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Las empresas emergentes compiten para reproducir la leche materna en el laboratorio
Muchos padres confían en la fórmula infantil para alimentar a sus recién nacidos. ¿Podría la tecnología de cultivo celular producir algo más parecido a la leche materna humana?
Ilustraciones de Amrita Marino
18 de diciembre de 2020En un día de verano de 2013, Leila Strickland se sentó, embelesada, frente a su computadora portátil y vio en la pantalla cómo Mark Post presentaba la primera hamburguesa cultivada en laboratorio.
Para crear la hamburguesa plana y rosada, Post, profesor de fisiología vascular en la Universidad de Maastricht en los Países Bajos, tomó miles de placas de cultivo de tejido llenas de células madre bovinas, las mezcló con suero de ternero fetal y otros nutrientes, y esperó hasta que se diferenciaron. en las células musculares. Esto fue emocionante en sí mismo. Pero la mente de Strickland divagó hacia otra posible aplicación del cultivo de células: la leche materna humana.
Esta historia fue parte de nuestra edición de enero de 2021
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Como muchas madres, Strickland esperaba amamantar a sus dos hijos durante los primeros seis meses después de que nacieran.
El establecimiento médico considera que la lactancia materna es el estándar de oro de la nutrición infantil, ya que reduce la probabilidad de problemas digestivos, erupciones cutáneas y, lo que es más importante, enterocolitis necrosante, una enfermedad intestinal rara pero potencialmente mortal en bebés prematuros.
Pero como muchas madres, a Strickland le resultó difícil amamantar. Su primer hijo, un hijo nacido tres años antes, había tenido problemas para prenderse con eficacia a su pezón; cuando lo hizo, sintió un dolor punzante. Empezó a perder peso. Había pasado todo el día, todos los días, amamantando o extrayéndose para estimular el flujo de leche, y aún así su hijo lloraba de hambre. Ahora estaba experimentando problemas similares con su pequeña hija.
Mientras Strickland observaba a Post desde la mesa de su cocina, comenzó a pensar en cómo podría usar un proceso como el suyo para producir no carne de vacuno artificial, sino las células que producen la leche materna. Una mujer embarazada podría tener una biopsia con aguja de su seno durante el embarazo, y podría hacer que las células crezcan y produzcan leche antes de que nazca el bebé, escribió Strickland emocionado en un correo electrónico a un amigo en ese momento.
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Obtuvo su doctorado en biología celular y pasó varios años como investigadora en Stanford antes de encontrar trabajo como editora médica y escritora. Esta fue una oportunidad para volver a la mesa de laboratorio, con más independencia que el académico promedio. Unos días después, ella y su esposo juntaron $5,000 en ahorros y compraron una enorme campana de cultivo de tejido gris, un microscopio, una incubadora y una centrífuga de eBay para que ella experimentara. Era equipo viejo de dinosaurio, la mayor parte probablemente de la década de 1960, recuerda Strickland.
Durante años luchó para mantener el proyecto financiado y estuvo a punto de abandonar la idea. Pero en mayo de 2020, Biomilq, una empresa que ella había fundado, obtuvo 3,5 millones de dólares de un grupo de inversores liderado por Bill Gates. Biomilq ahora está en una carrera con competidores en Singapur y Nueva York para revolucionar el mundo de la nutrición infantil de una manera que no se había visto desde el nacimiento de la industria de fórmulas ahora valorada en $42 mil millones.
La lactancia materna ha entrado y salido de moda desde la antigüedad. — influenciado por la evolución del conocimiento médico, pero también por la raza y el estatus social. La lactancia húmeda, la subcontratación de la lactancia materna a alguien que no sea la madre de un bebé, se remonta al menos a la antigua Grecia. Antes de la Guerra Civil en Estados Unidos, los esclavistas blancos obligaron a las mujeres negras a amamantar a los hijos de los esclavistas, a menudo en detrimento de los propios bebés de las mujeres.
En 1851, se inventó en Francia el primer biberón moderno, un elaborado artilugio con una tetina de corcho y pasadores de marfil que cerraban selectivamente las entradas para regular el flujo de aire, lo que llevó a la lactancia húmeda al borde de la extinción. Poco después, el químico alemán Justus von Liebig inventó la primera fórmula infantil comercial, que consistía en leche de vaca, trigo, harina de malta y una pizca de bicarbonato de potasio. Rápidamente llegó a ser considerado el alimento infantil ideal.
Para 1972, el 22% de los bebés estadounidenses eran amamantados, un mínimo histórico, por debajo del 77% de los nacidos entre 1936 y 1940.
