Mídia sem soro (SFM) é crítica para a produção de carne cultivada, substituindo soro derivado de animais como FBS para abordar preocupações éticas e exigências regulatórias. No entanto, seu alto custo - muitas vezes mais de 50% das despesas de produção - é uma grande barreira para a viabilidade comercial. Aqui está o que você precisa saber:
- Principais Fatores de Custo: Fatores de crescimento como FGF-2 e TGF-β dominam os custos de SFM, contribuindo com até 98% em algumas formulações. Proteínas recombinantes como albumina também são significativas.
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Estratégias de Redução de Custos:
- Use materiais de grau alimentício, que são até 82% mais baratos do que insumos de grau farmacêutico.
- Empregue tecnologias de reciclagem de mídia para reduzir o desperdício e melhorar a eficiência.
- Desenvolva métodos de produção de fatores de crescimento econômicos, como agricultura molecular ou engenharia genética de linhas celulares.
- Impacto da Escala: Biorreatores maiores (e.g., 260.000 L reatores de levantamento de ar) podem reduzir os custos em mais de 50%. Inovações em escala piloto reduziram os custos de SFM para até £0,06 por litro.
- Desafios: Altos riscos de contaminação, fornecimento limitado de proteínas recombinantes e a necessidade de fatores de crescimento estáveis e de baixo custo.
Reduzir os custos de SFM é essencial para produzir carne cultivada a preços competitivos. Avanços atuais, como fabricação contínua e substituições de grau alimentício, estão aproximando a indústria desse objetivo.
Dr.Peter Stogios: Fatores de crescimento de baixo custo para meios sem soro
Análise de Custos de Meios Sem Soro
Análise de Custos de Meios Sem Soro: Fatores de Crescimento vs Componentes Basais
Principais Componentes de Custo
Quando se trata de meios sem soro, os fatores de crescimento e proteínas recombinantes dominam a estrutura de custos, muitas vezes representando mais de 95% do custo total. Por exemplo, no meio Essential 8, dois fatores de crescimento específicos são responsáveis por quase todos os custos. No meio Beefy-9, albumina, FGF-2 e insulina juntos representam cerca de 60% do custo total [2].
Por outro lado, os componentes do meio basal - como aminoácidos, glicose, vitaminas e sais - contribuem com apenas uma pequena fração. No Essential 8, o meio basal representa apenas 1,4% dos custos, enquanto no Avian SFM, sobe para 11% [2].Buffers, hormônios e outros suplementos adicionam ainda menos, totalizando menos de 0,2% [2].
Essas diferenças na distribuição de custos destacam o potencial para economias significativas ao considerar graus alternativos de ingredientes, como opções de grau alimentício.
Insumos de Grau Farmacêutico vs Grau Alimentício
A diferença de custo entre ingredientes de grau farmacêutico e grau alimentício é impressionante. Em média, os componentes de grau alimentício são 82% mais baratos do que seus equivalentes de grau farmacêutico quando comprados em escala de 1 kg [2]. Alguns ingredientes de grau farmacêutico podem ser até 90% mais caros. Por exemplo, a L-glutamina custa £344/kg em grau farmacêutico versus £33/kg para grau alimentício. Da mesma forma, a glicose custa £83/kg em comparação com £10/kg, e o cloreto de sódio é £63/kg versus £12/kg [2].
As empresas já demonstraram o potencial dos materiais de grau alimentício.Mosa Meat, em colaboração com a Nutreco, substituiu com sucesso 99,2% de sua alimentação basal de células (por peso) por componentes de qualidade alimentar, alcançando crescimento celular comparável ao meio de grau farmacêutico [2]. A IntegriCulture adotou uma abordagem diferente ao simplificar seu meio de 31 componentes para 16, substituindo certos aminoácidos por extrato de levedura de qualidade alimentar para criar sua formulação "I-MEM2.0" [2].
Essas substituições impactam significativamente o custo do meio, reduzindo o preço por litro de formulações sem soro.
