s'assurent que ces lignées cellulaires restent stables et répondent aux exigences strictes de sécurité et de qualité essentielles à la production de viande cultivée.
Qu'est-ce qui rend une lignée cellulaire adaptée à la croissance en bioréacteur en suspension sans sérum ?
Pour la production évolutive de viande cultivée , une lignée cellulaire adaptée doit présenter plusieurs caractéristiques clés.Il devrait être immortalisé pour permettre une prolifération indéfinie, maintenir la stabilité génétique au fil du temps et démontrer une croissance rapide dans un environnement de bioréacteur en suspension sans sérum. Ces caractéristiques sont essentielles pour des processus de production efficaces et à grande échelle.