En el siglo XX, el uso de fórmulas se disparó, impulsado en gran parte por la publicidad entusiasta dirigida a médicos y consumidores. Un anuncio de 1954 de la leche evaporada Carnation en Estados Unidos muestra a una madre y un bebé radiantes con un texto que dice: 8 de cada 10 madres que alimentan a sus bebés con una fórmula Carnation dicen: '¡Mi médico me la recomendó!' Más tarde, las compañías de fórmula comenzaron a dar fórmula gratuita a los hospitales. para distribuir a las nuevas madres. Al mismo tiempo, más mujeres se incorporaban a la fuerza laboral, lo que complicaba la lactancia materna sostenida. La percepción de que la fórmula era igual de segura y eficiente, si no más, hizo que las tasas de lactancia materna cayeran en picado. Para 1972, el 22% de los bebés estadounidenses eran amamantados, un mínimo histórico, por debajo del 77% de los nacidos entre 1936 y 1940.
Hoy, esas tasas se han recuperado y los médicos están ampliamente de acuerdo en que la leche materna brinda la mejor nutrición para los bebés. La mayoría de los bebés estadounidenses (alrededor del 84 %, según las estadísticas de los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades) son amamantados en algún momento. Pero solo una cuarta parte se alimenta únicamente con leche materna durante seis meses, según lo recomendado por la Academia Estadounidense de Pediatría y la Organización Mundial de la Salud.
La lactancia materna no siempre es fácil. Como experimentó Strickland, los bebés pueden tener dificultades para prenderse; a veces los senos no producen suficiente leche; y puede ser terriblemente doloroso para la madre.
Además, muchas madres de recién nacidos tienen que trabajar, y puede ser difícil, si no imposible, amamantar o extraer leche en el lugar de trabajo. Esto, obviamente, es más difícil para las mujeres que son pobres, y especialmente en países como Estados Unidos, donde no existe una licencia parental paga obligatoria y solo un pequeño porcentaje de madres trabajadoras la obtienen de sus empleadores.
El primer paso que dio Strickland para crear leche materna en el laboratorio era menos que glamoroso. No podía permitirse el lujo de comprar líneas de células mamarias humanas, que pueden costar cientos o incluso miles de dólares. En cambio, decidió comenzar con células de vaca. Para comenzar sus experimentos, necesitaba encontrar células (muchas células) ya bajo precio.
AMRITA MARINOUn fin de semana de febrero de 2014, Strickland colocó una hielera, un poco de etanol e instrumentos esterilizados en el maletero de su automóvil, se metió un fajo de billetes de $20 en el bolsillo y condujo por las carreteras interestatales bordeadas de árboles de Carolina del Norte hasta Randolph Packing, una empresa familiar. empresa de procesamiento de carne de propiedad privada en Asheboro que operaba en un almacén de ladrillos en una calle residencial.
El gerente la condujo al área de procesamiento, donde las vacas recién sacrificadas fueron colgadas de las pezuñas y trasladadas a lo largo de una cinta transportadora para su procesamiento. Tratando de mantener los ojos fijos en el suelo, señaló la ubre de una vaca y murmuró débilmente: Me gustaría esa pieza, por favor. Regresó a su laboratorio improvisado, colocó un trozo de ubre en una placa de Petri, la roció con aminoácidos, vitaminas, minerales y sales, y la depositó cuidadosamente en una incubadora.
En un mensaje a sus padres, al día siguiente, escribió: Ayer fui al matadero y le pagué a un tipo $20 para que le cortara la ubre a una vaca recién sacrificada... Puedo decir con seguridad que no comeré carne de res por un tiempo. mientras. ¡Vine esta mañana y descubrí que las células están creciendo! ¡Una vaca murió ayer por la mañana, pero una parte de ella todavía está viva en mi laboratorio!
La leche materna se deriva de dos tipos de células en los conductos lácteos y los alvéolos. —pequeños sacos en la glándula mamaria donde se acumula la leche. Las células epiteliales luminales absorben los nutrientes del torrente sanguíneo y los convierten en leche. Junto a ellos, que recubren los conductos y los alvéolos, hay células mioepiteliales lisas parecidas a músculos. Cuando un bebé comienza a succionar, las células mioepiteliales se contraen, empujando la leche desde las células luminales, a través de los conductos, hasta la boca del bebé.
Durante tres años, Strickland llevó su computadora portátil a su pequeño espacio de laboratorio alquilado para poder realizar experimentos con las células de la ubre de su vaca entre las tareas de escritura y edición. Su mayor triunfo fue persuadir a las células epiteliales luminales para que formaran una capa continua que pudiera mantener los compartimentos críticos para sintetizar la leche. Descubrió qué superficies promovían la división celular más saludable y cómo la densidad de las células afectaba su tasa de crecimiento. Ninguno de estos hallazgos fue novedoso, pero estaba complacida de aprender las técnicas necesarias para finalmente pasar a las células humanas.
