211service.com
Startupy ścigają się, aby odtworzyć mleko matki w laboratorium
Wielu rodziców polega na mieszance dla niemowląt do karmienia swoich noworodków. Czy technologia hodowli komórek może wytworzyć coś bliższego ludzkiemu mleku matki?
Ilustracje: Amrita Marino
18 grudnia 2020 r.Pewnego letniego dnia 2013 roku Leila Strickland siedziała zachwycona przed laptopem i obserwowała na ekranie, jak Mark Post prezentuje pierwszego wyhodowanego w laboratorium hamburgera.
Aby stworzyć różowawe, płaskie placki, Post, profesor fizjologii naczyń na Uniwersytecie Maastricht w Holandii, pobrał tysiące płytek do hodowli tkankowych pełnych bydlęcych komórek macierzystych, zmieszał je z płodową surowicą cielęcą i innymi składnikami odżywczymi i czekał, aż się zróżnicują. w komórki mięśniowe. To było samo w sobie ekscytujące. Ale umysł Stricklanda powędrował do innego potencjalnego zastosowania hodowli komórek: ludzkiego mleka matki.
Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia 2021 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Jak wiele matek, Strickland miała nadzieję, że przez pierwsze sześć miesięcy po urodzeniu będzie karmić piersią oboje dzieci.
Środowisko medyczne uważa karmienie piersią za złoty standard żywienia niemowląt, zmniejszając prawdopodobieństwo problemów trawiennych, wysypki i – co najbardziej przekonujące – martwiczego zapalenia jelit, rzadkiej, ale potencjalnie śmiertelnej choroby jelit u wcześniaków.
Ale jak wiele matek, Strickland miał trudności z karmieniem piersią. Jej pierwsze dziecko, syn urodzony trzy lata wcześniej, z trudem chwytało jej sutek; kiedy to zrobił, poczuła palący ból. Zaczął chudnąć. Spędziła cały dzień, codziennie karmiąc lub odciągając pokarm, aby stymulować wypływ mleka, a jej syn wciąż płakał, głodny. Miała teraz podobne problemy ze swoją córeczką.
Gdy Strickland obserwowała Posta ze swojego kuchennego stołu, zaczęła myśleć o tym, jak mogłaby wykorzystać proces taki jak jego, aby hodować nie sztuczną wołowinę, ale komórki wytwarzające mleko matki. Kobieta w ciąży może mieć biopsję igłową swojej piersi w czasie ciąży, a ja mogę doprowadzić do wzrostu komórek i produkcji mleka przed urodzeniem dziecka, napisał podekscytowany Strickland w e-mailu do ówczesnego przyjaciela.
Ta historia była częścią naszego wydania ze stycznia/lutego 2021 r.
- Zobacz resztę numeru
Uzyskała doktorat z biologii komórki i spędziła kilka lat jako naukowiec w Stanford, zanim znalazła pracę jako redaktor medyczny i pisarz. To była szansa na powrót do laboratorium, z większą niezależnością niż przeciętny naukowiec. Kilka dni później ona i jej mąż zebrali razem 5000 dolarów oszczędności i kupili ogromny szary kaptur do hodowli tkankowych, mikroskop, inkubator i wirówkę z eBay, aby mogła z nimi eksperymentować. Był to stary sprzęt dinozaurów — większość prawdopodobnie z lat 60., wspomina Strickland.
Przez lata walczyła o finansowanie projektu i była bliska porzucenia tego pomysłu. Ale w maju 2020 r. Biomilq, firma, którą założyła, otrzymała 3,5 miliona dolarów od grupy inwestorów kierowanej przez Billa Gatesa. Biomilq ściga się teraz z konkurentami w Singapurze i Nowym Jorku, aby wstrząsnąć światem żywienia niemowląt w sposób niespotykany od czasu narodzin przemysłu preparatów modyfikowanych o wartości 42 miliardów dolarów.
Karmienie piersią pojawiało się i wychodziło z mody od czasów starożytnych —pod wpływem ewolucji wiedzy medycznej, ale także rasy i statusu społecznego. Karmienie na mokro, czyli zlecanie karmienia piersią komuś innemu niż matka dziecka, sięga co najmniej starożytnej Grecji. Przed wojną secesyjną w Ameryce biali zniewalacze zmuszali czarne kobiety do karmienia piersią ich dzieci, często ze szkodą dla ich dzieci.
