Carne cultivada: cómo logran los científicos que las células musculares se fusionen como en la naturaleza

* Este contenido fue producido por expertos del Instituto Weizmann de Ciencias, uno de los centros más importantes del mundo de investigación básica multidisciplinaria en el campo de las ciencias naturales y exactas, situado en la ciudad de Rejovot, Israel.

Un día, el profesor Eldad Tzahor observó un filete en su laboratorio a través de un microscopio. Como parte de su investigación sobre la reparación del tejido muscular, la Dra. Tamar Eigler, investigadora postdoctoral en su laboratorio del Instituto de Ciencias Weizmann, había estado experimentando con células madre musculares cultivadas. Uno de estos experimentos produjo la sorprendente imagen que Tzahor vio: las células habían comenzado a fusionarse en diminutas fibras que se engrosaron rápidamente, creando en cuestión de horas grandes fibras musculares similares a las de la carne entera.

Para desentrañar la cadena de eventos moleculares que subyace a esta rápida transformación, Tzahor y Eigler, ambos del Departamento de Biología Celular Molecular, colaboraron con el Dr. Ori Avinoam, del Departamento de Ciencias Biomoleculares, quien estudia la fusión intercelular. Esta cadena comienza con la exposición de las células madre musculares, llamadas mioblastos, a una pequeña molécula que bloquea la enzima ERK. Este bloqueo provoca que estas células comiencen a diferenciarse y fusionarse en fibras diminutas, lo que provoca la activación de otra enzima, CaMKII, que desencadena una fusión y expansión masiva de mioblastos. Estos hallazgos fueron publicados a finales de 2021, en Developmental Cell.

“Dado que todos los músculos de nuestro cuerpo y los de otros animales, incluido el ganado, se producen mediante los mismos procesos biológicos, nuestros hallazgos podrían aplicarse tanto al estudio de la regeneración muscular como a la producción de carne cultivada”, afirmó entonces Tzahor.

Los mioblastos se forman en el embrión, pero una pequeña fracción de estas células permanece sobre las fibras musculares a lo largo de nuestra vida, aunque su número disminuye con la edad. Cuando un músculo se lesiona, estas células madre son las responsables de su reparación y regeneración. Para iniciar el proceso de reparación, estas células deben detener su división para que puedan madurar y comenzar a fusionarse entre sí y con el tejido muscular lesionado.

“Descubrir qué regula la fusión de los mioblastos es crucial para comprender la reparación muscular”, afirma Eigler. “Sin fusión, no hay regeneración”.

Los experimentos dirigidos por Eigler sugieren que la vía que conduce a la fusión de mioblastos podría estar implicada en la regeneración muscular. Cuando Eigler creó ratones genéticamente modificados que carecían de la enzima terminal de esta vía, CaMKII, estos ratones tardaron más en reparar una lesión muscular que aquellos cuyos cuerpos producían la enzima.

El nuevo enfoque ha permitido a los científicos observar cómo progresa la fusión a lo largo del tiempo. Sus observaciones respaldan la idea de que la fusión ocurre en etapas primarias y secundarias diferenciadas, algo que se había demostrado previamente en moscas de la fruta, pero no en vertebrados.

«En la etapa primaria, los mioblastos de un solo núcleo se fusionan para formar miotubos, que tienen dos o tres núcleos», explicó Avinoam. «En la etapa secundaria, la fusión alcanza su máximo potencial, ya que el resto de los mioblastos se fusionan con los miotubos ya formados, creando fibras musculares que contienen docenas o incluso cientos de núcleos. La mayor parte de la fusión ocurre durante esta etapa secundaria».

Los videos time-lapse muestran que el proceso de fusión entra en la etapa secundaria entre doce y dieciséis horas después de que las células se expongan a la molécula bloqueadora de ERK. Es entonces cuando el proceso se desencadena repentinamente, acelerándose enormemente. En las siguientes doce horas, aproximadamente, las fibras se fusionan rápidamente formando músculo carnoso.

Los expertos de Weizmann observaron en ese momento que, el hecho de que todos los mioblastos en una placa de laboratorio comiencen a fusionarse de forma sincronizada sugiere que podrían estar siguiendo un programa predefinido para la formación de músculo. Esto, a su vez, sugiere que los procesos observados en el laboratorio imitan fielmente la forma en que se fusionan las fibras musculares en el cuerpo.

En experimentos posteriores, los investigadores demostraron que la vía ERK-CaMKII impulsa la diferenciación y fusión muscular en mioblastos cultivados de diversas especies de animales de granja, como pollos, vacas y ovejas. Por lo tanto, los hallazgos del estudio podrían ayudar a acelerar la producción de carne cultivada, reduciendo así su costo.

Luego, se fundó ProFuse Technology, una nueva empresa emergente, para desarrollar los hallazgos y aplicarlos a la industria de la tecnología alimentaria. Yeda Research and Development Company, la división de transferencia de tecnología del Instituto Weizmann, le ha otorgado los derechos exclusivos de esta tecnología y de la patente que ampara esta investigación.

Esta investigación tiene un enfoque histórico del Instituto Weizmann: uno de los pioneros en el estudio del crecimiento muscular, el difunto profesor David Yaffe, fue científico del Instituto Weizmann. Los cultivos de mioblastos que desarrolló en la década de 1960 para explorar la diferenciación y fusión de estas células han sido utilizados durante décadas por científicos de todo el mundo. Ahora, unos sesenta años después, la nueva y eficiente forma de inducir dicha diferenciación y fusión, descubierta por los científicos del Instituto Weizmann, podría suponer un gran avance para futuros estudios en este campo.

Según estimaciones recientes, el mercado de carne cultivada podría alcanzar los 25.000.000.000 de dólares en 2030.

Los participantes del estudio incluyeron a Giulia Zarfati, la Dra. Sansrity Sinha y el Dr. Nadav Segev del laboratorio de Avinoam; Emmanuel Amzallag, Avraham Shakked y el Dr. Kfir-Baruch Umansky del laboratorio de Tzahor; Yishaia Zabary y el Dr. Assaf Zaritsky de la Universidad Ben-Gurion del Negev; el Dr. Eyal D. Schejter del Departamento de Genética Molecular de Weizmann; y el Dr. Douglas P. Millay de la Facultad de Medicina de la Universidad de Cincinnati.

El profesor Eldad Tzahor es director del Centro de Investigación Yad Abraham para el Diagnóstico y la Terapia del Cáncer; su investigación también cuenta con el apoyo del Sr. y la Sra. Israel Englander.

El Dr. Ori Avinoam es el titular de la Cátedra Presidencial de Desarrollo Miriam Berman; su investigación también cuenta con el apoyo del Centro Yeda-Sela de Investigación Básica; el Instituto Henry Chanoch Krenter de Imágenes Biomédicas y Genómica; y el Programa de Ciencia Colaborativa Schwartz/Reisman.