La viande cultivée est développée à partir de cellules animales en laboratoire, et non à la ferme. Pour croître, ces cellules ont besoin de nutriments délivrés par un système contrôlé. Voici comment cela fonctionne :
- Systèmes de livraison de nutriments : Les cellules ont besoin d'un mélange de glucose, d'acides aminés, de sels et de vitamines pour survivre, se multiplier et former du muscle, de la graisse et du tissu conjonctif. Ceux-ci sont fournis par un liquide appelé milieu de culture cellulaire.
- Composants clés : Le milieu comprend des nutriments de base (comme le glucose et les acides aminés) et des additifs (comme les facteurs de croissance et les hormones) pour guider la croissance et le développement des cellules.
- Défis de coût : Le milieu représentait traditionnellement 55 à 95 % des coûts, mais les options sans sérum et de qualité alimentaire coûtent maintenant moins de 0,76 £ par litre, avec des objectifs de réduction à 0,19 £ par litre.
- Méthodes de croissance : Les cellules se développent sur des microporteurs (petites billes) en suspension ou sur des échafaudages en structures 3D, imitant les environnements naturels.
- Systèmes de Production: Les nutriments sont délivrés dans des systèmes en batch, fed-batch ou perfusion, chacun ayant des compromis en termes de coût, d'efficacité et d'évolutivité.
- Apport en Oxygène: L'oxygène est crucial pour la croissance cellulaire mais difficile à fournir dans des cultures denses. Les solutions incluent l'utilisation de protéines liant l'oxygène pour améliorer l'efficacité.
Pourquoi c'est Important: La distribution des nutriments affecte le coût, la qualité, la saveur et la sécurité de la viande cultivée. Les avancées dans les milieux sans sérum, les ingrédients de qualité alimentaire et les systèmes évolutifs rendent la production plus abordable et efficace.
| Système | Coût (£/kg) | Capital (£M) | Volume du réacteur (m³) | Rendement (kTA) | Avantage | Défi |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lot | £30 | £262 | 649 | 6.8 | Coûts réduits | Volumes de réacteur plus grands |
| Perfusion | £41 | £530 | 197 | 6.9 | Densité cellulaire plus élevée | Besoins en équipements complexes |
Conclusion : L'industrie améliore rapidement les systèmes de distribution de nutriments pour rendre la viande cultivée plus abordable et évolutive tout en maintenant la qualité et la sécurité.
Éléments clés des milieux de culture cellulaire
Le milieu de culture cellulaire est composé de deux éléments principaux : milieu basal et additifs spécialisés. Le milieu basal fournit les nutriments essentiels dont les cellules ont besoin pour survivre, tandis que les additifs - comme les facteurs de croissance et les hormones - aident les cellules à se multiplier et à former des tissus [1].
Milieu Basal : La Fondation Nutritionnelle
Le milieu basal est essentiellement une solution tamponnée contenant du glucose, des sels, des vitamines et des acides aminés essentiels [1]. Le glucose sert de source d'énergie principale et est généralement utilisé à des concentrations allant de 5,5 à 55 mM [2]. Selon le Milieu Essentiel Minimum d'Eagle, 13 acides aminés sont considérés comme essentiels in vitro, bien que ceux-ci diffèrent de ce que les cellules nécessitent dans les organismes vivants [2].
Les composants inorganiques, y compris les macro- et micro-nutriments, sont soigneusement mesurés pour répondre aux besoins cellulaires [5]. Des éléments mineurs comme les lipides et les antioxydants jouent également un rôle dans le soutien de la santé cellulaire. Une fois ces nutriments de base en place, l'étape suivante consiste à guider le développement cellulaire avec des facteurs de croissance.
