Choisir entre les lignées cellulaires bovines et porcines est une décision cruciale pour la production de viande cultivée. Chaque type de cellule offre des avantages et des défis distincts, impactant l'évolutivité, les exigences en matière de milieu et la capacité à créer des produits de viande structurés. Voici un aperçu rapide :
- Les lignées cellulaires bovines sont bien adaptées à la production de tissu musculaire, en particulier pour des produits comme les steaks. Elles excellent dans le persillage mais rencontrent des défis avec la différenciation à long terme et nécessitent des modifications génétiques pour l'évolutivité.
- Les lignées cellulaires porcines sont idéales pour la production de graisse, avec une immortalisation spontanée et une croissance stable sur des centaines de doublages. Elles sont rentables pour la production à grande échelle mais peuvent nécessiter un timing précis pour la co-différenciation avec les cellules musculaires.
Comparaison Rapide
| Attribut | Lignes Cellulaires Bovines | Lignes Cellulaires Porcines |
|---|---|---|
| Temps de Doublement | ~39 heures (passages précoces) | 20–24 heures (passages précoces) |
| Immortalisation | Nécessite une modification génétique | Spontanée |
| Différenciation | Forte au début, diminue après ~25 doublements | Efficacité adipogénique stable (>200 doublements) |
| Coûts des Médias | Plus élevés en raison des facteurs de croissance recombinants | Moins élevés avec des médias supplémentés en hème |
| Adaptabilité à la Viande Structurée | Adapté pour le persillage et la séparation muscle-graisse | Efficace pour la co-différenciation graisse-muscle |
Les deux lignées cellulaires ont des forces et des limites uniques, ce qui rend le choix dépendant des objectifs du produit et des stratégies de production.
Comparaison des lignées cellulaires bovines et porcines pour la production de viande cultivée
Lignées cellulaires bovines
Applications dans la viande cultivée
Les lignées cellulaires bovines sont particulièrement adaptées à la production de produits de viande structurés comme les steaks et autres morceaux de choix. L'une de leurs caractéristiques remarquables est leur capacité à développer un persillage authentique - la graisse intramusculaire responsable de la saveur et de la texture distinctes du bœuf. Ce persillage est obtenu grâce au rôle des cellules satellites bovines (CSBs), qui forment le composant musculaire, et des progéniteurs fibro-adipogéniques (PFAs), qui génèrent de la graisse avec un profil d'acides gras presque identique à la graisse sous-cutanée bovine naturelle [2].
Créer un persillage approprié nécessite une coordination minutieuse pendant la différenciation. Contrairement aux systèmes porcins, qui peuvent différencier simultanément le muscle et la graisse, les systèmes bovins traitent généralement la différenciation des cellules myogéniques (formant le muscle) et adipogéniques (formant la graisse) séparément. Ces composants sont ensuite combinés pour obtenir un contrôle précis du ratio graisse-muscle. Bien que cette méthode permette une plus grande personnalisation, elle introduit également une complexité supplémentaire dans le processus de production [2].
Caractéristiques de Croissance
Bien que les cellules bovines soient efficaces pour générer à la fois du muscle et de la graisse, leur dynamique de croissance présente des défis pour la production à grande échelle. Un problème clé se pose avec les cellules satellites bovines, qui perdent leur capacité à se différencier à mesure qu'elles continuent de proliférer. Par exemple, les myoblastes bovins primaires peuvent subir entre 60 et 100 dédoublements de population tout en maintenant un caryotype normal.Cependant, leur capacité à fusionner en myotubes - une étape essentielle pour la formation du tissu musculaire - diminue considérablement après environ 25 duplications. Cette limitation crée un goulot d'étranglement pour l'augmentation de la production, qui nécessite environ 2,9×10¹¹ cellules par kilogramme de masse humide [7].
