El Research Institute for Farm Animal Biology (FBN) en Dummerstorf, Alemania, se centra en explorar mejores prácticas de gestión ganadera en el contexto de la agricultura sostenible. El Instituto organiza su investigación en torno a cuatro temas principales: individualización de la cría de animales de granja, integración de la ganadería en ciclos sostenibles de recursos, abordaje de las fases críticas de la vida de los animales de granja y fomento de la diversidad en la producción animal. Dentro de este marco, varios grupos de trabajo abordan temas específicos. El grupo de trabajo de Biología Celular del Crecimiento Muscular del FBN está dirigido por la Dra. Monika Röntgen. Explica cómo nuevas herramientas de investigación, como LiCellMo de PHCbi, ofrecen una mayor precisión y ahorro de tiempo en la medición de parámetros importantes en la miogénesis (desarrollo y crecimiento muscular).
La miogénesis posnatal depende de las células madre musculares, incluidas las células satélite (SC). El número y las propiedades funcionales de estas células madre determinan la formación muscular, el crecimiento, el potencial de regeneración y la capacidad de adaptación. Y, durante períodos críticos del desarrollo muscular, su funcionalidad se puede ver alterada de forma permanente por diversos factores.
«Nuestra investigación tiene como objetivo contribuir a una mejor comprensión de los procesos de desarrollo y plasticidad muscular para mejorar la salud muscular, la composición corporal y la calidad de la carne en animales de granja. También estamos investigando formas alternativas y respetuosas con el medio ambiente de producir proteína animal como parte de la seguridad alimentaria global», explicó. «Nuestros principales temas de investigación son el control molecular y metabólico de los procesos miogénicos en la etapa posnatal temprana en animales de granja, la modulación del comportamiento de crecimiento de las células satélite mediante compuestos dietéticos, sustancias bioactivas y componentes del sistema inmunitario, y la generación de proteínas para la nutrición humana a partir de células madre animales».
Enfocados desde el principio
El grupo de trabajo está especialmente interesado en comprender mejor el desarrollo muscular durante el período posnatal muy temprano. Este es un período crítico porque ocurren dos cosas. En primer lugar, se desarrolla la población de células madre (adultas). Y, en segundo lugar, el tejido muscular, en particular las miofibras, crece muy rápidamente.
«Hasta ahora, no se ha realizado mucha investigación sobre el papel de las células madre en el desarrollo muscular temprano de los animales de granja», afirmó la Dra. Röntgen. «Nos centramos en la investigación sobre el cerdo porque es un animal de granja muy importante y también un modelo muy interesante para la medicina humana».
«Concretamente, estamos intentando averiguar más sobre una importante enfermedad genética que se manifiesta en este período temprano: el "síndrome de las patas abiertas", que impide a los lechones mantenerse en pie y, por tanto, alimentarse. Puede provocar la muerte prematura de los lechones afectados», añadió. «La patogenia de esta enfermedad no se comprende del todo. También se da en muchas otras especies: humanos, perros y ovejas. Ampliar nuestro conocimiento sobre la enfermedad permite esclarecer mejor el desarrollo muscular temprano y prenatal, ambos alterados en esta patología».
El Grupo de Biología Celular del Crecimiento Muscular también está muy interesado en descubrir nuevas formas de reducir el uso de antibióticos mediante alternativas y se centra en estudiar el papel de los probióticos en este ámbito.
Carne cultivada
Sin embargo, el mayor proyecto del grupo en estos momentos es desarrollar un proceso completo para producir carne cultivada a partir de células madre de cerdo. Este proyecto está financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania y el FBN colabora con otros tres socios: dos institutos de investigación y una empresa.
Ampliación de escala
En el grupo de la Dra. Röntgen, entre otros, la M.Sc. Tessa Wolter trabaja en este proyecto, que se centra en encontrar soluciones para producir proteínas animales de alta calidad mediante métodos basados en cultivos celulares.
«En general, estamos muy interesados en los procesos metabólicos y en el papel regulador de las señales metabólicas y mitocondriales en la proliferación y diferenciación celular, en los que el lactato desempeña un papel importante», afirmó la Dra. Röntgen. «Para producir células musculares destinadas a la carne cultivada, necesitamos alcanzar una mayor eficiencia en la miogénesis. Una forma de lograrlo es modificando la composición del medio de cultivo para que el metabolismo de las células sea más eficiente».
LiCellMo se puede utilizar para analizar muestras del medio extraídas de su biorreactor para medir glucosa y lactato, con el fin de controlar el crecimiento celular y la actividad metabólica.
«En nuestro trabajo, tenemos que realizar muchas pruebas para optimizar nuestros medios en lo que respecta a la glucosa y otros componentes», continuó, «LiCellMo nos ayuda porque nos permite observar directamente, en tiempo real, los efectos positivos o negativos de dichos cambios.» Normalmente, habría que finalizar los experimentos antes de poder empezar a analizar las muestras del medio. Y esto, por supuesto, es un proceso que requiere mucho tiempo».