Para 2016, Strickland se quedó sin dinero y tuvo que suspender el proyecto. Pero la idea nunca la abandonó.
Para 2016, Strickland se quedó sin dinero y tuvo que suspender el proyecto. Pero la idea nunca la abandonó. Eventualmente, en 2019, a medida que más y más empresas de alimentos cultivados comenzaron a intentar hacer de todo, desde carne hasta pescado y nuggets de pollo en un laboratorio, varios amigos la convencieron de revivir su plan.
Strickland reclutó a otros dos científicos para que trabajaran con ella. En agosto de 2019, fueron aceptados en IndieBio, una prestigiosa aceleradora de biotecnología en San Francisco que otorga a las nuevas empresas $250 000 de financiación inicial y otro tipo de apoyo. Renunció a su trabajo diario y comenzó a trabajar en el proyecto a tiempo completo.
Sin embargo, había un problema. Strickland y sus dos socios provenían de antecedentes similares, con una amplia experiencia científica pero una buena fe comercial limitada. Mientras el equipo se preparaba para mudarse a California durante cuatro meses, quedó claro que no encajaban bien.
Casi al mismo tiempo, un amigo le presentó a Strickland a Michelle Egger, una científica de alimentos de poco más de 20 años. Egger había estado fascinada con la leche desde que era una niña que creció en Minneapolis, donde una vez quedó en segundo lugar en una competencia juvenil de tallado de mantequilla en la feria estatal de Minnesota. Después de la universidad en Purdue, Egger consiguió un trabajo en el departamento de productos lácteos de General Mills, donde trabajó durante tres años antes de inscribirse en la escuela de negocios de Duke. Estaba en su segundo año cuando conoció a Strickland.
Egger estaba entusiasmado con la propuesta de Strickland. La mayoría de las fórmulas infantiles consisten en productos lácteos ambientalmente intensivos que requieren abundante agua para su fabricación y preparación. El aceite de palma es otro ingrediente común. Un estudio de 2015 sugirió que producir un kilogramo de fórmula láctea genera el equivalente a cuatro kilogramos de emisiones de dióxido de carbono. El enfoque de Strickland tenía el potencial de ser mucho más eficiente.
Las cosas fueron difíciles al principio. El cambio en el equipo hizo que Biomilq perdiera su lugar en IndieBio. Solicitó, pero no consiguió, varias subvenciones de investigación. Preocupada de que Biomilq se quedara sin dinero, Strickland comenzó a hablar con su antiguo jefe sobre volver al trabajo que había dejado. Egger también comenzó a buscar trabajo en silencio.
Biomilq estaba a punto de cerrar cuando Strickland y Egger recibieron la promesa de 3,5 millones de dólares en fondos de un grupo de inversores liderado por Breakthrough Energy Ventures, que Bill Gates había establecido para respaldar tecnologías que podrían reducir las emisiones de carbono. Dar un vuelco a la industria de la fórmula contenía la promesa de hacer precisamente eso. Cuando la primavera de 2020 dio paso al verano, el dinero llegó a la cuenta bancaria de Biomilq.
Biomilq no es la única empresa que apunta para hacer un nuevo tipo de fórmula para bebés. Utilizando un enfoque muy similar, TurtleTree Labs en Singapur finalmente espera reemplazar toda la leche actualmente en el mercado, según el cofundador Max Rye. Además de otros proyectos, la compañía está trabajando para crear fortificantes que se pueden agregar a la fórmula para duplicar las propiedades de la leche materna. Algunas fórmulas ya están fortificadas con proteínas y carbohidratos derivados sintéticamente o de la leche de vaca. Otro cofundador, Fengru Lin, explica que, a diferencia de Biomilq, TurtleTree planea trabajar con la industria de fórmulas y espera lanzar sus productos al mercado en 2021.
Mientras tanto, Helaina, una empresa con sede en Nueva York, emulará la leche materna a través de la fermentación. Laura Katz, la fundadora de la compañía, planea usar microbios para sintetizar los compuestos constituyentes de la leche (proteínas, carbohidratos y grasas) y luego recombinarlos en un líquido nutritivo. Dado que procesos similares ya obtuvieron la aprobación de la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. para productos como Impossible Burgers, que están hechos de proteína de soya fermentada, espera enfrentar menos obstáculos regulatorios que sus competidores. Al igual que Strickland y Egger, está motivada por la indignación ante la falta de opciones para los nuevos padres.
Creo que lo mejor que podemos hacer es ayudar a las mujeres a amamantar, dice Katz. Pero si eso es imposible, las madres merecen algo mejor que la fórmula infantil actual. Ella agrega, veo toda esta innovación sucediendo en la producción de carne a base de células para personas que solo quieren comer una hamburguesa, pero los productos con los que alimentamos a los bebés se han mantenido estáticos durante los últimos 20 o 30 años.