En mai 2023, des chercheurs du Centre pour l'Agriculture Cellulaire de l'Université Tufts ont abordé ce problème en développant des cellules satellites bovines génétiquement immortalisées (iBSCs). En introduisant la télomérase transcriptase inverse bovine (TERT) et la kinase dépendante des cyclines 4 (CDK4), ces cellules ont pu dépasser 120 duplications tout en formant des myotubes multinucléés. Andrew J.Stout de l'Université Tufts a souligné l'importance de cette percée:
"Pour que la viande cultivée réussisse à grande échelle, les cellules musculaires d'espèces alimentaires pertinentes doivent être étendues in vitro de manière rapide et fiable pour produire des millions de tonnes métriques de biomasse chaque année." [5]
La performance de croissance est également fortement influencée par des facteurs tels que la densité de semis et la formulation du milieu. Par exemple, les cellules souches dérivées du tissu adipeux bovin (bASCs) ont montré une croissance optimale à une densité de semis de 1 500 cellules/cm², atteignant une expansion de 28 fois dans des flacons agitateurs en utilisant une stratégie d'échange de milieu à 80% [1]. De plus, les milieux chimiquement définis sans sérum ont montré qu'ils soutiennent la croissance exponentielle des myoblastes bovins à des taux atteignant 97% de ceux obtenus avec des milieux contenant du sérum traditionnel [6] . Cela réduit non seulement les coûts, mais s'aligne également avec les considérations éthiques, ce qui en fait une approche prometteuse pour la production future.
Ces caractéristiques de croissance spécifiques aux bovins fournissent une base solide pour les comparer aux lignées cellulaires porcines dans le contexte de la production de viande cultivée.
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Lignées Cellulaires Porcines
Applications dans la Viande Cultivée
Les lignées cellulaires porcines sont essentielles pour produire des adipocytes uniloculaires matures qui ressemblent étroitement à la graisse de porc naturelle[9].
Un exemple remarquable est la lignée cellulaire FaTTy, créée par immortalisation spontanée. Cette lignée cellulaire démontre une efficacité adipogénique impressionnante d'environ 100 % sur 200 doublages, produisant des profils d'acides gras qui s'alignent étroitement avec ceux trouvés dans la graisse de porc native. Les adipocytes cultivés dérivés de cette lignée peuvent atteindre des volumes lipidiques aussi élevés que 96,670 μm³.Comme l'explique l'équipe de recherche FaTTy :
"FaTTy est une lignée cellulaire de bétail unique avec un phénotype adipogénique distinct caractérisé par la capacité à se différencier de manière fiable avec une haute efficacité sous diverses conditions de culture, et à générer des adipocytes matures affichant des profils d'acides gras comparables à la graisse native." [9]
Une autre lignée cellulaire notable, PK15H, prospère dans des concentrations élevées de milieu riche en hème allant jusqu'à 40 mM. Cette caractéristique aide à reproduire la couleur riche et la saveur fortement ferrugineuse typiques du porc traditionnel[3]. De plus, la graisse porcine cultivée peut être ajustée pour des compositions lipidiques plus saines, atteignant des ratios d'acides gras monoinsaturés à saturés de 3,2, comparé au ratio de 1,4 couramment trouvé dans le tissu natif[9].
Caractéristiques de Croissance
Les lignées cellulaires porcines ne sont pas seulement adeptes à la production de graisse, mais excellent également en termes de croissance et d'évolutivité. Elles présentent une expansion stable et rapide, ce qui les rend particulièrement adaptées à la production à grande échelle. Par exemple, la lignée FaTTy commence avec un temps de doublement de population de 20 à 24 heures, qui ne ralentit que légèrement à 22 à 36 heures entre les 140e et 190e doublements. Cette constance est révolutionnaire, car une seule cellule FaTTy étendue de 70 à 140 doublements de population pourrait théoriquement produire 106 tonnes de graisse en une période de différenciation de 11 jours[9] .
