Seminário ENGEBIO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E ENGENHARIA DE ALIMENTOS
DISCIPLINA EQA 5316 - ENGENHARIA BIOQUÍMICA
Produção de Carne a partir 
de Célula Animal
Carolina Guimarães, Manoela Terrazas, Marielle Correia, Silvia Salvan e Vinícius 
Mariano
SUMÁRIO
1. Consumo de Carne
2. Impacto Ambiental
3. Vegetarianismo
4. Carne de Laboratório
5. Células Animais
6. Cultivo de Células Animais
7. Fatores que influenciam no crescimento 
celular
8. Processo de Produção
9. Modelos Cinéticos
10. Biorreatores
11. Downstream
12. Referências
CONSUMO DE CARNE
➔ O consumo de carnes é datado desde a pré-história, onde os indivíduos viviam da 
caça e coleta de frutas e vegetais. 
➔ Assim que nossos ancestrais descobriram como fabricar ferramentas 
elevaram-se os níveis de ingestão de proteína, que foram responsáveis pelo 
desenvolvimento do cérebro.
A ingestão de sementes, frutas, vegetais e outros alimentos não foi 
excluída e mantemos até hoje esses hábitos alimentares.
IMPACTO AMBIENTAL
Por ano, no mundo, mais de 70 bilhões de animais são abatidos. Sua criação não precisa 
só de terra, mas também de água, alimento e energia, além disso, os animais liberam 
dejetos sólidos, líquidos e gasosos que, por sua vez, poluem a água, o ar e o solo.
Segundo a ONU, a pecuária mundial gera em torno de 14,5% das emissões de 
gases do efeito estufa; Entre 1990 e 2005 mais de 80% do desflorestamento no 
Brasil ocorreu devido ao aumento da demanda de pastos. Para se produzir 1 kg de 
carne de boi necessita-se de 16 kg de ração e cerca de 16 mil litros de água! 
VEGETARIANISMO
➔ No Brasil, 14% da população se declara 
vegetariana, segundo pesquisa do IBOPE 
Inteligência conduzida em abril de 2018. Isto 
representa quase 30 milhões de brasileiros que 
se declaram adeptos a esta opção alimentar.
A estatística representa um aumento de 75% em relação a 2012.
Mas eu preciso 
parar de comer 
carne?
Para a comunidade científica, não é 
necessário abandonar completamente o 
consumo de carne, mas diminuí-lo - o 
impacto ambiental é causado pelas 
criações em larga escala. 
Existe uma alternativa ao consumo de 
carne animal que promete dominar o 
mercado em breve: a carne produzida a 
partir de célula animal. 
CARNE DE LABORATÓRIO
A carne produzida a partir de uma célula animal nada 
mais é que uma carne produzida em laboratório.
A ideia central baseia-se nos princípios fisiológicos do 
músculo. Regeneração após trauma.
CARNE DE LABORATÓRIO
➔ O primeiro hambúrguer foi divulgado à imprensa em 2013, pela Mosa Meat, pioneira 
nesse mercado, o custo foi de € 250.000. O valor se justifica por todo o investimento 
em pesquisa, uma vez que o produto era novo.
➔ A empresa pretende, em 2021, lançar seu produto no mercado, que com a produção 
em grande escala, terá o custo de €9,00. Os hambúrgueres obtidos pelo método 
tradicional custam cerca de €1,00. 
➔ Além disso, o método é chamado de carne limpa, pois a produção emite 96% menos 
gases de efeito estufa do que a carne tradicional e usaria de 82% a 96% menos 
água.
Células Animais
CÉLULA ANIMAL
➔ Mais delicadas;
➔ Vulneráveis a danos mecânicos;
➔ Apresentam menores taxas de crescimento;
➔ Requerem meios de cultura mais complexos e 
substratos especiais. 
➔ Cultura celular deve ser realizada sob 
condições assépticas rigorosas, uma vez que 
as células animais crescem mais lentamente 
do que bactérias e fungos.
CÉLULA ANIMAL
Uma grande variedade de células animais podem ser cultivadas in vitro (células 
cardíacas, musculares, endócrinas, células do sistema nervoso (tais como neurônios), 
etc). Embora essas células tenham origens e funções diferentes, todas elas mostram 
uma estrutura típica:
Cada tipo de célula exibe uma 
morfologia distinta definida pela forma 
da célula e localização das organelas!
Cultivo de Células Animais
Cultivo de Células Animais
➔ Em 1907, Ross Granville Harrison;
➔ Pioneiro;
➔ Estudar o tecido nervoso;
➔ Células in vitro por mais de uma semana.
Manter fragmentos de tecidos animais em frascos com fluídos do 
próprio organismo de onde os fragmentos haviam sido retirados.
Cultivo de Células Animais
➔ Em 1912, Alexis Carrel;
➔ Notou que era preciso realimentar com nutrientes os frascos 
que continham as células;
➔ Células in vitro por mais tempo.
O cultivo de células in vitro pode ser 
realizado quando um tecido é dissecado 
e, posteriormente, desagregado total ou 
parcialmente por ação enzimática 
(CASTILHO, 2008) ou mecânica (ALVES, 
GUIMARÃES, 2010).
Cultivo de 
Células Animais
Cultivo de Células Animais
A adaptação é demorada e influenciada pelas condições da cultura
Algumas células não sobrevivem
Durante a cultura primária elas estão sujeitas a estresses e traumas do processo 
de desagregação. 
As células com maior capacidade 
de replicação predominam no meio 
de cultivo.
Cultivo de Células Animais
As culturas primárias:
➔ Características genotípicas e fenotípicas do tecido original;
➔ Crescem in vitro por um intervalo de tempo limitado;
 