Custos de Meio por Quilograma de Carne Cultivada
O custo do meio por litro desempenha um papel crítico na determinação do preço geral da carne cultivada. Em agosto de 2024, Believer Meats apresentou um meio sem soro custando apenas £0,50 por litro [1][2].Até junho de 2025, Clever Carnivore em Chicago reduziu ainda mais os custos, alcançando £0,06 por litro em escala piloto através da produção interna de fatores de crescimento [6]. Outras empresas relataram preços competitivos, incluindo £0,18 por litro (Gourmey) e £0,22 por litro (Meatly) [6].
Esses avanços na redução de custos afetam diretamente o preço por quilograma de carne cultivada. Por exemplo, usando um reator de elevação de ar de 260.000 L, o custo de produção para carne bovina cultivada é estimado em £10,20 por kg. Em contraste, biorreatores menores de tanque agitado de 42.000 L resultam em um custo mais alto de £23,90 por kg [7]. A Believer Meats prevê que seu meio de £0,50 por litro poderia permitir que o frango cultivado fosse produzido a £4,90 por lb (£10,80 por kg), alinhando-o com o preço do frango orgânico [1][2].
Modelos Econômicos para Produção de Meios sem Soro
Abordagens de Modelagem
A análise tecnoeconômica (TEA) é um método chave para avaliar o potencial comercial da produção de meios sem soro. Esta abordagem combina engenharia de processos com estimativa de custos, emprestando técnicas de indústrias de bioprocessamento em larga escala para avaliar tanto as despesas de capital quanto as operacionais [4][5].
Um foco principal desses modelos é a comparação entre sistemas de batelada alimentada e perfusão para determinar qual é mais eficiente em termos de custo. A tecnologia de perfusão, particularmente a filtração por fluxo tangencial (TFF), tem ganhado atenção devido à sua capacidade de sustentar densidades celulares mais altas e permitir a colheita contínua ao longo de um período de 20 dias [1][5].A análise de sensibilidade é frequentemente usada para identificar os principais fatores de custo - como escala do biorreator, densidade celular e preços de fatores de crescimento - que mais influenciam o custo final de produção [1][4]. Esses insights são cruciais para validar modelos teóricos com dados do mundo real.
Outra estratégia emergente, previsão de consistência de demanda, examina como os custos de aminoácidos e fatores de crescimento de proteínas podem mudar quando a produção passa de níveis farmacêuticos para níveis industriais de alimentos [5]. Alguns modelos agora integram dados de laboratório de culturas de alta densidade para refinar essas previsões, tornando as previsões de custo mais precisas [1]. Esses avanços na modelagem estabelecem as bases para a validação empírica.
Resultados de Estudos Principais
A pesquisa empírica está agora colocando esses modelos teóricos à prova.Em agosto de 2024, pesquisadores da Universidade Hebraica de Jerusalém e da Believer Meats apresentaram a produção contínua de frango cultivado usando filtração por fluxo tangencial. Operando com um sistema piloto de 300 L, eles desenvolveram um modelo para uma instalação de 50.000 L, alcançando densidades celulares de 130 milhões de células/ml. Esta configuração resultou em um custo de mídia de £0,51 por litro e um custo final projetado do produto de £5,02 por libra (£11,07 por quilograma) [1].
"A manufatura contínua pode oferecer reduções de custo para a ampliação da produção de carne cultivada." - Yaakov Nahmias, Universidade Hebraica de Jerusalém [1]
Outros estudos estimaram os custos de produção para massa celular úmida em £29,97 por quilograma para sistemas de batelada alimentada e £41,31 por quilograma para sistemas de perfusão [5].Alcançar um ponto de preço competitivo para consumo em larga escala geralmente requer a redução de custos para cerca de £20,25 por quilograma de massa celular úmida [5]. Embora os sistemas de perfusão ofereçam benefícios operacionais, seus custos mais altos estão ligados às despesas de biorreatores menores e consumíveis específicos de perfusão [5].