W 1851 r. wynaleziono we Francji pierwszą nowoczesną butelkę do karmienia — skomplikowane urządzenie ze smoczkiem z korka i szpilkami z kości słoniowej, które selektywnie zamykały wloty w celu regulacji przepływu powietrza — co doprowadziło do niemal całkowitego wyginięcia karmienia na mokro. Wkrótce potem niemiecki chemik Justus von Liebig wymyślił pierwszą komercyjną mieszankę dla niemowląt, która składała się z mleka krowiego, pszenicy, mąki słodowej i szczypty wodorowęglanu potasu. Szybko został uznany za idealny pokarm dla niemowląt.
Do 1972 r. 22% amerykańskich niemowląt było karmionych piersią – historycznie niski poziom, w porównaniu z 77% urodzonych w latach 1936-1940.
W XX wieku użycie formuł gwałtownie wzrosło, napędzane w dużej mierze przez gorliwą reklamę skierowaną do lekarzy i konsumentów. Reklama mleka odparowanego na goździki w Ameryce z 1954 r. pokazuje promienną matkę i niemowlę z tekstem, który mówi, że 8 na 10 matek karmiących swoje dzieci mieszanką z goździków mówi: „Mój lekarz to zalecił!” Później firmy produkujące mieszanki zaczęły rozdawać szpitalom bezpłatną mieszankę. do dystrybucji do nowych matek. W tym samym czasie coraz więcej kobiet wchodziło na rynek pracy, co komplikowało ciągłe karmienie piersią. Postrzeganie, że formuła jest tak samo bezpieczna i wydajna, jeśli nie bardziej, doprowadziło do gwałtownego spadku wskaźników karmienia piersią. Do 1972 r. 22% amerykańskich niemowląt było karmionych piersią – historycznie niski poziom, w porównaniu z 77% urodzonych w latach 1936-1940.
Obecnie wskaźniki te odbiły się, a lekarze powszechnie zgadzają się, że mleko matki zapewnia najlepsze odżywianie dla niemowląt. Większość amerykańskich dzieci – około 84%, według statystyk Centrum Kontroli i Prewencji Chorób – jest w pewnym momencie karmiona piersią. Ale tylko jedna czwarta jest karmiona wyłącznie mlekiem matki przez sześć miesięcy, zgodnie z zaleceniami Amerykańskiej Akademii Pediatrii i Światowej Organizacji Zdrowia.
Karmienie piersią nie zawsze jest łatwe. Jak doświadczył Strickland, dzieci mogą mieć problemy z przyssaniem; czasami piersi nie produkują wystarczającej ilości mleka; i może to być nieznośnie bolesne dla matki.
Co więcej, wiele matek noworodków musi pracować, a karmienie piersią lub odciąganie pokarmu w miejscu pracy może być trudne lub wręcz niemożliwe. Oczywiście jest to trudniejsze dla kobiet ubogich, zwłaszcza w krajach takich jak Stany Zjednoczone, gdzie nie ma obowiązkowego płatnego urlopu rodzicielskiego i tylko niewielki procent pracujących matek otrzymuje go od swoich pracodawców.
Pierwszy krok Strickland w kierunku stworzenia mleka matki w laboratorium był mniej niż efektowny. Nie było jej stać na zakup linii komórek ludzkiego gruczołu sutkowego, które mogą kosztować setki, a nawet tysiące dolarów. Zamiast tego postanowiła zacząć od komórek od krów. Aby rozpocząć eksperymenty, musiała znaleźć komórki — dużo komórek — i tanio.
AMRITA MARINAPewnego weekendu w lutym 2014 r. Strickland włożyła lodówkę, trochę etanolu i sterylne instrumenty do bagażnika swojego samochodu, wepchnęła zwitek 20-dolarowych banknotów do kieszeni i pojechała wysadzaną drzewami autostradą międzystanową w Północnej Karolinie do Randolph Packing, rodziny będąca własnością firmy przetwórstwa mięsnego w Asheboro, która działała w krępym magazynie ceglanym przy ulicy mieszkalnej.
Kierownik zaprowadził ją do obszaru przetwórstwa, gdzie niedawno ubite krowy zostały zawieszone za kopyta i przeniesione na taśmę transportową w celu przetworzenia. Próbując nie odrywać wzroku od ziemi, wskazała na krowie wymię i mruknęła słabo: Poproszę ten kawałek. Wróciła do swojego prowizorycznego laboratorium, umieściła kawałek wymion na szalce Petriego, oblała je aminokwasami, witaminami, minerałami i solami i ostrożnie umieściła w inkubatorze.
