Escolher entre linhas celulares bovinas e suínas é uma decisão crítica para a produção de carne cultivada. Cada tipo de célula oferece vantagens e desafios distintos, impactando a escalabilidade, os requisitos de meio e a capacidade de criar produtos de carne estruturados. Aqui está uma visão geral rápida:
- Linhas celulares bovinas são bem adequadas para a produção de tecido muscular, particularmente para produtos como bifes. Elas se destacam no marmoreio, mas enfrentam desafios com a diferenciação a longo prazo e requerem modificações genéticas para escalabilidade.
- Linhas celulares suínas são ideais para a produção de gordura, com imortalização espontânea e crescimento estável ao longo de centenas de duplicações. Elas são econômicas para produção em larga escala, mas podem exigir um tempo preciso para co-diferenciação com células musculares.
Comparação Rápida
| Atributo | Linhagens Celulares Bovinas | Linhagens Celulares Suínas |
|---|---|---|
| Tempo de Duplicação | ~39 horas (passagens iniciais) | 20–24 horas (passagens iniciais) |
| Imortalização | Requer modificação genética | Espontânea |
| Diferenciação | Forte no início, declina após ~25 duplicações | Eficiência adipogênica estável (>200 duplicações) |
| Custos de Mídia | Mais altos devido a fatores de crescimento recombinantes | Mais baixos com mídia suplementada com heme |
| Adequação para Carne Estruturada | Adequado para marmoreio e separação músculo-gordura | Eficaz para co-diferenciação gordura-músculo |
Ambas as linhas celulares têm pontos fortes e limitações únicos, tornando a escolha dependente dos objetivos do produto e das estratégias de produção.
Comparação de Linhas Celulares Bovinas vs Suínas para Produção de Carne Cultivada
Linhas Celulares Bovinas
Aplicações na Carne Cultivada
Linhas celulares bovinas são particularmente adequadas para a produção de produtos de carne estruturada, como bifes e outros cortes premium. Uma de suas características marcantes é a capacidade de desenvolver marmoreio autêntico - a gordura intramuscular responsável pelo sabor e textura distintos da carne bovina. Este marmoreio é alcançado através do papel das células satélites bovinas (BSCs), que formam o componente muscular, e dos progenitores fibro-adipogênicos (FAPs), que geram gordura com um perfil de ácidos graxos quase idêntico à gordura subcutânea bovina natural [2].
Criar um marmoreio adequado requer coordenação cuidadosa durante a diferenciação.Ao contrário dos sistemas suínos, que podem diferenciar simultaneamente músculo e gordura, os sistemas bovinos normalmente lidam com a diferenciação de células miogênicas (formadoras de músculo) e adipogênicas (formadoras de gordura) separadamente. Esses componentes são então combinados para alcançar um controle preciso sobre a proporção de gordura para músculo. Embora esse método permita maior personalização, ele também introduz complexidade adicional ao processo de produção [2].
Características de Crescimento
Embora as células bovinas sejam eficazes na geração de músculo e gordura, suas dinâmicas de crescimento apresentam desafios para a produção em larga escala. Um problema chave surge com as células satélites bovinas, que perdem a capacidade de se diferenciar à medida que continuam a proliferar. Por exemplo, os mioblastos bovinos primários podem passar por entre 60 e 100 duplicações populacionais enquanto mantêm um cariótipo normal.No entanto, sua capacidade de se fundir em miotubos - um passo essencial para a formação do tecido muscular - cai significativamente após cerca de 25 duplicações. Esta limitação cria um gargalo para aumentar a produção, que requer aproximadamente 2,9×10¹¹ células por quilograma de massa úmida [7].