Con LiCellMo, el equipo de investigación puede ver directamente cómo varía la actividad metabólica de las células, reflejada en el pH, la glucosa y el lactato, y tomar decisiones rápidas sobre el momento óptimo para realizar cambios en el medio.
«Otro aspecto es que tenemos que ampliar la escala», señaló la Dra. Röntgen. «Este es uno de los mayores retos, porque en el cultivo celular estándar normalmente utilizamos placas o frascos con volúmenes pequeños, de entre 12 y 20 ml». Cuando se empieza a trabajar con un biorreactor, el volumen es mucho mayor y primero hay que determinar cuál es la densidad celular óptima. Esto puede parecer sencillo, pero es el punto clave para todos los pasos posteriores. En nuestro caso, pasamos primero de una placa de 12 ml a un biorreactor más pequeño con un volumen total de 200 mililitros, y comenzamos a trabajar a una escala mayor utilizando un biorreactor con un volumen de 20 litros. Por supuesto, no se puede trasladar rápidamente la situación de una placa a un volumen tan elevado. Por lo tanto, es necesario controlar lo que ocurre a lo largo del tiempo. LiCellMo puede utilizarse para analizar muestras del medio extraídas del biorreactor y medir los niveles de glucosa y lactato, con el fin de controlar el crecimiento celular y la actividad metabólica».
Beneficios prácticos
«Una de las ventajas de LiCellMo es su tamaño reducido. Encaja muy bien en nuestro incubador y no ocupa demasiado espacio. Así que todavía queda espacio suficiente para realizar otros experimentos en paralelo», señaló la Sra. Wolter. «La pantalla que muestra los datos en tiempo real también fue muy útil».
«LiCellMo es fácil de usar y, lo más importante, es muy, muy sensible. Por ello, es muy importante disponer de blancos de medio para todas las condiciones analizadas, con el fin de diferenciar entre la actividad celular y los efectos derivados de la manipulación, como por ejemplo al abrir la puerta del incubador.
«Otra ventaja de LiCellMo es que permite realizar los experimentos en un formato de bajo volumen, lo cual ayuda a ahorrar recursos como células primarias o medio de cultivo», señaló. «A diferencia del formato de 96 pocillos, el formato de placa de 24 pocillos utilizado con LiCellMo no es demasiado pequeño». Esto es importante porque, en muchos tipos celulares, la capacidad de proliferar y diferenciarse varía en función del tamaño de la placa utilizada. Hay que determinar el formato óptimo, pero el de 24 pocillos es una buena opción para empezar y, a menudo, las células crecen mejor que en formatos más pequeños.»
La Dra. Röntgen añadió que anteriormente se habían utilizado kits de ensayo comerciales para medir, en particular, el lactato, pero que LiCellMo aporta ventajas significativas.
«El lactato es muy importante en el músculo, por supuesto», señaló. «Normalmente, medir la actividad de la lactato deshidrogenasa en tejido muscular o en células es un método estándar para obtener información sobre la situación metabólica. Otro método consiste en medir la concentración de lactato extracelular utilizando kits de ensayo que, en nuestra experiencia, no eran lo suficientemente sensibles, especialmente al trabajar con células. Además, en ambos métodos las muestras se analizan una vez finalizado el experimento. Aquí debo decir que el análisis de lactato con LiCellMo funciona mucho mejor debido a su mayor sensibilidad».
LiCellMo es fácil de usar y, lo más importante, es muy, muy sensible.
«También es una ventaja poder realizar otros experimentos en paralelo, ya que LiCellMo utiliza placas de cultivo celular normales y disponibles comercialmente», señaló la Sra. Wolter. «Y, lo más importante, puede utilizar las células para análisis posteriores tras haberlas monitorizado». Por ejemplo, se puede determinar el número de células, las concentraciones de ADN y proteínas para caracterizar el crecimiento celular, o analizar la expresión génica para comprender los procesos de regulación. No se trata de un ensayo de punto final con LiCellMo. Si le interesan otras pruebas o tratamientos durante la medición, puede pausar LiCellMo en cualquier momento y continuar con la medición más adelante.
Potencial futuro
Para la Dra. Röntgen, las mediciones directas en biorreactores de mayor tamaño probablemente serán fundamentales.
«Ya es una ventaja poder analizar el medio de nuestros biorreactores con equipamiento como LiCellMo», señaló. «Sabemos que más adelante… en un futuro real… tendremos biorreactores mucho más grandes, y entonces sería ideal contar con la posibilidad directa de muestrear y controlar el medio en un biorreactor a lo largo del tiempo. De modo que podamos tomar una muestra directamente, analizarla y obtener información relevante».
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