Un avantage majeur de ces lignées cellulaires est leur immortalisation spontanée, permettant une expansion à long terme sans besoin de modification génétique. Ce statut non-OGM est un atout réglementaire.En soulignant cela, le University of Ulsan College of Medicine a noté :
"Notre étude rapporte une culture de cellules porcines dans un milieu riche en hème qui peut être maintenue dans des conditions sans sérum." [3]
De plus, les cellules souches musculaires porcines montrent une évolutivité remarquable, avec des taux d'expansion de 10⁶ à 10⁷ fois, capables de produire entre 100 g et 1 kg de viande cultivée[10]. Les avancées dans les techniques de tri cellulaire, utilisant des marqueurs comme CD31, CD45, JAM1, ITGA5 et ITGA7, ont considérablement amélioré l'isolement des cellules souches musculaires de haute pureté. Ces méthodes offrent une augmentation de 20 % des taux de positivité PAX7 par rapport aux techniques plus anciennes[11]. Cette amélioration garantit que le potentiel myogénique est préservé à travers plusieurs passages, répondant au problème commun de la capacité de différenciation diminuée lors d'une expansion prolongée.
Ces avantages de croissance et de différenciation font des cellules porcines un choix remarquable par rapport aux cellules bovines pour la production de viande cultivée.
ICAN Webinaire sur les lignées cellulaires et les milieux de culture pour les applications de viande cultivée
Taux de croissance et prolifération comparés
Plongeons dans la comparaison des lignées cellulaires porcines et bovines en termes de croissance et de prolifération. Les lignées cellulaires porcines, telles que la lignée FaTTy spontanément immortalisée, sont notablement plus rapides. Leur temps de doublement initial de la population est de seulement 20 à 24 heures [9]. En revanche, les cellules satellites bovines, même lorsqu'elles sont cultivées dans des milieux optimisés sans sérum comme le Beefy-9, prennent environ 39 heures par doublement [12].
Les différences deviennent encore plus claires au fil de plusieurs passages.Les cellules satellites bovines primaires ont tendance à perdre à la fois leurs capacités de prolifération et de différenciation après environ 10 passages [2]. En revanche, la ligne porcine FaTTy a maintenu une efficacité adipogénique de presque 100% sur plus de 200 doublements de population. Même à des stades ultérieurs, leur temps de doublement n'augmente que modestement à 22–36 heures [9]. Une étude de mai 2022 de l'Université Tufts a souligné que les cellules bovines dans Beefy-9 ont atteint 18,2 doublements de population sur sept passages (28 jours) tout en conservant plus de 96% de stemness Pax7⁺ [12]. Pendant ce temps, un rapport de janvier 2025 de l'Université d'Édimbourg a confirmé que la ligne FaTTy a dépassé 200 doublements sans perdre son potentiel de différenciation [9].
Il y a aussi un contraste frappant dans la façon dont ces cellules atteignent l'immortalisation.Les cellules bovines nécessitent généralement une ingénierie génétique - souvent par la surexpression de TERT et CDK4 - pour soutenir une expansion à long terme au-delà de 120 doublages [5]. En comparaison, les cellules porcines comme la ligne FaTTy atteignent une immortalisation spontanée sans modification génétique. Cela offre un avantage réglementaire évident, surtout sur les marchés méfiants envers les OGM [9].
Tableau de comparaison
| Caractéristique | Cellules satellites bovines | MSCs porcines (ligne FaTTy) |
|---|---|---|
| Temps de doublement moyen | ~39 heures (sans sérum optimisé) [12] | 20–24 heures (passages précoces) [9] |
| Temps de doublement tardif | ~56 heures (à 18 doublements) [12] | ~36 heures (à 190 doublements) [9] |
| Stabilité de passage | Diminue après ~10 passages [2] | Stable pour >200 doublements [9] |
| Méthode d'immortalisation | Conçu (TERT/CDK4) [2] | Spontané [9] |
| Stémicité/Différenciation | >96% Pax7⁺ (jusqu'au passage 6) [12] | Efficacité adipogénique proche de 100% [9] |
Il est important de noter que les cellules satellites in vivo doublent en environ 17 heures, ce qui souligne la difficulté de reproduire les taux de croissance naturels in vitro [12].
Exigences en matière de médias et efficacité de différenciation
Dépendance aux médias comparée
Les coûts des médias peuvent dominer la production de viande cultivée, représentant souvent 55 % à 90 % des dépenses, et dans certains systèmes, dépassant même 99 % [3][12].