Em maio de 2023, pesquisadores do Centro de Agricultura Celular da Universidade Tufts abordaram essa questão desenvolvendo células satélites bovinas geneticamente imortalizadas (iBSCs). Ao introduzir a telomerase bovina transcriptase reversa (TERT) e a quinase dependente de ciclina 4 (CDK4), essas células foram capazes de superar 120 duplicações enquanto ainda formavam miotubos multinucleados. Andrew J.Stout da Universidade Tufts enfatizou a importância deste avanço:
"Para que a carne cultivada tenha sucesso em larga escala, as células musculares de espécies relevantes para a alimentação devem ser expandidas in vitro de maneira rápida e confiável para produzir milhões de toneladas métricas de biomassa anualmente." [5]
O desempenho de crescimento também é fortemente influenciado por fatores como densidade de semeadura e formulação do meio. Por exemplo, células-tronco derivadas de tecido adiposo bovino (bASCs) mostraram crescimento ideal em uma densidade de semeadura de 1.500 células/cm², alcançando uma expansão de 28 vezes em frascos de agitação ao usar uma estratégia de troca de meio de 80% [1]. Além disso, meios quimicamente definidos sem soro demonstraram suportar o crescimento exponencial de mioblastos bovinos em taxas que atingem 97% daquelas alcançadas com meios tradicionais contendo soro [6] .Isso não apenas reduz custos, mas também se alinha com considerações éticas, tornando-se uma abordagem promissora para a produção futura.
Essas características de crescimento específicas de bovinos fornecem uma base sólida para compará-las com linhas celulares suínas no contexto da produção de carne cultivada.
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Linhas Celulares Suínas
Aplicações na Carne Cultivada
Linhas celulares suínas são fundamentais na produção de adipócitos uniloculares maduros que se assemelham de perto à gordura natural de porco[9].
Um exemplo notável é a linha celular FaTTy, criada através de imortalização espontânea. Esta linha celular demonstra uma impressionante eficiência adipogênica de ~100% ao longo de 200 duplicações, produzindo perfis de ácidos graxos que se alinham de perto com aqueles encontrados na gordura de porco nativa. Adipócitos cultivados derivados desta linha podem atingir volumes lipídicos de até 96.670 μm³.Conforme explica a Equipe de Pesquisa FaTTy:
"FaTTy é uma linha celular de gado única com um fenótipo adipogênico distinto, caracterizada pela capacidade de se diferenciar de forma confiável com alta eficiência sob uma variedade de condições de cultura, e de gerar adipócitos maduros exibindo perfis de ácidos graxos comparáveis à gordura nativa." [9]
Outra linha celular notável, PK15H, prospera em concentrações de mídia ricas em heme de até 40 mM. Esta característica ajuda a replicar a cor rica e o sabor carregado de ferro típicos da carne de porco tradicional[3]. Além disso, a gordura suína cultivada pode ser ajustada para composições lipídicas mais saudáveis, alcançando razões de ácidos graxos monoinsaturados para saturados de 3,2, em comparação com a razão de 1,4 comumente encontrada no tecido nativo[9].
Características de Crescimento
As linhas celulares suínas não são apenas adeptas na produção de gordura, mas também se destacam em termos de crescimento e escalabilidade. Elas exibem uma expansão estável e rápida, tornando-as particularmente adequadas para produção em larga escala. Por exemplo, a linha FaTTy começa com um tempo de duplicação populacional de 20–24 horas, que só desacelera ligeiramente para 22–36 horas entre a 140ª e a 190ª duplicações. Essa consistência é revolucionária, já que uma única célula FaTTy expandida de 70 para 140 duplicações populacionais poderia teoricamente produzir 106 toneladas de gordura dentro de um período de diferenciação de 11 dias[9] .
