TEKNOMAT ER DET SÅ ENKELT?

Transkript

1 TEKNOMAT ER DET SÅ ENKELT? Tor Lea Gruppe for molekylær cellebiologi Institutt for kjemi, bioteknologi og matvitenskap

2 Innhold Dagens situasjon Alternativ kjøttproduksjon In vitro- kjøtt/laboratoriekjøtt Hva er stamceller? Kilder for stamceller Foreløpige erfaringer med stamceller fra navlestreng hos gris Muligheter og utfordringer 2

3 Bakteppe Befolkningsvekst framover Økende matbehov Begrenset gjenværende areale til beitemark og matproduksjon hvorav halvparten er skog Husdyr bidrar med ~ 18% av drivhusgassutslippene Kjøttproduksjon lite energieffektiv Dagens industrielle husdyrhold øker faren for spredning av infeksjonssykdommer Også fiskeressursene utsatt

4 Bakteppe II Finnes det mer bærekraftige alternativer til tradisjonell kjøttproduksjon? Har kunnskaps- og teknologiutviklingen gitt oss andre muligheter? Ja, ved hjelp av mye science og litt fiction

5 Stamceller kan være svaret Hvert døgn dør det milliarder av celler i kroppen vår. Disse blir erstattet fra stamceller, en form for morceller, som finnes rundt omkring i kroppens ulike vev og organer. Vil man kunne lage kjøtt i industriell målestokk fra stamceller?

6 Karakteristiske egenskaper ved stamceller Stamcelle Stamceller har stort vekstpotensiale. Differensiering To stamceller De kan reprodusere seg selv eller utvikle seg til mer spesialiserte celletyper. 6

7 Grovt regnet to ulike typer stamceller Embryonale stamceller (fosterstamceller) Embryonale stamceller isoleres fra den indre cellemassen som er en del av et 4-5 døgn gammelt foster (blastocysten) og kan utvikle seg til alle de ulike celletypene i kroppen vår Stamceller hos voksne (somatiske stamceller) 7 Stamceller hos voksne er stamceller som finnes i spesialiserte vev (hjerne, hjerte, lever, muskel etc.). De fornyer seg selv og utvikler seg til de ulike celletypene som finnes i det vevet stamcellen opprinnelig kom i fra.

8 Differensiering Differensiering brukes som betegnelse på den prosessen som skjer når uspesialiserte celler (for eksempel stamceller) utvikler seg til de mange spesialiserte celletypene som kroppen vår er bygget opp av. 8

9 Hvordan lage muskelceller i laboratoriet? Universitetet for miljø- og biovitenskap 9

10 10 Krav til stamcellekilden En ideell kilde for stamceller til produksjon av kjøtt i laboratoriet må tilfredsstille en rekke krav: Cellene må være lett tilgjengelige og i relativt store mengder. De må ha god evne til å reprodusere seg selv slik at de kan dyrkes i stort antall. De må kunne påvirkes til å differensiere (utvikle seg) til de ulike celletypene man er interessert i. De må ikke utvikle kreftcelleegenskaper. Vi tror at såkalte mesenchymale stamceller (MSC) har mange av de egenskapene som skal til for formålet.

11 Fettvev Muskler Bein Sener Mesenchymale stamceller Beinmarg Brusk Tuan RS et al., 2002 Universitetet for miljø- og biovitenskap 11

12 12 Navlestreng som kilde for mesenchymale stamceller Navlestrengen inneholder stromaceller med egenskaper som likner på mesenchymale stamceller De kan finnes i forskjellige deler av navlestrengen: I navlestrengsblod I veggen til venen som løper gjennom navlestrengen I støttevevet Rundt arteriene Mellom arteriene

13 Hvorfor navlestreng fra gris? Lett tilgjengelig En del reagenser laget for forskning på humane stamceller kan brukes til å studere grisestamceller Erfaringer fra studier av grisestamceller kan overføres til andre dyrearter 13

14 Isolering av stamceller fra grisenavlestreng Vevsbiter ble suspendert i vekstmedium og sådd ut kulturflasker Vevsbitene fjernes etter 7 døgn og adherente celler samlet og talt Cellene sås ut i en konsentrasjon av 5000 celler/cm 2 Cellene fores og vedlikeholdes regelmessig Cellene kan differensieres til fett, bein og brusk 14

15 15 Vekstpotensialet til stamceller fra navlestreng hos gris Hver navlestreng er ~20 cm lang og 0,5 cm i diameter Etter 1 uke i kultur ble det høstet 0,25 mill. celler per centimeter. Et konservativt anslag tyder på at det skal være mulig å isolere minst 2,5 mill. celler per navlestreng. Ti navlestrenger og 30 populasjonsdoblinger skulle gjøre det mulig å dyrke fram >10 17 celler Menneskekroppen inneholder ~10 14 celler

16 Celler kan vokse i mange ulike formater Universitetet for miljø- og biovitenskap 16

17 Stamceller fra gris på sukkerholdige partikler (Cytodex partikler) Teknomat er er det så enkelt? Universitetet for miljø- og biovitenskap 17

18 Et hårstrå er 1000 x så tykt som nanofibre Teknomat er er det så enkelt? Universitetet for miljø- og biovitenskap 18

19 19 Fordeler med å bruke stamceller fra navlestreng for kjøttproduksjon Stamceller fra navlestreng er relativt enkle å få tak i, isolere og dyrke opp i store mengder. Kjøtt er ikke bare muskelceller. Et kjøttprodukt må ha en rekke andre egenskaper i tillegg til muskelprotein. Navlestrengsstamceller er celler som kan differensieres til fettceller, bruskceller, sener og muskelceller. Navlestrengsstamceller kan representere celler med egenskaper som kan løse framtidige og mer avanserte problemer knyttet til produksjon av kjøtt in vitro.

20 Hovedutfordring: Vi må avdekke cellenes indre liv for å lykkes Universitetet for miljø- og biovitenskap

21 21 Utfordringer (noen flere) Identifisere de stamcellene i navlestreng som har størst potensiale for vekst og differensiering. Utvikle spesialiserte medier som vil tillate vekst og differensiering uten tilsetning av komponenter fra dyr og helsefarlige kjemikalier. Identifisere og utnytte celleautonome egenskaper slik at man kan optimalisere betingelser for vekst og differensiering. Utvikle kultursystemer for masseproduksjon, fortrinnsvis i 3 dimensjoner, som etterligner naturlige vekstforhold i kroppen. Utvikle ko-kultursystemer som tillater inkludering av celletyper som øker kvalitet, smaksegenskaper og helseverdien av kjøtt produsert in vitro.

22 22 In vitro kjøtt et bidrag til løsning av dyrevelferdsproblemet? Se for øvrig hjemmesiden til: The In Vitro Meat Consortium Det er vanskelig å se for seg at in vitro kjøtt vil komme til å erstatte tradisjonell kjøttproduksjon. In vitro kjøtt vil komme i tillegg til de allerede eksisterende proteinkildene for ernæringsformål. Andre sider ved dyrevelferdsproblematikken må også vurderes og forbedres.

23 Teknomat er det noen enkel sak? Universitetet for miljø- og biovitenskap 23

24 Gruppe for molekylær cellebiologi Universitetet for miljø- og biovitenskap 24

25