Uma cultura é considerada primária até sua primeira subcultura e 
após subculturas sucessivas de uma cultura primária contendo 
diferentes tipos de células do tecido original, denomina-se linhagem 
celular (CASTILHO, 2008; ALVES, GUIMARÃES, 2010)
Cultivo de Células Animais
Linhagens celulares:
➔ Utilizadas diversos ramos da pesquisa;
➔ Podem serem mantidas em cultura por um longo período de tempo;
➔ Conseguirem guardar grande parte das características do tecido original. 
 Muitas linhagem conseguem manter suas características originais 
até a 80ª geração (ALVES, GUIMARÃES, 2010).
Fatores que 
influenciam no 
crescimento 
celular
Pressão osmótica Controle de O2
A maioria das linhagens 
celulares possui uma 
faixa de tolerância à 
pressão osmótica
Varia de acordo com as 
culturas celulares. 
O monitoramento de O2 deve 
ser feita e a aeração realizada 
quando necessário.
Temperatura
Influência no 
crescimento celular e 
afeta a solubilidade 
de componentes no 
meio.
pH
Cada célula tem 
seu pH ótimo de 
crescimento.
Composição e 
natureza do meio
Deve ser ajustado de acordo 
com a linhagem celular que se 
deseja obter. 
Para células animais 
dependentes da ancoragem o 
material mais utilizado como 
substrato sólido para células 
animais é o vidro, já que as 
células apresentam uma boa 
adesão nesse material. 
Processo de Produção
➔ Retirada de um pequeno pedaço de tecido muscular de um animal, através de uma 
biópsia sob anestesia;
➔ A função dessa célula-tronco dentro dos animais é criar um novo tecido muscular 
quando o músculo é lesionado.
ETAPA 1
➔ Adição das células em meio de cultura em um biorreator;
➔ O meio deve conter nutrientes que permitam a proliferaçãoo 
dessas células;
➔ Células miossatélites são dependentes de ancoragem;
➔ Formação de miotubos
 
ETAPA 2
 De uma amostra, 
é possível 
produzir 800 
milhões de 
filamentos de 
tecido muscular
➔ Os miotubos são colocados ao redor de um hidrogel feito à 
base de colágeno;
➔ Objetivo desse gel é ajudar as células a desenvolver a forma 
das fibras musculares;
➔ Quando esses “fios” são unidos, temos a obtenção da carne.
ETAPA 3
MODELOS CINÉTICOS
➔ Entender o comportamento das células sob diferentes 
condições de cultura;
➔ Relacionam as condições de cultura ao crescimento, 
morte, consumo de nutrientes e taxas de síntese de 
produtos;
➔ Resolver essas equações permite uma previsão 
quantitativa do comportamento das células;
➔ Guiam o planejamento experimental;
➔ A modelagem matemática é provavelmentea técnica mais 
eficiente para a otimização das condições de cultura.
A maioria dessas 
equações utiliza 
estruturas do tipo 
Monod
Estes parâmetros 
são indicativos do 
intervalo de valores 
que podem ser 
assumidos para 
sistemas de células 
animais
Biorreatores
BIORREATORES
Biorreatores mais utilizados para o cultivo de células animais:
HOMOGÊNEOS
Tanque 
Agitado Air Lift
Ondas
E para o cultivo de carne?
BIORREATORES
Células-tronco e células musculares esqueléticas precursoras da carne cultivada 
ALTAMENTE SENSÍVEIS
● Baixa tensão de cisalhamento;
● Altas taxas de transferência de 
massa: garantem a perfusão 
uniforme de nutrientes e O2;
● Temperatura e pH adequados;
● Grande área de superfície;
● Superfície sólida para 
ancoragem (diferencial). 
Meio Ideal
● Inspirado no funcionamento de 
estruturas de animais;
● Adaptação dos princípios de 
fermentação submersa. 
Design
BIORREATORES
Modelos ideais: 
● Biorreatores com tambores rotativos;
 