Como a Escala Afeta os Custos
Aumentar a produção é uma das maneiras mais eficazes de reduzir os custos. Aumentar os volumes dos biorreatores de 42.000 L para 210.000 L pode reduzir o custo dos bens vendidos em aproximadamente 31,5%. Além disso, a transição para reatores de levantamento de ar de 260.000 L pode cortar os custos em mais de 50% em comparação com configurações menores [7].
Operações em maior escala também se beneficiam da produção interna de matérias-primas como sais, vitaminas e aminoácidos, o que reduz ainda mais as despesas [6].Por exemplo, em junho de 2025, a startup Clever Carnivore, com sede em Chicago, relatou alcançar um custo de mídia de apenas £0,06 por litro em escala piloto. Eles conseguiram isso otimizando a aquisição de matérias-primas e a preparação interna, enquanto mantinham os custos de construção das instalações abaixo de £3,64 milhões [6].
"A viabilidade da ampliação pode depender de áreas de economia de custos, como o uso de componentes de mídia à base de plantas, condições assépticas de qualidade alimentar e ampla otimização da cadeia de suprimentos." - Corbin M. Goodwin, North Carolina State University [4]
Uma constatação consistente em todos os modelos é a importância de mudar dos padrões de grau farmacêutico para os de grau alimentício. Muitos componentes usados na biofarmacêutica são desnecessários para a produção de carne cultivada, e substituí-los por alternativas de grau alimentício pode reduzir significativamente tanto os custos de capital quanto os operacionais [6][4].
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Estratégias para Reduzir Custos de Meios Sem Soro
Esta seção foca em maneiras práticas de reduzir despesas com meios sem soro, um passo crítico para tornar a produção de carne cultivada escalável e econômica.
Reduzindo Requisitos de Fatores de Crescimento
Fatores de crescimento e proteínas recombinantes são uma despesa significativa, representando pelo menos 50% dos custos operacionais variáveis na produção de carne cultivada [2]. Em algumas formulações, como o Essential 8, dois fatores de crescimento - FGF2 e TGF-β - compõem quase 98% do custo do meio [2]. Reduzir esses custos é essencial para o sucesso comercial.
Um método promissor envolve engenharia genética de linhagens celulares para produzir seus próprios fatores de crescimento.Por exemplo, pesquisadores da Universidade Tufts em 2023 desenvolveram células satélites bovinas capazes de produzir FGF2. Essas células alcançaram taxas de proliferação semelhantes em meios sem FGF2 àquelas suplementadas com FGF2 externo [2]. Embora essa abordagem elimine a necessidade de suplementos caros, levanta questões sobre obstáculos regulatórios e aceitação do consumidor.
Outra opção é usar plataformas como BioBetter, que aproveitam plantas de tabaco para produzir fatores de crescimento. Este método reduziu significativamente o custo dos fatores de crescimento no meio Essential 8, diminuindo sua contribuição de 86% para apenas 2% [2]. BioBetter relatou em 2024 que sua plataforma de cultivo molecular poderia reduzir os custos de produção para apenas £0,81 por grama de proteína [2].
Para atingir o preço-alvo de £8.10 por quilograma para carne cultivada, os fatores de crescimento devem ser produzidos a aproximadamente £81,000 por quilograma, enquanto os custos de albumina precisam cair para £8.10 por quilograma [8]. Como se espera que a albumina componha 96,6% do volume total de proteína recombinante necessário, substituí-la por alternativas à base de plantas como grão-de-bico ou colza é um foco chave para a redução de custos [8][2].
Outra estratégia a explorar envolve ajustar a qualidade dos insumos de mídia.
Uso de Componentes Grau Alimentício
Mudar de componentes grau farmacêutico para grau alimentício pode reduzir os custos em mais de 77% [9]. Materiais grau alimentício são, em média, 82% mais baratos do que alternativas grau reagente quando comprados em escala de 1 quilograma [9]. Essa mudança também impacta os requisitos das instalações.A produção de grau farmacêutico exige salas limpas caras (Classe 8 ou superior), enquanto as especificações de grau alimentício permitem designs de instalações mais simples e menos dispendiosos. Este ajuste reduz os custos de capital de £9,12 por quilograma para cerca de £1,22 por quilograma, com prazos de pagamento estendidos para 30 anos em vez de 4 anos [10].