Ninguna de estas proposiciones será científicamente simple, en parte porque se sabe relativamente poco sobre la leche materna. La mayoría de los estudios de células epiteliales mamarias humanas tienden a centrarse en su papel en el cáncer de mama en lugar de la producción de leche.
En cuanto a la leche en sí, es un guiso rico y desconcertante de miles de productos químicos. Sabemos nutricionalmente acerca de las proteínas, los carbohidratos y las grasas que hay allí. Conocemos algunas moléculas bioactivas particulares allí, como oligosacáridos [azúcares complejos que alimentan bacterias saludables en el intestino de un bebé], IgA [el principal anticuerpo que se encuentra en la leche materna], lipasa estimulada por sales biliares [una enzima que ayuda en la digestión de grasas], estas cosas que la gente siempre menciona como buenas en la leche materna, dice Tarah Colaizy, directora de investigación de la Asociación de Bancos de Leche Humana de América del Norte, quien también enseña en la Universidad de Iowa. Pero, señala, la leche materna también contiene hebras cortas de ARN, cuya presencia se descubrió recién en 2010 y cuyo papel en el desarrollo infantil aún no se comprende bien.
Es por eso que Strickland y Egger planean usar la espectrometría de masas, una técnica que mide la masa de diferentes moléculas dentro de una muestra, para estudiar cómo las proteínas, los oligosacáridos y las grasas contenidas en su producto se comparan con los constituyentes de la leche humana extraída de un seno. Pero otro desafío se cierne aún más grande: cómo estandarizar una sustancia que es única para cada madre.
La leche materna cambia en su composición a medida que el niño crece. Durante los primeros días después del parto, las madres producen calostro, una leche espesa, amarilla y concentrada repleta de compuestos como el anticuerpo IgA y la lactoferrina, una proteína abundante que aumenta la inmunidad del bebé. Pronto, el calostro es reemplazado por leche de transición, que es más líquida pero contiene más grasa y lactosa. Después de aproximadamente dos semanas, la leche materna se considera madura. Pero incluso entonces, puede cambiar su composición en el transcurso de una sola alimentación. La leche posterior, o la última leche que queda en un seno, tiene un contenido de grasa más alto que la leche que se produce antes, razón por la cual a menudo se aconseja a las mujeres que vacíen un seno antes de cambiar al otro.
Planean trabajar con mujeres embarazadas, tomando muestras de sus células epiteliales mamarias y cultivándolas para crear leche individualizada para usar cuando lleguen sus bebés.
Aunque Egger y Strickland admiten que no podrán replicar esta complejidad, ni todos los anticuerpos y microbios en la leche de cualquier mujer, dicen que su producto será más personalizado que los de sus competidores. Tal como lo imaginó Strickland en 2013, planean trabajar con mujeres embarazadas, tomando muestras de sus células epiteliales mamarias y cultivándolas para crear leche individualizada para usar cuando lleguen sus bebés. Después de eso, esperan crear una opción genérica más económica utilizando células de donantes. Ambos, insiste Egger, serán mejores que la fórmula.
Los investigadores de Biomilq ahora están trabajando desde un espacio de laboratorio encalado en Durham, Carolina del Norte, que comparten con varias otras nuevas empresas de biotecnología. En un congelador ajustado a -80 °C (-112 °F), almacenan tubos de ensayo llenos de células de diferentes donantes. Algunos de ellos, como los de una mujer de 27 años que donó su tejido mamario después de una cirugía de reducción mamaria, han sido inmortalizados, manipulados para proliferar indefinidamente.
Strickland y Egger ya han producido un líquido que contiene lactosa y caseína, los principales compuestos de proteína y azúcar que se encuentran en la leche materna. Ahora lo están probando para ver si pueden detectar otros componentes, como oligosacáridos y lípidos. Actualmente están jugando con su equipo y los nutrientes que utilizan para hacer crecer las células para ver qué combinación las acerca más a la composición de la leche materna natural; estiman que tomará alrededor de dos años encontrar una combinación lo suficientemente buena.
Una mañana de viernes de septiembre , Strickland tomó un tubo de ensayo que contenía 3 millones de células, lo calentó entre sus manos y esparció el contenido sobre una placa de cultivo de tejidos de plástico. Luego, un colega roció el plato con un líquido amarillo tibio que contenía 53 sales, vitaminas, minerales y aminoácidos diferentes. Una vez que la superficie de la placa estuvo cubierta en su mayor parte con células duplicadas, planearon mover las células a un pequeño biorreactor, un dispositivo de plástico con tubos transparentes que emanan de sus lados y que fomenta el crecimiento. Después de aproximadamente un mes, las células comenzarían a secretar una sustancia similar a la leche materna. Solo hay un pequeño problema, dice Strickland. Todavía no sabemos cómo llamarlo.