Następnego dnia w wiadomości do rodziców napisała: Wczoraj poszłam do rzeźni i zapłaciłam facetowi 20 dolarów za odcięcie wymion świeżo ubitej krowie… Można śmiało powiedzieć, że przez jakiś czas nie będę jadła wołowiny. dopóki. Przyszedł dziś rano i stwierdził, że komórki rosną! Krowa zmarła wczoraj rano, ale jej część wciąż żyje w moim laboratorium!
Mleko matki pochodzi z dwóch rodzajów komórek w przewodach mlecznych i pęcherzykach płucnych — małe worki w gruczole sutkowym, w których gromadzi się mleko. Komórki nabłonka światła pochłaniają składniki odżywcze z krwiobiegu i przekształcają je w mleko. Obok nich, wyścielające przewody i pęcherzyki, znajdują się gładkie, przypominające mięśnie komórki mioepitelialne. Kiedy niemowlę zaczyna ssać, powoduje kurczenie się komórek mioepitelialnych, wypychając mleko z komórek światła przez przewody do ust dziecka.
Przez trzy lata Strickland przyniosła laptopa do swojego maleńkiego wynajętego pomieszczenia laboratoryjnego, aby mogła przeprowadzać eksperymenty z komórkami wymion krów między zadaniami pisania i edycji. Jej największym triumfem było przekonanie komórek nabłonka światła, aby utworzyły ciągłą warstwę, która mogłaby utrzymać przedziały krytyczne dla syntezy mleka. Odkryła, które powierzchnie sprzyjają najzdrowszemu podziałowi komórek i jak gęstość komórek wpływa na ich tempo wzrostu. Żadne z tych odkryć nie było nowatorskie, ale była zadowolona, że poznała techniki potrzebne do ostatecznego przejścia do ludzkich komórek.
Do 2016 roku Stricklandowi skończyły się pieniądze i musiał wstrzymać przedsięwzięcie. Ale pomysł nigdy jej nie opuścił.
Do 2016 roku Stricklandowi skończyły się pieniądze i musiał wstrzymać przedsięwzięcie. Ale pomysł nigdy jej nie opuścił. W końcu w 2019 roku, gdy coraz więcej firm zajmujących się hodowlą żywności zaczęło próbować wytwarzać w laboratorium wszystko, od mięsa, przez ryby, po nuggetsy z kurczaka, kilku przyjaciół przekonało ją do ożywienia swojego planu.
Strickland zwerbował do współpracy dwóch innych naukowców. W sierpniu 2019 r. zostali przyjęci do IndieBio, prestiżowego akceleratora biotechnologicznego w San Francisco, który zapewnia start-upom 250 000 USD finansowania nasion i innego wsparcia. Rzuciła swoją codzienną pracę i zaczęła pracować nad projektem w pełnym wymiarze godzin.
Był jednak problem. Strickland i jej dwaj partnerzy pochodzili z podobnych środowisk, z dużym doświadczeniem naukowym, ale ograniczonymi w dobrej wierze biznesowej. Gdy zespół przygotowywał się do przeprowadzki do Kalifornii na cztery miesiące, stało się jasne, że nie pasują do siebie.
Mniej więcej w tym samym czasie koleżanka przedstawiła Stricklanda Michelle Egger, dwudziestokilkuletniej badaczce żywności. Egger była zafascynowana mlekiem, odkąd była dzieckiem dorastającym w Minneapolis, gdzie kiedyś zajęła drugie miejsce w konkursie rzeźbienia w maśle dla młodzieży na targach stanowych w Minnesocie. Po studiach w Purdue Egger dostała pracę w dziale mleczarskim General Mills, gdzie pracowała przez trzy lata, zanim zapisała się do szkoły biznesu w Duke. Była na drugim roku, kiedy po raz pierwszy spotkała Stricklanda.
Egger był podekscytowany propozycją Stricklanda. Większość odżywek dla niemowląt składa się z produktów mlecznych, które wymagają dużej ilości wody do wytworzenia i przygotowania. Kolejnym powszechnym składnikiem jest olej palmowy. Jedno z badań z 2015 roku sugerowało, że wyprodukowanie jednego kilograma mieszanki mlecznej generuje równowartość czterech kilogramów emisji dwutlenku węgla. Podejście Stricklanda mogło być znacznie wydajniejsze.