● Biorreatores de Leito Fixo. 
BIORREATORES
Biorreatores de Tambores Rotativos
● A velocidade de rotação cria um fluxo laminar no meio
 equilíbrio entre as forças centrífuga, de arrasto e 
gravitacional. Cultura submersa num meio em queda livre;
● Altas taxas de transferência de massa;
● Tensão de cisalhamento mínima;
● Produz tecidos 3D similares àqueles in vivo;
A NASA desenvolveu biorreatores rotativos para a produção de 
tecido muscular esquelético (VAN DER WEELE & TRAMPER, 2014).
BIORREATORES
Biorreatores de Leito Fixo
● Células-tronco imobilizadas em microtransportadores;
● Meio de cultura é recirculado através do leito fixo, 
promovendo a transferência de nutrientes, metabólitos e 
produtos;
● O tamanho do leito fixo é um parâmetro crítico:
○ Queda na concentração de oxigênio.
 O meio deve ser oxigenado antes de entrar no biorreator: 
agitação vigorosa, vascularização do tecido a ser cultivado.
BIORREATORES
OBJETIVOS ESTRATÉGIAS
● Quantidade mínima de 
recursos;
● Manipulação mínima;
● Menor tempo; 
● Viabilidade econômica; 
● Segurança Alimentar.
● Reciclo do meio de cultura ou 
dos transportadores;
● Remoção de produtos residuais 
indesejáveis por cromatografia.
Eficiência do processo 
em leito fixo
DOWNSTREAM
Downstream - processo que engloba etapas de recuperação, 
concentração e purificação dos bioprodutos formados envolvendo 
um conjunto de operações unitárias.
DOWNSTREAM
Downstream de Células Animais
● Decantação 
 
 Densidade célula animal ≅ água 
 Tamanho da célula está na faixa de 8 a 40 µm 
 
 Velocidades de decantação/sedimentação. 
Portanto, a área de decantação do separador deve ser grande o suficiente para evitar a perda de células 
através do fluxo diluído, garantindo assim a eficiência da separação.
Downstream de Células Animais
● Centrifugação 
 
 Parede celular - membrana celular apresentam alta sensibilidade ao estresse de cisalhamento
 Tensões de cisalhamento limita a aplicação em células animais.
● Filtração 
 Filtração Tangencial por membranas
 alta seletividade e tensão de cisalhamento
 + adequado!
Downstream de Células Animais
● Purificação
 Cromatografia pode também eliminar resíduos como proteínas da célula hospedeira e DNA infectivo.
 
O grau de pureza final é fator essencial.
 
Os custos com as etapas de downstream giram em torno de 60 ~ 80% do total dos custos de produção
 do número de etapas
 
 o tempo de processamento 
 o rendimento global do processo
 processos em larga escala inviável
 
DOWNSTREAM
Conclusão
VOCÊ JÁ OUVIU FALAR 
EM CARNE PRODUZIDA 
EM LABORATÓRIO?
Conclusão
VOCÊ COMERIA ALGUM 
PRODUTO FEITO COM 
CARNE PRODUZIDA EM 
LABORATÓRIO?
REFERÊNCIAS
MOSA MEAT. How it’s made. Disponível em:
<https://www.mosameat.com/technology/> Acesso em 11/11/2018.
GAYDHANE, M. K.; MAHANTA, U.; SHARMA, C. S., KHANDELWAL, M.,RAMAKRISHNA, S. Cultured meat: state of the art 
and future. Biomanufacturing Reviews. 2018.
ALVEZ, Emanuele Amorim; GUIMARÃES, Anna Christina Rosa. "Cultivo celular." EPSJV, 2010.
CASTILHO, Leda et al. (Ed.). Animal cell technology: from biopharmaceuticals to gene therapy. Garland Science, 2008.
GLACKEN, M. W.; FLEISCHAKER, R. J.; SINSKEY, A. J. Mammalian cell culture: engineering principles and scale-up. 
Trends in Biotechnology, v. 1, n. 4, p. 102-108, 1983.
ASHAD, Muhamad et al. Tissue engineering approaches to develop cultured meat from cells: A mini review. Cogent Food & 
Agriculture, 2017.
BHAT, Zuhaib; FAYAZ, Hina. Prospectus of cultured meat-advancing meat alternatives. ASFTI, 2011.
MORITZ, Matilda et al. Alternatives for Large-Scale Production of Cultured Beef. Journal of Integrative Agriculture, 2014.
REFERÊNCIAS
Carne Artificial: a Carne feita em Laboratório. Disponível em:< 
https://www.carnecomciencia.com.br/carne-artificial-voce-comeria/>. 
Carne cultivada<http://www.futurefood.org/in-vitro-meat/index_pt.php>. 
Impactos da produção de carne. Disponível em: 
<https://www.ecodebate.com.br/2017/02/07/impactos-da-producao-de-carne-artigo-de-roberto-naime/>.
Mercado vegetariano. Disponível em: <https://www.svb.org.br/vegetarianismo1/mercado-vegetariano>. 
Carne Artificial pode ser vendida em até 5 anos. Disponível em: 
<https://exame.abril.com.br/ciencia/carne-artificial-pode-comecar-a-ser-vendida-em-ate-5-anos/>. 
VITAL, Ana Carolina Pelaes et al. Produção de carne in vitro: nova realidade da sociedade moderna. 
Pubvet: Medicina Veterinária e Zootecnia, Maringá/pr, v. 11, n. 9, p.840-847, set. 2017.