Facteurs de Croissance et Additifs
Les cellules dans la production de viande cultivée ont besoin de plus que de la simple nutrition de base - elles nécessitent également des signaux pour croître, se multiplier et se développer en tissus. Les facteurs de croissance et les hormones fournissent ces signaux, assurant le bon fonctionnement cellulaire, l'intégrité structurelle et la différenciation [8].Les facteurs de croissance fréquemment utilisés incluent :
- Facteur de Croissance des Fibroblastes (FGF)
- Facteurs de Croissance de type Insuline (IGF-1 et IGF-2)
- Facteur de Croissance Transformant-bêta (TGF-β)
- Facteur de Croissance Dérivé des Plaquettes (PDGF)
- Facteur de Croissance des Hépatocytes (HGF) [8]
Le coût de ces additifs a historiquement été un défi, mais les avancées récentes les rendent plus abordables. Par exemple, une étude de 2024 dans Cell Reports Sustainability a présenté une percée où des cellules satellites bovines immortalisées ont été conçues pour produire leur propre FGF2, éliminant potentiellement le besoin de facteurs de croissance externes coûteux [9].
"Ces types de systèmes offrent le potentiel de réduire considérablement le coût de production de viande cultivée en recrutant les cellules elles-mêmes pour travailler avec nous dans les processus, nécessitant moins d'intrants externes (ingrédients ajoutés), et donc moins de processus de production secondaires pour ces intrants." – Andrew Stout, Chercheur Principal [9]
Fait intéressant, les composants non carnés comme l'échafaudage et les facteurs de croissance résiduels représentent généralement une petite fraction - seulement 1% à 5% - du produit final [7]. Ces développements ouvrent la voie à des milieux sans sérum et de qualité alimentaire.
Passage à des Milieux Sans Sérum et de Qualité Alimentaire
Avec la recherche d'efficacité économique et de pratiques éthiques, l'industrie se dirige vers des milieux sans sérum et de qualité alimentaire.Ce changement élimine le besoin de composants d'origine animale comme le sérum de veau fœtal (FBS), qui a été une préoccupation majeure en raison des risques éthiques et de contamination. Les avantages financiers sont clairs : Believer Meats a démontré que des milieux sans sérum peuvent être produits pour aussi peu que 0,48 £ par litre, et de nouvelles avancées pourraient faire baisser les coûts à moins de 0,19 £ par litre [10] [1].
Les composants de qualité alimentaire offrent une autre opportunité de réduction des coûts. En moyenne, ils sont 82 % moins chers que les alternatives de qualité réactif lorsqu'ils sont achetés à l'échelle de 1 kg [10]. Remplacer les ingrédients du milieu basal par des options de qualité alimentaire pourrait potentiellement réduire les coûts d'environ 77 % [10]. Les approbations réglementaires renforcent également cette tendance.Par exemple:
- En janvier 2023, l'Agence Alimentaire de Singapour a approuvé le poulet cultivé sans sérum de GOOD Meat.
- En janvier 2024, le Ministère de la Santé d'Israël a approuvé le bœuf cultivé sans sérum de Aleph Farms.
- En juillet 2024, Meatly a reçu l'approbation du Royaume-Uni pour sa nourriture pour animaux cultivée [10].
De plus, Mosa Meat, en collaboration avec Nutreco, a réussi à remplacer 99,2 % de l'alimentation cellulaire de base en poids par des composants de qualité alimentaire, atteignant une croissance cellulaire comparable aux milieux de qualité pharmaceutique [10].
Passer à des milieux sans sérum et de qualité alimentaire offre plus que de simples avantages économiques.Il aborde les préoccupations éthiques, réduit le risque de contamination, assure une qualité constante et simplifie le traitement en aval [2] [6] [11]. Cette transition marque une étape clé vers une production de viande cultivée plus efficace et durable.
Méthodes de Livraison des Nutriments aux Cellules de Viande Cultivée
Une fois la composition du milieu de culture cellulaire définie, le prochain défi est de déterminer comment livrer efficacement les nutriments pour soutenir la croissance cellulaire. La méthode utilisée pour la livraison des nutriments dépend en grande partie du système de culture et de la manière dont les cellules sont cultivées. Différents systèmes nécessitent des approches spécifiques pour garantir que les cellules reçoivent la nutrition dont elles ont besoin tout au long de leur cycle de croissance.
Suspension et Cultures Adhérentes
Dans la production de viande cultivée, les cellules sont généralement cultivées en utilisant soit des cultures en suspension, soit des cultures adhérentes. Chaque méthode a sa propre façon de fournir des nutriments.