Na początku było ciężko. Zmiana w zespole spowodowała, że Biomilq stracił swoje miejsce w IndieBio. Wystąpiła o kilka grantów badawczych, ale nie udało się jej uzyskać. Martwiąc się, że Biomilq zabraknie pieniędzy, Strickland zaczęła rozmawiać ze swoim dawnym szefem o powrocie do pracy, którą porzuciła. Egger też po cichu zaczął szukać pracy.
Biomilq był na skraju zamknięcia, kiedy Strickland i Egger otrzymali od grupy inwestorów kierowanej przez Breakthrough Energy Ventures, firmę ustanowioną przez Billa Gatesa, w celu wsparcia technologii, które mogą zmniejszyć emisje dwutlenku węgla, obiecane 3,5 miliona dolarów finansowania. Ulepszenie branży formuł obiecało właśnie to zrobić. Gdy wiosna 2020 r. ustąpiła latu, pieniądze wpłynęły na konto bankowe Biomilq.
Biomilq nie jest jedyną firmą, której celem jest aby zrobić nowy rodzaj mieszanki dla niemowląt. Stosując zasadniczo podobne podejście, TurtleTree Labs w Singapurze ma w końcu nadzieję na zastąpienie całego mleka obecnie dostępnego na rynku, według współzałożyciela Maxa Rye. Oprócz innych projektów firma pracuje nad stworzeniem wzmacniaczy, które można dodać do formuły, aby powielić właściwości mleka matki. Niektóre formuły są już wzbogacone białkami i węglowodanami pozyskiwanymi syntetycznie lub z mleka krowiego. Inny współzałożyciel, Fengru Lin, wyjaśnia, że w przeciwieństwie do Biomilq, TurtleTree planuje współpracować z branżą formuł i ma nadzieję wprowadzić swoje produkty na rynek w 2021 roku.
Tymczasem Helaina, firma z siedzibą w Nowym Jorku, będzie naśladować mleko matki poprzez fermentację. Laura Katz, założycielka firmy, planuje wykorzystać drobnoustroje do syntezy składników mleka – białek, węglowodanów i tłuszczów – a następnie połączyć je w pożywny płyn. Ponieważ podobne procesy uzyskały już aprobatę amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków dla produktów takich jak Impossible Burgers, które są wytwarzane ze sfermentowanego białka sojowego, ma nadzieję, że napotka mniej przeszkód regulacyjnych niż jej konkurenci. Podobnie jak Strickland i Egger, motywuje ją oburzenie z powodu braku opcji dla nowych rodziców.
Myślę, że najlepszą rzeczą, jaką możemy zrobić, to wspierać kobiety w karmieniu piersią – mówi Katz. Ale jeśli to niemożliwe, matki zasługują na coś lepszego niż obecna mieszanka dla niemowląt. Dodaje, widzę, że cała ta innowacja ma miejsce w produkcji mięsa opartego na komórkach dla ludzi, którzy chcą tylko zjeść burgera, ale produkty, którymi karmimy dzieci, pozostały statyczne przez ostatnie 20, 30 lat.
Żadna z tych propozycji nie będzie naukowo prosta, po części dlatego, że stosunkowo niewiele wiadomo o mleku matki. Większość badań ludzkich komórek nabłonka sutka skupia się raczej na ich roli w raku piersi niż na produkcji mleka.
Jeśli chodzi o samo mleko, jest to bogaty i oszałamiający gulasz złożony z tysięcy chemikaliów. Znamy wartości odżywcze białek, węglowodanów i zawartych w nich tłuszczu. Wiemy o pewnych określonych bioaktywnych cząsteczkach, takich jak oligosacharydy [cukry złożone, które odżywiają zdrowe bakterie w jelitach dziecka], IgA [główne przeciwciało znajdujące się w mleku matki], lipaza stymulowana solą żółciową [enzym, który pomaga w trawieniu tłuszczów] – te rzeczy, które ludzie zawsze uważają za dobre w mleku matki, mówi Tarah Colaizy, dyrektor ds. badań Human Milk Banking Association of North America, która również wykłada na University of Iowa. Zauważa jednak, że mleko matki zawiera również krótkie nici RNA, którego obecność odkryto dopiero w 2010 roku i którego rola w rozwoju niemowląt nie jest jeszcze dobrze poznana.