Pour les cellules bovines, une exigence courante est de 20 % de sérum fœtal bovin, qui coûte environ 290 £ par litre [12]. Une alternative sans sérum, Beefy-9, utilise un milieu basal B8 combiné avec de l'albumine humaine recombinante. Le prix standard pour Beefy-9 est d'environ 217 £ par litre, mais les commandes en gros peuvent réduire ce coût entre 46 £ et 74 £ par litre [12]. Cependant, des niveaux élevés d'albumine dans les milieux sans sérum peuvent entraver l'adhésion cellulaire, donc l'albumine recombinante est généralement ajoutée 24 heures après le passage [12].
Les lignées cellulaires porcines adoptent une approche différente pour l'adaptation sans sérum. Les cellules PK15, par exemple, utilisent des extraits d'hème bactérien de Corynebacterium [3]. L'hème réduit non seulement la dépendance au sérum, mais améliore également la saveur et la couleur. Cela dit, des concentrations supérieures à 10 mM peuvent devenir toxiques, bien que les cellules porcines puissent tolérer jusqu'à 40 mM grâce à la régulation à la hausse des gènes de détoxification [3] . Malgré cette tolérance, les cellules porcines cultivées dans un milieu enrichi en hème restent généralement viables pendant seulement 4 à 5 passages, tandis que les cellules bovines cultivées dans Beefy-9 peuvent soutenir la croissance pendant sept passages ou plus [3][12].
Les deux types de cellules dépendent fortement du facteur de croissance des fibroblastes-2 (FGF-2).Les cellules bovines, par exemple, peuvent maintenir une croissance à court terme même lorsque les niveaux de FGF-2 sont réduits de 40 ng/mL à 5 ng/mL [12]. De plus, l'utilisation de milieux à faible teneur en glucose (1 g/L) aide à conserver les marqueurs de pluripotence dans les cellules bovines [13].
Ces exigences spécifiques en matière de milieux sont cruciales lors de l'augmentation de la production et influencent directement l'efficacité de la différenciation.
Efficacité de la différenciation
Bien que les coûts des milieux soient un facteur important, l'efficacité de la différenciation joue également un rôle majeur dans la détermination de l'évolutivité de la viande cultivée.
Les cellules bovines rencontrent des défis avec l'efficacité de la différenciation à mesure qu'elles se développent. Par exemple, les myoblastes bovins de bovins Belgian Blue atteignent initialement un indice de fusion d'environ 55 % à 14 doublements de population, mais cela chute brusquement à moins de 10 % à 25 doublements [7].De même, les cellules bovines dérivées de fœtus commencent avec des indices de fusion plus élevés (environ 54,6 %) par rapport aux cellules dérivées d'adultes (environ 38,0 %), mais les deux subissent une diminution de la capacité de différenciation d'environ 6,81 % par passage [7].
Les cellules porcines, en revanche, montrent une performance plus stable. La souche de préadipocytes porcins immortalisée ISP-4 conserve une efficacité élevée de différenciation adipogénique pendant plus de 40 passages, atteignant une augmentation de 100 fois de l'accumulation de lipides au cours d'un protocole de différenciation de 8 jours [8]. Cela rend les cellules porcines particulièrement attrayantes pour la production de graisse, tandis que les cellules bovines sont mieux adaptées à la différenciation musculaire dans les premiers passages mais ont du mal à maintenir à long terme.
| Caractéristique | Cellules Satellites Bovines | Lignes Cellulaires Porcines |
|---|---|---|
| Indice de Fusion Initial | 38–55% (passage 0) [7] | Non spécifié pour le muscle |
| Longévité de Différenciation | Diminue fortement après ~25 doublages [7] | Maintient l'efficacité pendant plus de 40 passages (ISP-4 adipogénique) [8] |
| Longévité Sans Sérum | Soutient la croissance pendant 7+ passages [12] | Viable pour 4–5 passages (adapté à l'hème) [3] |
| Suppléments Clés | Albumine recombinante, FGF-2 [12] | Extrait d'hème, insuline, dexaméthasone [3][8] |
| Production de lipides | Minimal (focus musculaire) | Augmentation de 100 fois (ISP-4) [8] |
Adéquation pour les produits de viande structurée
Le choix des lignées cellulaires joue un rôle crucial non seulement dans la croissance et les conditions de milieu, mais aussi dans la structure des produits de viande cultivée. Lorsqu'il s'agit de reproduire la texture et l'apparence d'un steak ou d'une côtelette de porc, il est essentiel de trouver le bon équilibre entre les cellules graisseuses et musculaires.