Uma grande vantagem dessas linhas celulares é sua imortalização espontânea, permitindo uma expansão a longo prazo sem a necessidade de modificação genética. Este status não-OGM é uma vitória regulatória.Destacando isso, a Universidade de Ulsan College of Medicine observou:
"Nosso estudo relata uma célula suína cultivável em meio rico em heme que pode ser mantida em condições sem soro." [3]
Além disso, células-tronco musculares suínas mostram escalabilidade notável, com taxas de expansão de 10⁶ a 10⁷ vezes, capazes de produzir entre 100 g e 1 kg de carne cultivada[10]. Avanços em técnicas de classificação celular, usando marcadores como CD31, CD45, JAM1, ITGA5 e ITGA7, melhoraram significativamente o isolamento de células-tronco musculares de alta pureza. Esses métodos oferecem um aumento de 20% nas taxas de positividade de PAX7 em comparação com técnicas mais antigas[11]. Esta melhoria garante que o potencial miogênico seja preservado em várias passagens, abordando o problema comum de capacidade de diferenciação diminuída durante a expansão prolongada.
Essas vantagens de crescimento e diferenciação tornam as células suínas uma escolha destacada em relação às células bovinas para a produção de carne cultivada.
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Taxas de Crescimento e Proliferação Comparadas
Vamos nos aprofundar em como as linhas celulares suínas e bovinas se comparam em termos de crescimento e proliferação. linhas celulares suínas, como a linha FaTTy espontaneamente imortalizada, são notavelmente mais rápidas. Seu tempo de duplicação populacional inicial é de apenas 20–24 horas [9]. Em contraste, células satélites bovinas, mesmo quando cultivadas em meios otimizados sem soro como Beefy-9, levam cerca de 39 horas por duplicação [12].
As diferenças tornam-se ainda mais claras ao longo de múltiplas passagens.As células satélites bovinas primárias tendem a perder tanto suas habilidades de proliferação quanto de diferenciação após cerca de 10 passagens [2]. Por outro lado, a linha suína FaTTy manteve quase 100% de eficiência adipogênica em mais de 200 duplicações populacionais. Mesmo em estágios posteriores, seu tempo de duplicação aumenta modestamente para 22–36 horas [9]. Um estudo de maio de 2022 da Universidade Tufts destacou que células bovinas no Beefy-9 alcançaram 18,2 duplicações populacionais ao longo de sete passagens (28 dias) enquanto mantinham mais de 96% de stemness Pax7⁺ [12]. Enquanto isso, um relatório de janeiro de 2025 da Universidade de Edimburgo confirmou que a linha FaTTy superou 200 duplicações sem perder seu potencial de diferenciação [9].
Há também um contraste marcante em como essas células alcançam a imortalização.Células bovinas geralmente precisam de engenharia genética - comumente através da superexpressão de TERT e CDK4 - para sustentar a expansão a longo prazo além de 120 duplicações [5]. Em comparação, células suínas como a linha FaTTy alcançam imortalização espontânea sem modificação genética. Isso oferece uma vantagem regulatória clara, especialmente em mercados cautelosos com OGMs [9].
htmlTabela de Comparação
| Recurso | Células Satélite Bovinas | MSCs Suínas (Linha FaTTy) |
|---|---|---|
| Tempo Médio de Duplicação | ~39 horas (soro otimizado sem soro) [12] | 20–24 horas (passagens iniciais) [9] |
| Tempo de Duplicação em Passagens Tardias | ~56 horas (em 18 duplicações) [12] | ~36 horas (em 190 duplicações) [9] |
| Estabilidade de Passagem | Declina após ~10 passagens [2] | Estável por >200 duplicações [9] |
| Método de Imortalização | Engenharia (TERT/CDK4) [2] | Espontâneo [9] |
| Estaminalidade/Diferenciação | >96% Pax7⁺ (até a passagem 6) [12] | Eficiência adipogênica próxima de 100% [9] |
Vale a pena notar que as células satélites in vivo dobram em aproximadamente 17 horas, o que destaca a dificuldade de igualar as taxas de crescimento natural in vitro [12].
Requisitos de Mídia e Eficiência de Diferenciação
Dependência de Mídia Comparada
Os custos de mídia podem dominar a produção de carne cultivada, muitas vezes representando de 55% a 90% das despesas, e em alguns sistemas, até mesmo excedendo 99% [3][12].