Dlatego Strickland i Egger planują wykorzystać spektrometrię mas, technikę mierzącą masę różnych cząsteczek w próbce, aby zbadać porównanie białek, oligosacharydów i tłuszczów zawartych w ich produkcie ze składnikami mleka ludzkiego odciąganego z piersi. Ale pojawia się jeszcze większe wyzwanie: jak ujednolicić substancję, która jest unikalna dla każdej matki.
Skład mleka matki zmienia się wraz z rozwojem dziecka. Przez kilka pierwszych dni po porodzie matki produkują siarę, gęste, żółte, skoncentrowane mleko wypełnione związkami, takimi jak przeciwciała IgA i laktoferyna, obfite białko, które wzmacnia odporność dziecka. Wkrótce siara zostaje zastąpiona mlekiem przejściowym, które jest rzadsze, ale zawiera więcej tłuszczu i laktozy. Po około dwóch tygodniach mleko matki uważa się za dojrzałe. Ale nawet wtedy może zmienić swój skład w trakcie jednego karmienia. Tylne mleko, czyli ostatnie mleko pozostawione w piersi, ma wyższą zawartość tłuszczu niż mleko wyprodukowane wcześniej, dlatego często zaleca się kobietom opróżnienie jednej piersi przed przejściem na drugą.
Planują pracować z kobietami w ciąży, pobierając próbki ich komórek nabłonka sutka i hodując je, aby stworzyć zindywidualizowane mleko do użytku po przybyciu ich dzieci.
Chociaż Egger i Strickland przyznają, że nie będą w stanie odtworzyć tej złożoności, ani wszystkich przeciwciał i drobnoustrojów w mleku kobiety, twierdzą, że ich produkt będzie bardziej spersonalizowany niż produkty konkurencji. Tak jak Strickland przewidywał w 2013 roku, planują pracować z kobietami w ciąży, pobierając próbki ich komórek nabłonka sutka i hodując je w celu stworzenia zindywidualizowanego mleka do użycia po przyjściu na świat ich dzieci. Następnie mają nadzieję stworzyć bardziej ekonomiczną opcję generyczną przy użyciu komórek dawcy. Oba, twierdzi Egger, będą lepsze niż formuła.
Naukowcy z Biomilq pracują teraz w bielonej przestrzeni laboratoryjnej w Durham w Karolinie Północnej, którą dzielą z kilkoma innymi start-upami biotechnologicznymi. W zamrażarce ustawionej na -80 °C (-112 °F) przechowują probówki pełne komórek od wielu różnych dawców. Niektóre z nich, na przykład te od 27-letniej kobiety, która oddała tkankę sutkową po operacji zmniejszenia piersi, zostały unieśmiertelnione – zmanipulowane, by rozmnażać się w nieskończoność.
Strickland i Egger wyprodukowali już płyn zawierający zarówno laktozę, jak i kazeinę – główne związki białkowe i cukrowe występujące w mleku matki. Obecnie testują go, aby sprawdzić, czy mogą wykryć inne składniki, takie jak oligosacharydy i lipidy. Obecnie majstrują przy swoim sprzęcie i składnikach odżywczych, których używają do wzrostu komórek, aby zobaczyć, jaka kombinacja zbliża je do składu naturalnego mleka matki; szacują, że znalezienie wystarczająco dobrego dopasowania zajmie około dwóch lat.
Pewnego piątkowego poranka we wrześniu Strickland wzięła probówkę zawierającą 3 miliony komórek, ogrzała ją w dłoniach i rozłożyła zawartość na plastikowej płytce do hodowli tkanek. Kolega oblał następnie płytkę ciepłym żółtym płynem zawierającym 53 różne sole, witaminy, minerały i aminokwasy. Gdy powierzchnia płytki została w większości pokryta powielającymi się komórkami, zaplanowali przeniesienie komórek do małego bioreaktora, plastikowego urządzenia z przezroczystymi rurkami wychodzącymi z jego boków, które pobudzają wzrost. Po około miesiącu komórki zaczęły wydzielać substancję podobną do mleka matki. Jest tylko jeden mały problem, mówi Strickland. Jeszcze nie wiemy, jak to nazwać.