Muscolo bovino con vasi e neuroni cresciuto da staminali embrionali

Un tessuto bovino tridimensionale che contiene insieme fibre muscolari, neuroni e cellule endoteliali, quelle che formano la parete dei vasi sanguigni, è stato ottenuto a partire da staminali embrionali di bovino senza coltivare e assemblare i tipi cellulari uno per uno. Gli aggregati misurano circa 600 µm di diametro e si formano in 15 giorni di coltura. Il lavoro, firmato dal gruppo di Miki Ebisuya all'EMBL di Barcellona con Marina Sanaki-Matsumiya come prima autrice, è uscito il 2 settembre su Nature Communications.

Si tratta di una dimostrazione di principio in laboratorio. Gli autori scrivono che i costi attuali sono fuori mercato, tra 0,39 e 0,99 euro per un singolo aggregato muscolare da 0,1 mm³, e che il tessuto ottenuto resta lontanissimo da qualcosa che somigli a una fetta di carne. Quello che il lavoro dimostra è che tre tipi cellulari diversi possono nascere dalla stessa popolazione di partenza e disporsi da soli in strutture ordinate.

Tre tipi di cellule dalla stessa popolazione di partenza

La carne coltivata prodotta finora parte quasi sempre da cellule satelliti, le staminali adulte del muscolo prelevate con una biopsia. Si dividono un numero limitato di volte e sanno diventare soltanto muscolo, quindi per ricostruire un taglio strutturato servono altri tipi cellulari coltivati a parte e poi uniti con bioprinting o su supporti commestibili. Le staminali embrionali proliferano molto più a lungo e mantengono la capacità di differenziarsi in tessuti diversi, e per questo il gruppo di Barcellona le ha usate come punto di partenza.

Il protocollo porta le staminali bovine a mesoderma presomitico in due giorni, cioè al tessuto embrionale da cui derivano i muscoli del tronco, e da lì al muscolo con i fattori di crescita HGF, IGF e bFGF. Le fibre positive per l'α-actinina sarcomerica compaiono intorno al giorno 10 e raggiungono il massimo verso il 14. La lunghezza media del sarcomero, l'unità contrattile della fibra, misura 2,1 µm su 88 fibre analizzate in quattro esperimenti indipendenti, un valore vicino a quello del muscolo scheletrico di bovino vivo.

I neuroni compaiono nella stessa coltura senza un passaggio dedicato. Le fibre mostrano oscillazioni spontanee di calcio che si spengono con 10 µM di curaro, un bloccante del recettore dell'acetilcolina, su 71 regioni misurate in cinque esperimenti, segnale indiretto di giunzioni neuromuscolari ancora immature. Con l'aggiunta di VEGF e forskolina alle stesse colture si formano reti di cellule endoteliali che racchiudono domini muscolari di 200-300 µm, contro una distanza tipica tra capillari di circa 100 µm nei tessuti reali. Nessuno dei protocolli usa siero animale, un punto che pesa sul costo dei terreni di coltura per la carne coltivata.

Quanto manca a qualcosa di commestibile

I limiti sono elencati dagli autori nella discussione del paper. Il protocollo è stato messo a punto su una sola linea di staminali embrionali bovine, quindi la riproducibilità su linee di origine diversa resta da verificare. Le colture usano Matrigel, una matrice ricavata da cellule di carcinoma di topo, che andrebbe sostituita con alternative adatte all'uso alimentare. Fattori di crescita, inibitori chimici e Matrigel sono anche le voci che pesano di più sul costo.

Vasi e neuroni non hanno prodotto alcun effetto positivo misurabile sulla maturazione del muscolo, nemmeno dopo 30 giorni di coltura. Le reti endoteliali sono uniformi e attraversano tutto l'aggregato, ma non sono state percorse da alcun fluido, e la perfusione è proprio il passaggio che servirebbe per nutrire un tessuto più grande di qualche centinaio di micrometri. Il collegamento tra queste reti interne e un sistema vascolare perfondibile viene indicato come prossimo obiettivo, un problema comune a tutta l'ingegneria dei tessuti vascolarizzati in vitro.

Manca anche il grasso, che nella carne determina buona parte del sapore. Il sequenziamento su singola cellula non ha trovato adipociti maturi negli aggregati, soltanto marcatori di cellule progenitrici. E la dimensione non cresce, perché gli aggregati restano intorno ai 600 µm per tutta la coltura, con la proliferazione che rallenta nella fase di maturazione delle fibre. Per arrivare a qualcosa che somigli a una bistecca, ha dichiarato Ebisuya, servono tessuti molto più grandi e reti vascolari abbastanza mature da sostenerne la crescita.