Para células bovinas, um requisito comum é 20% de soro fetal bovino, que custa cerca de £290 por litro [12]. Uma alternativa sem soro, Beefy-9, usa um meio basal B8 combinado com albumina humana recombinante. O preço padrão para Beefy-9 é aproximadamente £217 por litro, mas pedidos em grande quantidade podem reduzir isso para entre £46 e £74 por litro [12]. No entanto, altos níveis de albumina em meios sem soro podem dificultar a adesão celular, então a albumina recombinante é tipicamente adicionada 24 horas após a passagem [12].
As linhagens celulares suínas adotam uma abordagem diferente para adaptação sem soro. As células PK15, por exemplo, utilizam extratos de heme bacteriano de Corynebacterium [3]. O heme não só reduz a dependência de soro, mas também melhora o sabor e a cor. Dito isso, concentrações acima de 10 mM podem se tornar tóxicas, embora as células suínas possam tolerar até 40 mM devido à regulação positiva de genes de desintoxicação [3]. Apesar dessa tolerância, as células suínas cultivadas em meio suplementado com heme geralmente permanecem viáveis por apenas 4–5 passagens, enquanto as células bovinas cultivadas em Beefy-9 podem sustentar o crescimento por sete ou mais passagens [3][12].
Ambos os tipos de células dependem fortemente do fator de crescimento de fibroblastos-2 (FGF-2).Células bovinas, por exemplo, podem manter o crescimento a curto prazo mesmo quando os níveis de FGF-2 são reduzidos de 40 ng/mL para 5 ng/mL [12]. Além disso, o uso de meio de baixa glicose (1 g/L) ajuda a reter marcadores de pluripotência em células bovinas [13].
Esses requisitos específicos de meio são críticos ao escalar a produção e influenciam diretamente a eficiência de diferenciação.
Eficiência de Diferenciação
Embora os custos de meio sejam um fator significativo, a eficiência de diferenciação também desempenha um papel importante na determinação da escalabilidade da carne cultivada.
Células bovinas enfrentam desafios com a eficiência de diferenciação à medida que se expandem. Por exemplo, mioblastos bovinos de gado Belgian Blue inicialmente alcançam um índice de fusão de cerca de 55% em 14 duplicações populacionais, mas isso cai drasticamente para menos de 10% em 25 duplicações [7].Da mesma forma, as células bovinas derivadas de fetos começam com índices de fusão mais altos (cerca de 54,6%) em comparação com células derivadas de adultos (aproximadamente 38,0%), mas ambas experimentam um declínio na capacidade de diferenciação de cerca de 6,81% por passagem [7].
As células suínas, por outro lado, mostram um desempenho mais estável. A linhagem imortalizada de pré-adipócitos suínos ISP-4 mantém alta eficiência de diferenciação adipogênica por mais de 40 passagens, alcançando um aumento de 100 vezes na acumulação de lipídios durante um protocolo de diferenciação de 8 dias [8]. Isso torna as células suínas particularmente atraentes para a produção de gordura, enquanto as células bovinas são mais adequadas para a diferenciação muscular nas passagens iniciais, mas têm dificuldades com a manutenção a longo prazo.
| Recurso | Células Satélite Bovinas | Linhagens Celulares Suínas |
|---|---|---|
| Índice de Fusão Inicial | 38–55% (passagem 0) [7] | Não especificado para músculo |
| Longevidade de Diferenciação | Declina acentuadamente após ~25 duplicações [7] | Mantém eficiência por mais de 40 passagens (ISP-4 adipogênico) [8] |
| Longevidade sem Soro | Sustenta crescimento por mais de 7 passagens [12] | Viável por 4–5 passagens (adaptado a heme) [3] |
| Suplementos Chave | Albumina recombinante, FGF-2 [12] | Extrato de heme, insulina, dexametasona [3][8] |
| Produção de Lipídios | Mínimo (foco em músculo) | Aumento de 100 vezes (ISP-4) [8] |
Adequação para Produtos de Carne Estruturada
A escolha das linhas celulares desempenha um papel crucial na definição não apenas das condições de crescimento e meio, mas também da estrutura dos produtos de carne cultivada.Quando se busca replicar a textura e a aparência de um bife ou costeleta de porco, equilibrar as células de gordura e músculo nas proporções corretas é essencial.