Dans les cultures en suspension, des microporteurs - petites billes flottantes - sont utilisés pour fournir des surfaces aux cellules dépendantes de l'ancrage. Ces billes augmentent la surface disponible pour la croissance cellulaire, permettant des densités cellulaires plus élevées. Alors que le milieu circule à travers le bioréacteur, les cellules attachées aux microporteurs absorbent les nutriments directement de leur environnement. Des entreprises comme Matrix Meats et Tantti Laboratory ont même développé des microporteurs comestibles pour la production de viande cultivée. Ces porteurs comestibles peuvent être intégrés directement dans le produit final, éliminant ainsi le besoin d'une étape de séparation requise avec des porteurs non comestibles.
En revanche, les cultures adhérentes utilisent des échafaudages pour créer une structure tridimensionnelle qui imite l'environnement naturel des cellules dans les tissus vivants. Ces échafaudages doivent être biocompatibles et soit biodégradables, soit comestibles, avec des propriétés mécaniques qui soutiennent la croissance cellulaire. La structure 3D améliore le flux de nutriments et d'oxygène à travers le tissu, reproduisant des conditions plus proches de celles trouvées dans les organismes vivants.
Ces méthodes influencent la manière dont les nutriments sont initialement distribués. Les cultures en suspension avec microporteurs sont souvent idéales pour l'expansion cellulaire en phase précoce, tandis que les cultures adhérentes avec échafaudages conviennent mieux à la formation et à la différenciation des tissus lors des étapes ultérieures de la production.
Systèmes Batch, Fed-Batch et Perfusion
Le moment et la méthode de livraison des nutriments jouent un rôle majeur dans la croissance cellulaire, la qualité du produit et les coûts de production.La production de viande cultivée utilise généralement l'un des trois systèmes :
| Système | Distribution de nutriments | Avantages | Meilleur utilisé pour |
|---|---|---|---|
| Batch | Tous les nutriments ajoutés au début (système fermé) | Simple et rapide pour les expériences | Processus de culture courts et rapides |
| Fed-Batch | Nutriments fournis en continu pendant la croissance | Rendements plus élevés avec plus de flexibilité | Production adaptable à haute densité |
| Perfusion | Nouveau milieu ajouté tandis que les déchets sont éliminés | Soutient des environnements stables et à haute densité | Scénarios de production contrôlés à long terme |
Les systèmes par lots sont simples : tous les nutriments sont ajoutés au début, et aucune autre addition n'est faite. Cette simplicité les rend idéaux pour des expériences rapides, bien qu'ils aboutissent souvent à des rendements de biomasse limités.
Les systèmes en fed-batch impliquent l'ajout progressif de nutriments tout au long du processus de culture. Cette approche peut augmenter les rendements globaux mais peut également entraîner des temps de traitement plus longs et l'accumulation de sous-produits pouvant inhiber la croissance cellulaire.
Les systèmes de perfusion vont encore plus loin. Un milieu frais est continuellement fourni tandis que les déchets et les cellules mortes sont éliminés. Cela maintient l'environnement de culture stable et soutient des densités cellulaires élevées sur de longues périodes, ce qui le rend particulièrement adapté à la production à grande échelle.
Le choix du système dépend de facteurs tels que le budget, les objectifs de production et l'équilibre souhaité entre rendement et qualité. Cette stratégie de distribution de nutriments est naturellement liée au prochain défi : la distribution d'oxygène.
Livraison d'oxygène dans les bioréacteurs
Fournir de l'oxygène efficacement est l'un des plus grands défis de la production de viande cultivée. La respiration aérobie génère 19 fois plus d'énergie par molécule de glucose que la fermentation lactique, rendant l'oxygène crucial pour un métabolisme cellulaire efficace [12].
Cependant, les milieux de culture contiennent beaucoup moins d'oxygène dissous que le sang - environ 45 fois moins - créant un goulot d'étranglement à mesure que la densité cellulaire augmente [12]. Une livraison efficace d'oxygène, ainsi que l'élimination du dioxyde de carbone, est donc essentielle.