"Uma diferença chave no estudo da CE Delft é que tudo foi assumido como grau alimentício." – Elliot Swartz, Cientista Líder do GFI [10]
Hidrolisados derivados de plantas de fontes como soja, trigo, arroz ou levedura oferecem suprimentos acessíveis de carbono e nitrogênio. Esses hidrolisados também podem substituir fatores de crescimento caros graças ao seu conteúdo de peptídeos bioativos [9].Substituir a albumina sérica humana recombinante por estabilizadores de grau alimentício, como a metilcelulose, pode reduzir os custos do meio em até 73%, tornando algumas linhas celulares 370 vezes mais baratas para cultivar [11].
Embora os insumos de grau alimentício apresentem riscos como variabilidade de lote e contaminação (e.g., metais pesados), o uso de organismos GRAS (Geralmente Reconhecidos como Seguros) garante segurança e eficácia de custo [9].
Além da substituição de insumos, eficiências operacionais podem reduzir ainda mais os custos.
Métodos de Reciclagem de Meios
Produzir carne cultivada a preços competitivos requer de 8 a 13 litros de meio por quilograma de produto [8]. Tecnologias de reciclagem são essenciais para atender a essas demandas de volume enquanto mantêm os custos baixos [8].No entanto, desafios como o acúmulo de resíduos - amônia de glutamina e lactato de glicose - e a curta meia-vida de fatores de crescimento como FGF2 a 37°C complicam o processo [2].
Em agosto de 2024, um processo contínuo de TFF (filtração por fluxo tangencial) alcançou 43% de peso por volume. Este sistema suportou culturas de fibroblastos de frango de alta densidade por mais de 20 dias, reduzindo o custo projetado do frango cultivado para £5,02 por libra (£11,07 por quilograma). O meio utilizado neste estudo estava livre de componentes animais e custava apenas £0,51 por litro [1].
"A fabricação contínua pode oferecer reduções de custo para aumentar a produção de carne cultivada." – Yaakov Nahmias, Professor and Founder, Believer Meats [1]
Outras abordagens incluem engenharia metabólica para substituir a glutamina por compostos não amoniagênicos, como α-cetoglutarato ou piruvato, e substituir a glicose por maltose para minimizar resíduos inibitórios [2]. Além disso, a engenharia de fatores de crescimento termostáveis ou o uso de sistemas de encapsulamento de liberação lenta pode reduzir a necessidade de reposição frequente de meios [2][8]. O gerenciamento cuidadoso das taxas de circulação de TFF - abaixo de 2.500 s⁻¹ - é essencial para evitar danos de cisalhamento às células, garantindo uma filtração eficaz [1].
Implicações para Produção e Aquisição em Grande Escala
O Meio Sem Soro Pode Funcionar em Escala?
Para que o meio sem soro se torne comercialmente viável, os custos de produção precisam cair abaixo de £0.63 por litro, com níveis de uso entre 8–13 litros por quilograma. Isso permitiria um preço-alvo de aproximadamente £8,10 por quilograma [8][1]. Em agosto de 2024, a Believer Meats demonstrou uma abordagem promissora em uma instalação teórica de 50.000 litros. Usando filtração por fluxo tangencial, eles alcançaram 130 milhões de células/ml com um meio livre de componentes animais custando cerca de £0,51 por litro. Isso reduziu o custo do frango cultivado para cerca de £4,13 por libra (aproximadamente £9,10 por quilograma), aproximando-se do preço do frango orgânico [1].
No entanto, os riscos de contaminação continuam sendo um desafio significativo. Como destaca David Humbird [10], a contaminação bacteriana pode superar o crescimento das células animais, tornando essenciais sistemas fechados rigorosos e protocolos de esterilidade robustos.