Co-Diferenciação de Gordura-Músculo
As linhas celulares bovinas e suínas se comportam de maneira diferente quando se trata de co-diferenciação. Culturas de células bovinas frequentemente enfrentam desafios como o crescimento excessivo de FAP (progenitor fibro-adipogênico), que interrompe o desenvolvimento muscular ao reduzir o índice de fusão. Além disso, os adipócitos nessas culturas liberam sinais, como miostatina e IL-6, que bloqueiam a expressão de miogenina, efetivamente interrompendo a formação de fibras musculares[16].
Para resolver isso, pesquisadores da Mosa Meat criaram um meio de crescimento otimizado sem soro (i-SFGM). Este meio inclui triiodotironina (T3) e aumento de HGF, enquanto exclui PDGF-BB para controlar o crescimento excessivo de FAP.Eles também usam adiposferas modulares (200–400 µm) para manter as células de gordura e músculo fisicamente separadas durante os estágios iniciais de crescimento[4][14] .
As linhagens celulares suínas, por outro lado, mostram uma abordagem mais coordenada para a co-diferenciação. A linhagem de pré-adipócitos ISP-4, por exemplo, funciona bem com células satélites musculares suínas, produzindo marmoreio que se assemelha à carne convencional. Este processo envolve uma fase de indução adipogênica de 48 horas, seguida por 96 horas em 2% de soro de cavalo para desencadear a miogênese. Isso resulta em fibras musculares maduras entrelaçadas com adipócitos[8]. No entanto, as células satélites musculares suínas tendem a ter capacidades miogênicas mais fracas em comparação com linhas modelo padrão como C2C12, exigindo um tempo preciso para garantir que os adipócitos não dominem a cultura[8].
Essas diferenças na diferenciação destacam os desafios e oportunidades únicos que cada tipo de célula apresenta para aumentar a produção.
Desafios de Escalabilidade e Produção
Escalar a produção de carne cultivada estruturada requer desempenho celular consistente. Linhas celulares suínas tendem a ser mais escaláveis. Por exemplo, a linha FaTTy espontaneamente imortalizada mantém quase 100% de eficiência adipogênica ao longo de 200 duplicações populacionais[9]. Expandir uma linha celular suína de 70 para 140 duplicações poderia teoricamente produzir até 106 toneladas de gordura[9]. Além disso, a cepa ISP-4 demonstrou um aumento de 40 vezes na densidade celular em seis dias quando cultivada em microcarregadores em um sistema de frasco agitador[8].
"FaTTy é uma linha celular de gado única com fenótipo adipogênico distinto...essas características, juntamente com sua natureza não-OGM, fazem do FaTTy uma ferramenta fundamental altamente promissora." – Nature Food, 2025[9]
As linhas celulares bovinas enfrentam mais obstáculos. A contaminação por FAP reduz sua capacidade de se diferenciar efetivamente em tecido muscular[4]. Além disso, o alto custo de fatores de crescimento como FGF-2 e TGF-β - frequentemente representando mais de 90% das despesas com meios de cultura - torna a escalabilidade das linhas celulares bovinas mais cara[17]. Essas células também requerem revestimentos especializados, como Laminina-521, para promover a adesão de células satélites e minimizar a interferência de FAP[4].
A produção de uma tonelada de carne cultivada envolve cerca de 10¹³ células, e produtos estruturados como cortes inteiros requerem sistemas de produção avançados, como perfusão ou reatores de leito fixo, para suportar os andaimes 3D e biomateriais necessários para seu desenvolvimento[15].