Les méthodes traditionnelles d'oxygénation, comme le mélange et le barbotage de gaz, peuvent introduire un stress mécanique qui endommage les cellules. Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont exploré l'utilisation de protéines liant l'oxygène telles que l'hémoglobine pour améliorer la livraison d'oxygène sans avoir besoin de mélange agressif.Par exemple, Hemarina, une entreprise spécialisée dans les protéines de liaison à l'oxygène, a développé HEMBoost pour la fermentation alimentaire et HEMOXCell (à partir de Alitta virens) pour la culture de cellules de mammifères. Des études ont montré des résultats prometteurs ; un exemple a révélé une augmentation de 4,6 fois de la densité cellulaire dans les cellules CHO lorsque HEMOXCell a été ajouté [12].
Différents transporteurs d'oxygène ont des propriétés uniques. Les hémoglobines de mammifères ont montré des résultats mitigés en culture cellulaire, tandis que les phytoglobines végétales, bien qu'ayant une affinité plus élevée pour l'oxygène, peuvent ne pas être aussi efficaces pour certains processus dans la production de viande cultivée.
Il est intéressant de noter que la livraison d'oxygène doit être soigneusement ajustée pour correspondre aux besoins des cellules à différentes étapes. Par exemple, les cellules musculaires squelettiques prospèrent à des niveaux d'oxygène bien inférieurs aux conditions atmosphériques - des pressions partielles de 15 à 76 mmHg par rapport à 160 mmHg au niveau de la mer [12].Dans certains cas, une hypoxie légère peut même encourager la prolifération cellulaire et améliorer le renouvellement des cellules satellites. Cela souligne l'importance d'adapter l'apport en oxygène pour optimiser la croissance et le développement cellulaires, en complément des méthodes de livraison de nutriments discutées précédemment.
Avancées et Défis dans la Livraison de Nutriments
Les progrès récents dans les systèmes de livraison de nutriments transforment l'industrie de la viande cultivée, offrant des moyens de réduire les coûts et d'augmenter la production. Bien que ces développements soient prometteurs, le chemin vers le succès commercial est encore semé de défis. Les progrès dans les milieux sans sérum (SFM) et les technologies d'échelle révolutionnent la manière dont les nutriments sont livrés aux cellules, mais la production à grande échelle continue de pousser les systèmes existants à leurs limites.
Progrès dans les Milieux Sans Sérum et Réduction des Coûts
L'un des changements les plus impactants dans la livraison de nutriments a été l'abandon du sérum de veau fœtal (FBS).Les milieux sans sérum représentent désormais au moins la moitié des coûts d'exploitation variables dans la production de viande cultivée [10]. Les entreprises trouvent des moyens innovants pour réduire ces coûts. Par exemple, Believer Meats a réussi à produire des milieux sans sérum pour seulement 0,63 $ par litre en remplaçant l'albumine et en ajustant les composants des milieux [10].
Passer à des composants de qualité alimentaire s'est également avéré être un changement radical. La recherche montre que les composants de qualité alimentaire sont, en moyenne, 82 % moins chers que les alternatives de qualité réactif à une échelle de 1 kg [10]. Mosa Meat, en collaboration avec Nutreco, a remplacé 99,2 % de son aliment cellulaire basal par des composants de qualité alimentaire, obtenant une croissance cellulaire comparable aux milieux de qualité pharmaceutique [10].De même, Nutreco et Blue Nalu ont démontré que les cellules musculaires de thon rouge prospèrent aussi bien dans des milieux de qualité alimentaire que pharmaceutique [10].
"Remplacer les composants du milieu basal par des équivalents en vrac de qualité alimentaire pourrait réduire le coût du milieu basal de 77%." – Liz Specht [10]
Cependant, les coûts des facteurs de croissance restent un obstacle majeur. Par exemple, près de 98% du coût du milieu Essential 8 est lié à FGF-2 et TGF-β [10]. Pour y remédier, des entreprises comme BioBetter explorent des méthodes innovantes, telles que la production de facteurs de croissance dans des plants de tabac, avec des coûts qui devraient chuter à 1 $ par gramme de protéine [10]. Les approbations réglementaires dans des pays comme Singapour, Israël et le Royaume-Uni soutiennent davantage ces avancées [10].