Obtenção de Componentes e Equipamentos
Escalar a produção requer uma estratégia de aquisição robusta. Um grande obstáculo é o fornecimento limitado de componentes-chave. Por exemplo, capturar apenas 1% do mercado global de carne exigiria milhões de quilogramas de albumina recombinante - muito além das capacidades de produção atuais. Para resolver isso, a aquisição deve se concentrar em obter alternativas a granel, como proteínas à base de plantas derivadas de colza ou grão-de-bico, que podem ajudar a aliviar essas restrições de volume [8].
Mudar para insumos de grau alimentício em vez de materiais de grau reagente oferece economias de custo significativas [2]. Além disso, equipamentos especializados desempenham um papel crucial. Biorreatores com capacidades de perfusão, sistemas de filtração por fluxo tangencial e sensores de cultura de alta densidade são essenciais para uma escalabilidade eficiente. Plataformas como
Prioridades de Pesquisa para o Futuro
Abordar os desafios de aquisição e escalonamento requer pesquisa focada em três áreas principais.
Primeiro, melhorar a estabilidade dos fatores de crescimento é crítico. Por exemplo, o FGF2 degrada rapidamente a 37°C, exigindo reposição frequente do meio [2]. Desenvolver variantes termostáveis ou métodos de encapsulamento de liberação lenta poderia reduzir significativamente os custos.
Segundo, avançar nas tecnologias de reciclagem de meios é essencial para a produção econômica. Métodos de fabricação contínua, como a filtração por fluxo tangencial, mostram potencial.No entanto, gerenciar o acúmulo de resíduos - como amônia de glutamina e lactato de glicose - continua sendo um problema persistente [1][2].
Finalmente, escalar a produção de proteínas recombinantes é vital. A agricultura molecular e a fermentação de precisão oferecem soluções promissoras. A plataforma à base de tabaco da BioBetter, por exemplo, demonstrou que sistemas baseados em plantas podem reduzir os custos de fatores de crescimento para até £0,66 por grama [2]. No entanto, alcançar os custos-alvo - £81.000 por quilograma para fatores de crescimento e £8,10 por quilograma para albumina - exigirá uma expansão significativa da infraestrutura.O Good Food Institute destaca este ponto:
Alcançar carne cultivada com custo competitivo exigirá que fatores de crescimento e proteínas recombinantes sejam produzidos em escalas significativamente maiores e a custos mais baixos do que seus formatos e escalas de produção atuais no setor biofarmacêutico [8].
Conclusão
Principais Descobertas
O meio sem soro destaca-se como o maior fator de custo na produção de carne cultivada, representando mais da metade das despesas operacionais variáveis. Isso destaca a necessidade crucial de focar na redução de custos para tornar a carne cultivada comercialmente viável. A mudança para alternativas de grau alimentício pode reduzir significativamente os custos do meio basal, embora fatores de crescimento de alto preço, como FGF-2 e TGF-β, continuem sendo uma despesa importante.
O caminho a seguir envolve a combinação de múltiplas abordagens.A fabricação contínua com tecnologia de perfusão mostrou um potencial encorajador. Métodos inovadores, como a abordagem de cultivo molecular da BioBetter (visando custos de fatores de crescimento tão baixos quanto £0,66 por grama) e a substituição de albumina recombinante por estabilizadores de grau alimentício, como metilcelulose, podem reduzir drasticamente os custos [2] [3] .
No entanto, desafios persistem. Por exemplo, um estudo descobriu que produzir albumina recombinante suficiente para substituir apenas 1% do consumo global de carne exigiria milhões de quilogramas - muito além da capacidade industrial atual [3]. Isso destaca a importância não apenas dos avanços científicos, mas também de estratégias de aquisição robustas para lidar com as restrições de fornecimento. Para avançar, a indústria deve adotar inovações que reduzam custos e investir em infraestrutura escalável.
htmlPróximos Passos
O próximo passo é colocar essas estratégias em ação, focando tanto na pesquisa quanto na aquisição. As empresas devem fazer a transição de sistemas de processamento em lote para métodos de perfusão contínua e incorporar materiais de qualidade alimentar, mantendo padrões de qualidade rigorosos. Investir em biorreatores avançados com capacidades de perfusão, sistemas de filtração por fluxo tangencial e sensores de cultura de alta densidade será crítico para escalar a produção.