Co-différenciation graisse-muscle
Les lignées cellulaires bovines et porcines se comportent différemment en matière de co-différenciation. Les cultures cellulaires bovines rencontrent souvent des défis tels que la prolifération excessive des FAP (progéniteurs fibro-adipogéniques), ce qui perturbe le développement musculaire en abaissant l'indice de fusion. De plus, les adipocytes dans ces cultures libèrent des signaux, tels que la myostatine et l'IL-6, qui bloquent l'expression de la myogénine, arrêtant ainsi la formation des fibres musculaires[16].
Pour remédier à cela, les chercheurs de Mosa Meat ont créé un milieu de croissance optimisé sans sérum (i-SFGM). Ce milieu inclut la triiodothyronine (T3) et une augmentation du HGF tout en excluant le PDGF-BB pour contrôler la prolifération excessive des FAP.Ils utilisent également des adiposphères modulaires (200–400 µm) pour garder les cellules graisseuses et musculaires physiquement séparées pendant les premières étapes de croissance[4][14].
Les lignées cellulaires porcines, en revanche, montrent une approche plus coordonnée de la co-différenciation. La souche de préadipocytes ISP-4, par exemple, fonctionne bien avec les cellules satellites musculaires porcines, produisant un persillage qui ressemble à la viande conventionnelle. Ce processus implique une phase d'induction adipogénique de 48 heures, suivie de 96 heures dans un sérum de cheval à 2% pour déclencher la myogenèse. Cela aboutit à des fibres musculaires matures entrelacées avec des adipocytes[8]. Cependant, les cellules satellites musculaires porcines ont tendance à avoir des capacités myogéniques plus faibles par rapport aux lignées modèles standard comme C2C12, nécessitant un timing précis pour s'assurer que les adipocytes ne dominent pas la culture[8].
Ces différences de différenciation soulignent les défis et opportunités uniques que chaque type de cellule présente pour l'augmentation de la production.
Défis de Scalabilité et de Production
La mise à l'échelle de la production de viande cultivée structurée nécessite une performance cellulaire cohérente. Les lignées cellulaires porcines ont tendance à être plus évolutives. Par exemple, la lignée FaTTy spontanément immortalisée maintient une efficacité adipogénique de près de 100 % sur 200 dédoublements de population[9]. L'expansion d'une lignée cellulaire porcine de 70 à 140 dédoublements pourrait théoriquement produire jusqu'à 106 tonnes de graisse[9]. De plus, la souche ISP-4 a démontré une augmentation de 40 fois de la densité cellulaire en six jours lorsqu'elle est cultivée sur des microporteurs dans un système de flacon agité[8].
"FaTTy est une lignée cellulaire de bétail unique avec un phénotype adipogénique distinct...ces caractéristiques, associées à sa nature non-OGM, font de FaTTy un outil fondamental très prometteur." – Nature Food, 2025[9]
Les lignées cellulaires bovines rencontrent plus d'obstacles. La contamination par FAP réduit leur capacité à se différencier efficacement en tissu musculaire[4]. De plus, le coût élevé des facteurs de croissance comme FGF-2 et TGF-β - représentant souvent plus de 90 % des dépenses en milieux - rend l'expansion des lignées cellulaires bovines plus coûteuse[17]. Ces cellules nécessitent également des revêtements spécialisés, tels que Laminin-521, pour favoriser l'adhésion des cellules satellites et minimiser l'interférence de FAP[4].
La production d'une tonne de viande cultivée implique environ 10¹³ cellules, et les produits structurés comme les morceaux entiers nécessitent des systèmes de production avancés, tels que des réacteurs à perfusion ou à lit fixe, pour soutenir les échafaudages 3D et biomatériaux nécessaires à leur développement[15].