Augmenter les systèmes de distribution de nutriments
Passer de la distribution de nutriments en laboratoire à la production commerciale est un défi complexe. Avec les fabricants visant des volumes de production d'environ 300 000 livres par an d'ici 2027 [4], l'accent est mis sur l'assurance d'une distribution uniforme des nutriments et d'une gestion efficace des déchets. Ces facteurs influencent directement à la fois la croissance cellulaire et la qualité du produit final.
Maintenir des conditions cohérentes dans les systèmes à grande échelle est particulièrement délicat. Les réacteurs à cuve agitée, largement utilisés pour leur évolutivité, rencontrent souvent des problèmes tels que les gradients d'oxygène et de contrainte de cisaillement, qui peuvent perturber la croissance cellulaire à mesure que la taille du réacteur augmente [13].
Pour relever ces défis, le recyclage des milieux et le traitement continu gagnent du terrain.Les bioréacteurs à perfusion, par exemple, permettent une récolte continue et une élimination des déchets tout en recyclant le milieu, ce qui améliore l'efficacité et réduit les coûts [4]. Cependant, ces réacteurs sont plus petits et plus difficiles à mettre à l'échelle par rapport aux systèmes à cuve agitée, créant des compromis entre l'efficacité opérationnelle et la capacité de production [4].
La conception des installations joue également un rôle crucial. Les systèmes de traitement fermés peuvent minimiser le besoin de salles blanches coûteuses, mais ils nécessitent des systèmes de surveillance et de contrôle avancés pour maintenir la stérilité. À mesure que l'industrie évolue, les entreprises se spécialisent de plus en plus dans des domaines tels que le développement de milieux sans animaux, la production de facteurs de croissance et la conception de bioprocédés pour améliorer la flexibilité et réduire les coûts [4][14].
Comparaison des stratégies de livraison de nutriments
Le choix de la stratégie de livraison de nutriments a un impact significatif sur les coûts et l'évolutivité. Les approches courantes incluent les systèmes en fed-batch, le traitement continu et les systèmes de perfusion, chacun ayant ses propres compromis.
| Système | Fed-Batch | Perfusion |
|---|---|---|
| Coût de production | £30/kg | £41/kg |
| Investissement total en capital | £262M | £530M |
| Volume total du bioréacteur | 649 m³ | 197 m³ |
| Taux de production | 6.8 kTA | 6.9 kTA |
| Avantage clé | Coûts en capital réduits | Densité cellulaire plus élevée |
| Défi principal | Volumes de réacteur plus grands | Besoins en équipements complexes |
Les systèmes en fed-batch sont plus rentables, avec des coûts de production d'environ 30 £/kg contre 41 £/kg pour les systèmes de perfusion [15]. Cependant, les systèmes de perfusion nécessitent des volumes de réacteur beaucoup plus petits (197 m³ contre 649 m³) et peuvent atteindre jusqu'à quatre fois le rendement en masse cellulaire par volume de réacteur [17]. En revanche, les systèmes de perfusion entraînent des coûts en capital plus élevés, avec un investissement total atteignant environ 530 M£, dont 71 M£ pour des équipements spécialisés [15].
Pour trouver un équilibre entre coût et complexité, de nombreuses entreprises optent pour des produits hybrides qui combinent de la viande cultivée avec des ingrédients à base de plantes, réduisant ainsi la masse cellulaire requise [17]. D'autres se dirigent vers des produits cellulaires indifférenciés ou peu différenciés, ce qui simplifie l'apport en nutriments [17].
"En raison des exigences spécifiques de chaque type de cellule et de produit, une solution universelle de bioprocédé et de mise à l'échelle peut ne pas être réalisable. Par conséquent, il y a une demande pour des modèles techno-économiques supplémentaires et des données expérimentales pour affiner les bioprocédés pour chaque type de produit spécifique." – The Good Food Institute [16]
Choisir la bonne stratégie de livraison de nutriments est crucial.Les entreprises doivent évaluer leurs objectifs de production, leurs cibles de coûts et leurs exigences en matière de produits pour trouver des approches qui équilibrent l'évolutivité avec la précision nécessaire pour une viande cultivée de haute qualité et sûre.