No lado da aquisição, garantir suprimentos em massa de fornecedores confiáveis como
Perguntas Frequentes
Quais etapas podem tornar a produção de meios sem soro mais econômica para carne cultivada?
Meios sem soro (SFM) são uma despesa significativa na produção de carne cultivada, muitas vezes representando quase metade dos custos variáveis. Reduzir essa despesa é essencial para tornar a carne cultivada tão acessível quanto a carne tradicional. Aqui estão algumas estratégias eficazes para reduzir custos:
- Reduzindo despesas com suplementos: Substitua proteínas derivadas de animais, como albuminas, por alternativas à base de plantas ou recombinantes. Além disso, reduza a concentração de fatores de crescimento caros sem comprometer o crescimento celular.
- Escolhendo matérias-primas econômicas: Use ingredientes acessíveis como hidrolisados de proteínas vegetais, açúcares e sais em vez de reagentes de grau farmacêutico caros ao formular o meio basal.
- Reciclagem de meios: Adote sistemas de reciclagem de meios ou perfusão contínua para recuperar e reutilizar até 80% dos meios gastos, reduzindo a demanda por novos suprimentos.
- Simplificação de formulações: Empregue técnicas de design experimental para criar formulações mais simples com menos componentes que ainda mantenham o crescimento celular eficiente.
Aplicando esses métodos, estudos mostraram que é possível reduzir o custo de meios sem soro para cerca de £0,50 por litro.
Outro fator crítico é garantir acesso confiável a ingredientes e equipamentos especializados. É aqui que
Quais são os principais desafios na escalabilidade de meios sem soro para a produção de carne cultivada?
Escalar meios sem soro (SFM) para carne cultivada vem com sua parcela de obstáculos. Um dos maiores desafios é o custo. O SFM geralmente representa mais da metade das despesas operacionais variáveis na maioria dos modelos de produção. Fatores de crescimento e proteínas recombinantes, componentes chave do SFM, continuam caros. Embora algum progresso tenha sido feito substituindo componentes de soro por alternativas de qualidade alimentar para certas linhas celulares, uma solução única para todos ainda está fora de alcance.Além disso, as formulações intrincadas de SFM complicam a produção em larga escala e a reciclagem, levando a mais desperdício e custos mais altos.
Desafios de bioprocessamento adicionam outra camada de complexidade. Questões como taxas de crescimento celular lentas, ineficiências metabólicas e danos causados por forças de cisalhamento limitam a densidade de células que pode ser alcançada em biorreatores. Esses problemas se tornam ainda mais pronunciados à medida que a viscosidade do meio aumenta em concentrações celulares mais altas. Embora abordagens avançadas, como fabricação contínua e métodos de filtração especializados, mostrem potencial, elas exigem infraestrutura cara e complexa, tornando-as menos acessíveis.
Por último, a confiabilidade da cadeia de suprimentos continua sendo uma preocupação crítica. Garantir um fornecimento constante de ingredientes SFM consistentes e de alta qualidade nos volumes necessários para a produção comercial não é uma tarefa fácil.Plataformas como
Como o uso de componentes de qualidade alimentar ajuda a reduzir os custos de produção?
Mudar para componentes de qualidade alimentar pode reduzir drasticamente os custos ao substituir materiais caros de qualidade farmacêutica, como soro fetal bovino e albumina de soro bovino, por alternativas de qualidade alimentar mais acessíveis e amplamente disponíveis. Essas mudanças enfrentam uma das maiores despesas na produção de carne cultivada: os altos custos operacionais variáveis associados ao meio de crescimento.
O uso de insumos de qualidade alimentar não só reduz os custos, mas também abre caminho para o aumento da produção, aproximando a carne cultivada de ser uma opção financeiramente viável para a fabricação em larga escala.