Tabela de Comparação
| Atributo | Linhagens Celulares Bovinas | Linhagens Celulares Suínas |
|---|---|---|
| Desafio Primário de Escalabilidade | Crescimento excessivo de FAP em culturas musculares[4] | Adaptação à cultura em suspensão/sem soro[9] |
| Estabilidade de Diferenciação | Declina após ~10 passagens[2] | Linhas como FaTTy estáveis por >200 duplicações[9] |
| Co-Diferenciação | Adipócitos inibem a miogênese[16] | Prototipos de marmoreio bem-sucedidos alcançados[2][8] |
| Força Estrutural | Alta; capaz de integração músculo-gordura-tendão[14] | Moderada; foco no crescimento de fibras alinhadas[14] |
| Adequação para Corte Inteiro | Alto potencial, limitado pela interferência FAP[4] | Alto potencial devido à produção estável de gordura 3D[9] |
| Desafio de Textura | Coesão reduzida após o cozimento[14] | Tende a ser mais macio do que carne suína comercial[14] |
Conclusão
Decidir entre linhas celulares bovinas e suínas envolve equilibrar seus distintos benefícios e desafios na produção de carne cultivada.As células satélites bovinas são um caminho direto para a criação de tecido muscular esquelético e se beneficiam de formulações de meio sem soro existentes, como Beefy-9 [2]. Por outro lado, linhas celulares suínas já foram usadas para desenvolver protótipos de carne suína cultivada e mostram potencial em co-diferenciar com células satélites para criar estruturas de carne marmorizada [2].
A escalabilidade continua sendo um grande obstáculo. Os custos de mídia e a escalabilidade de biorreatores representam 55%–90% das despesas totais de produção, e a disponibilidade de linhas celulares otimizadas ainda é limitada, retardando o progresso comercial [3][2].
"As linhas celulares usadas na produção de carne cultivada determinam, em última análise, muitas das variáveis a jusante a serem consideradas." – GFI [2]
Perguntas Frequentes
Qual linha celular é melhor para produtos inteiros como bifes ou costeletas?
Linhas celulares derivadas de células progenitoras residentes no músculo, como células satélites, são frequentemente ideais para produzir produtos inteiros, como bifes ou costeletas. Essas células têm a capacidade de se desenvolver em tecido muscular maduro, criando a textura e a forma estruturadas necessárias para esses tipos de produtos.
Como escolher entre imortalização genética e imortalização espontânea?
Escolher como imortalizar células para a produção de carne cultivada depende de suas prioridades, incluindo segurança, escalabilidade e considerações regulatórias.
Imortalização genética envolve a introdução de genes específicos, como a telomerase, para alcançar um controle preciso sobre a capacidade das células de se dividirem indefinidamente.Embora este método ofereça previsibilidade e consistência, pode levantar preocupações sobre modificação genética e riscos potenciais, como tumorigenicidade.
Por outro lado, imortalização espontânea ocorre naturalmente ao longo do tempo em culturas celulares de longo prazo. Esta abordagem evita a engenharia genética, o que pode facilitar a aprovação regulatória e aumentar a aceitação entre os consumidores cautelosos com a modificação genética.
Ambos os métodos têm suas forças e desafios, oferecendo diferentes caminhos para a produção escalável de carne cultivada. A escolha depende, em última análise, do equilíbrio entre controle, obstáculos regulatórios e confiança do consumidor.
Qual é o maior fator de custo na mídia para células bovinas vs suínas?
A maior despesa na produção de mídia para células bovinas e suínas se resume ao custo e à complexidade de seus componentes.Desenvolver e ajustar formulações de meios de cultura é um grande obstáculo, especialmente porque os meios representam pelo menos 50% dos custos operacionais variáveis. Além disso, ajustes personalizados para cada espécie adicionam outra camada de complexidade. Esses aspectos desempenham um papel importante na definição dos custos totais de produção de carne cultivada.