Tableau de comparaison
| Attribut | Lignes cellulaires bovines | Lignes cellulaires porcines |
|---|---|---|
| Défi principal de mise à l'échelle | Surcroissance de FAP dans les cultures musculaires[4] | Adaptation à la culture en suspension/sans sérum[9] |
| Stabilité de différenciation | Diminue après ~10 passages[2] | Souches comme FaTTy stables pour >200 doublages[9] |
| Co-différenciation | Les adipocytes inhibent la myogenèse[16] | Prototypes de marbrage réussis[2][8] |
| Résistance Structurelle | Élevée; capable d'intégration muscle-graisse-tendon[14] | Modérée; se concentre sur la croissance des fibres alignées[14] |
| Adaptabilité à la Découpe Complète | Potentiel élevé, limité par l'interférence FAP[4] | Potentiel élevé grâce à une production stable de graisse 3D[9] |
| Défi de Texture | Cohésion réduite après cuisson[14] | Tendance à être plus tendre que le porc commercial[14] |
Conclusion
Choisir entre les lignées cellulaires bovines et porcines implique de trouver un équilibre entre leurs avantages et défis distincts dans la production de viande cultivée.Les cellules satellites bovines sont une voie directe pour créer du tissu musculaire squelettique et bénéficient des formulations de milieux sans sérum existantes comme Beefy-9 [2]. D'autre part, les lignées cellulaires porcines ont déjà été utilisées pour développer des prototypes de porc cultivé et montrent un potentiel de co-différenciation avec les cellules satellites pour créer des structures de viande persillée [2].
La mise à l'échelle reste un obstacle majeur. Les coûts des milieux et la mise à l'échelle des bioréacteurs représentent 55% à 90% des dépenses totales de production, et la disponibilité de lignées cellulaires optimisées est encore limitée, ralentissant ainsi le progrès commercial [3][2].
"Les lignées cellulaires utilisées dans la production de viande cultivée déterminent en fin de compte de nombreuses variables en aval à considérer." – GFI [2]
FAQs
Quelle lignée cellulaire est la meilleure pour les produits entiers comme les steaks ou les côtelettes ?
Les lignées cellulaires dérivées de cellules progénitrices résidentes du muscle, comme les cellules satellites, sont souvent idéales pour produire des produits entiers tels que les steaks ou les côtelettes. Ces cellules ont la capacité de se développer en tissu musculaire mature, créant la texture et la forme structurées nécessaires pour ces types de produits.
Comment choisir entre l'immortalisation génétique et l'immortalisation spontanée ?
Le choix de la méthode d'immortalisation des cellules pour la production de viande cultivée dépend de vos priorités, y compris la sécurité, l'évolutivité et les considérations réglementaires.
Immortalisation génétique implique l'introduction de gènes spécifiques, tels que la télomérase, pour obtenir un contrôle précis sur la capacité des cellules à se diviser indéfiniment.Bien que cette méthode offre prévisibilité et cohérence, elle peut soulever des préoccupations concernant la modification génétique et les risques potentiels, tels que la tumorigénicité.
D'un autre côté, l'immortalisation spontanée se produit naturellement au fil du temps dans les cultures cellulaires à long terme. Cette approche évite l'ingénierie génétique, ce qui pourrait faciliter l'approbation réglementaire et augmenter l'acceptation parmi les consommateurs méfiants de la modification génétique.
Les deux méthodes ont leurs forces et leurs défis, offrant différents chemins vers une production de viande cultivée à grande échelle. Le choix dépend finalement de l'équilibre entre le contrôle, les obstacles réglementaires et la confiance des consommateurs.
Quel est le principal facteur de coût dans les médias pour les cellules bovines vs porcines ?
La plus grande dépense dans la production de médias pour les cellules bovines et porcines se résume au coût et à la complexité de ses composants.Développer et peaufiner les formulations de milieux est un obstacle majeur, surtout que les milieux représentent au moins 50 % des coûts d'exploitation variables. En plus de cela, les ajustements adaptés à chaque espèce ajoutent une autre couche de complexité. Ces aspects jouent un rôle majeur dans la détermination des coûts de production globaux de la viande cultivée.