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Comment la livraison de nutriments affecte la qualité et la sécurité des produits
La livraison de nutriments joue un rôle central dans la formation de la viande cultivée. Elle influence non seulement la croissance cellulaire, mais aussi la saveur, la texture, la valeur nutritionnelle et la sécurité du produit final. Comme mentionné précédemment dans la discussion sur le milieu de culture cellulaire, avoir un contrôle précis sur la livraison de nutriments permet aux producteurs d'affiner ces aspects comme jamais auparavant.
Effets sur les profils nutritionnels et sensoriels
La viande cultivée est souvent comparable sur le plan nutritionnel à la viande traditionnelle, mais son processus de production offre un avantage unique : la capacité d'ajuster le milieu de culture cellulaire pour améliorer des nutriments spécifiques.Dana Hunnes, PhD, MPH, RD, diététicienne clinique au Ronald Reagan UCLA Medical Center, souligne ce potentiel :
"En principe, la viande cultivée est presque identique sur le plan nutritionnel à la viande élevée en ferme ou en ranch. Mais avec la viande cultivée, vous pouvez ajuster le milieu dans lequel les cellules vivantes sont cultivées pour ajouter certaines vitamines et nutriments qui modifieraient, et peut-être amélioreraient, sa qualité nutritionnelle." [18]
En modifiant l'apport en nutriments, les producteurs peuvent ajuster les niveaux de protéines, les profils d'acides aminés et les compositions de graisses, créant potentiellement des structures de graisses plus saines par rapport à celles de la viande conventionnelle. Cependant, bien que l'ajout de vitamines au milieu puisse soutenir la croissance cellulaire, il n'est pas encore clair si cela se traduit par une augmentation notable de la teneur en vitamines dans le produit final [19].
Les qualités sensorielles de la viande cultivée - son goût, sa texture et son apparence - sont également façonnées par l'apport en nutriments. Par exemple, le burger de laboratoire de Mark Post en 2013 incorporait du jus de betterave pour la couleur, du safran et du caramel pour la saveur, et des liants pour la texture [1]. Le panel de dégustation a trouvé le burger légèrement sec, un problème lié à sa teneur en matières grasses plus faible, illustrant comment l'apport en nutriments impacte directement la sensation en bouche.
L'apparence, en particulier la couleur, présente un défi unique. Le tissu musculaire cultivé semble souvent pâle en raison de l'expression supprimée de la myoglobine dans des conditions d'oxygène standard [1]. Lorsque de la metmyoglobine a été ajoutée, le résultat était une teinte brune ressemblant à du bœuf cuit plutôt qu'au rouge vif de la viande fraîche [1].
La complexité des saveurs dépend fortement des composés générés pendant la production.Par exemple, le benzaldéhyde, un composé au goût d'amande amère, a été identifié dans la viande cultivée, en particulier dans les échantillons contenant des cellules musculaires différenciées [22]. De même, la 2,5-diméthylpyrazine, qui donne une saveur de bœuf rôti, est apparue uniquement dans les échantillons avec des cellules musculaires bien différenciées [22].
La texture reste un obstacle important. Les fibres musculaires cultivées en laboratoire ont tendance à présenter des protéines embryonnaires ou néonatales plutôt que les protéines matures que l'on trouve dans la viande traditionnelle. Des techniques comme la stimulation électrique ou mécanique peuvent améliorer la qualité des protéines en augmentant le diamètre des myofibres, mais l'extension de ces méthodes à la production commerciale est encore à l'étude [1].
Ces personnalisations en matière de nutrition et de qualités sensorielles soulignent l'importance de maintenir des protocoles de sécurité stricts, qui sont abordés par le biais de mesures réglementaires.
Exigences réglementaires pour la livraison de nutriments
La manière dont les nutriments sont livrés pendant la production n'affecte pas seulement la qualité - elle affecte directement la sécurité. Cela rend la supervision réglementaire une partie critique du processus. Les risques incluent une contamination chimique potentielle provenant des ingrédients du milieu, des matériaux du bioréacteur et des résidus laissés pendant le traitement [20].
La stérilité est une priorité absolue. Mycoplasma, une bactérie pathogène, est trouvée dans 5 % à 35 % des lignées cellulaires dans le monde [21], rendant le dépistage rigoureux et la désinfection essentiels. Les bioréacteurs doivent incorporer des systèmes de stérilisation comme les technologies de stérilisation sur place et de nettoyage sur place pour maintenir des conditions aseptiques [3].
L'industrie se tourne également vers des milieux sans sérum, en partie pour répondre aux préoccupations de sécurité.Par exemple, GOOD Meat est passé à un milieu sans sérum pour son poulet cultivé, obtenant l'approbation à Singapour début 2023 [1]. Cette démarche réduit les risques de contamination liés aux composants d'origine animale et s'aligne sur des normes de sécurité plus strictes.
Les tests de résidus chimiques sont un autre domaine critique. Des études sur la viande conventionnelle ont révélé des résidus d'antibiotiques - tels que la ciprofloxacine et la tétracycline - à des niveaux dépassant les limites recommandées [3]. De même, les producteurs de viande cultivée doivent mettre en œuvre des protocoles de test rigoureux pour détecter les résidus provenant des milieux de culture, des antibiotiques et d'autres produits chimiques utilisés lors de la production.
La surveillance de la stabilité génétique est tout aussi importante. Au fil du temps, des mutations ou des dérives génétiques dans les cultures cellulaires peuvent entraîner la perte de fonctions essentielles, une qualité nutritionnelle réduite, voire des changements potentiellement nocifs. Des contrôles génétiques réguliers aident à garantir que les cellules cultivées conservent leurs caractéristiques prévues tout au long des cycles de production [3].
Le cadre réglementaire pour la viande cultivée évolue rapidement. En 2022, UPSIDE Foods est devenue la première entreprise à recevoir l'approbation de la FDA pour son poulet à base de cellules aux U.S. [20]. Singapour, Israël et le Royaume-Uni font également progresser leurs processus d'approbation [10]. Cependant, des directives complètes couvrant tous les aspects de la production sont encore en cours d'élaboration, nécessitant une collaboration étroite entre les chercheurs et les organismes de réglementation [3].
Pour soutenir ces efforts, les technologies numériques de sécurité alimentaire deviennent essentielles.Des systèmes de surveillance avancés intégrés dans les bioréacteurs peuvent détecter la contamination en temps réel, garantissant une qualité constante et la conformité aux réglementations [3].
Conclusion
La livraison de nutriments est au cœur de la croissance cellulaire, de la saveur, de la texture et de la sécurité dans la production de viande cultivée. Au cœur de ce processus se trouve le milieu de culture cellulaire, qui joue un rôle crucial dans le succès à court terme de l'industrie. Les aspects économiques et techniques de la livraison de nutriments préparent le terrain pour les opportunités et les obstacles discutés ici.
L'un des objectifs les plus urgents est de réduire le coût du milieu. Les formulations actuelles de qualité médicale peuvent coûter environ 320 £ par litre, mais l'objectif est de réduire ce coût à moins de 0,20 £ par litre [1].Les entreprises ont déjà fait des progrès en passant à des systèmes de production sans sérum, prouvant que la livraison de nutriments sans animaux est non seulement possible mais aussi commercialement viable.
Cependant, l'augmentation de la production introduit de nouveaux défis. Les bioréacteurs à grande échelle, par exemple, doivent maintenir la stérilité et assurer une distribution uniforme de l'oxygène - des problèmes qui nécessitent des solutions d'ingénierie innovantes. Le passage de l'industrie vers des ingrédients de qualité alimentaire, comme le démontre l'installation spécialisée de Nutreco lancée en 2024 [23], souligne un engagement à augmenter durablement.
La livraison de nutriments permet également aux producteurs d'affiner les profils nutritionnels et les qualités sensorielles, ouvrant la voie à des produits plus sains et plus attrayants. Le véritable défi, cependant, n'est pas seulement d'éliminer progressivement les composants d'origine animale, mais de le faire de manière abordable tout en affinant les formulations pour maximiser la productivité [1].
Comme discuté, la livraison de nutriments est une pierre angulaire de la croissance cellulaire, de la qualité des produits et de l'évolutivité. Pour répondre à ces exigences, la collaboration entre chercheurs, fabricants et régulateurs est essentielle. En travaillant ensemble, l'industrie peut développer des systèmes de livraison de nutriments rentables et évolutifs qui respectent des normes de sécurité strictes et répondent aux attentes des consommateurs. Les bases ont été posées ; il s'agit maintenant de construire l'infrastructure pour soutenir l'appétit croissant pour les protéines durables.
FAQ
Quels défis se posent pour apporter de l'oxygène aux cellules de viande cultivée, et comment sont-ils surmontés ?
Apporter de l'oxygène aux cellules de viande cultivée présente des défis uniques. Les structures cellulaires denses limitent souvent la diffusion de l'oxygène, et les techniques de mélange visant à améliorer le transfert d'oxygène peuvent parfois endommager les cellules.
Pour surmonter ces obstacles, les chercheurs explorent des solutions de pointe. Celles-ci incluent des conceptions de bioréacteurs sophistiquées qui améliorent la distribution de l'oxygène et des transporteurs d'oxygène spécialisés pour garantir que les cellules reçoivent l'oxygène nécessaire à une croissance adéquate. Ces efforts ouvrent la voie à une approche plus efficace et durable de la production de viande cultivée.
Quels sont les avantages de passer à des milieux sans sérum et de qualité alimentaire dans la production de viande cultivée ?
Passer à des milieux sans sérum et de qualité alimentaire dans la production de viande cultivée présente des avantages majeurs. Pour commencer, cela réduit considérablement les coûts de production en éliminant le besoin de sérum d'origine animale coûteux - historiquement l'une des parties les plus chères du processus. Ce changement rend la viande cultivée plus abordable et plus facile à développer, ouvrant la voie à sa diffusion auprès d'un plus grand nombre de personnes.
Mais les avantages ne s'arrêtent pas là. Ce changement s'aligne également avec des pratiques éthiques et respectueuses de l'environnement. En éliminant les ingrédients d'origine animale, il soutient une production sans cruauté tout en réduisant l'impact environnemental. De plus, la viande cultivée produite de cette manière est exempte d'antibiotiques, offrant un choix de protéines plus propre et plus éthique pour ceux qui se soucient de ce qu'ils ont dans leur assiette et de la manière dont cela y est arrivé.
Quelles sont les différences entre les systèmes batch, fed-batch et perfusion dans la production de viande cultivée, et comment impactent-ils l'évolutivité?
La méthode de livraison des nutriments aux cellules est un facteur clé dans la croissance et l'efficacité de la production de viande cultivée. Décomposons les principales approches :
- Systèmes batch : Ceux-ci impliquent d'ajouter tous les nutriments nécessaires au départ. Bien que simple, ils ont un inconvénient - les nutriments s'épuisent avec le temps, ce qui limite la croissance des cellules.
- Systèmes fed-batch : Ici, des nutriments frais sont ajoutés à intervalles réguliers pendant le processus de culture. Cette approche soutient des densités cellulaires et des rendements plus élevés, ce qui en fait une option plus pratique pour augmenter la production.
- Systèmes de perfusion : Ceux-ci fournissent continuellement des nutriments tout en éliminant les déchets. Cette configuration permet d'obtenir des densités cellulaires encore plus élevées et une qualité de produit constante. Cependant, elle implique une complexité accrue et des coûts plus élevés.
En ce qui concerne la production à grande échelle, les systèmes fed-batch et les systèmes de perfusion sont souvent privilégiés, car ils maintiennent des niveaux de productivité plus élevés et sont mieux adaptés à un usage commercial. Cela dit, le choix entre ces systèmes repose finalement sur la recherche du bon équilibre entre évolutivité, complexité et coût.
