211service.com
Jaunuzņēmumi sacenšas, lai laboratorijā reproducētu mātes pienu
Daudzi vecāki paļaujas uz mākslīgo maisījumu zīdaiņiem, lai barotu savus jaundzimušos. Vai šūnu kultūras tehnoloģija varētu radīt kaut ko tuvāk cilvēka mātes pienam?
Amritas Marino ilustrācijas
2020. gada 18. decembrisKādā 2013. gada vasaras dienā Leila Striklenda sajūsmā sēdēja klēpjdatora priekšā un skatījās ekrānā, kā Marks Posts atklāj pirmo laboratorijā audzēto hamburgeru.
Lai izveidotu sārtu, plakanu pīrādziņu, Māstrihtas universitātes Nīderlandē asinsvadu fizioloģijas profesors Posts bija paņēmis tūkstošiem audu kultūras plākšņu, kas bija pilnas ar liellopu cilmes šūnām, sajaucot tās ar teļa augļa serumu un citām uzturvielām un gaidīja, līdz tās diferencēsies. muskuļu šūnās. Tas bija aizraujoši pats par sevi. Taču Strickland domāja par citu iespējamo šūnu kultivēšanas pielietojumu: cilvēka mātes pienu.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada janvāra numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
- Abonēt
Tāpat kā daudzas mātes, Strickland bija cerējusi barot ar krūti abus savus bērnus pirmos sešus mēnešus pēc viņu piedzimšanas.
Medicīnas iestāde uzskata, ka barošana ar krūti ir zīdaiņu uztura zelta standarts, samazinot gremošanas problēmu, izsitumu iespējamību un, vispievilcīgāko, nekrotizējošo enterokolītu, kas ir reta, bet potenciāli letāla zarnu slimība priekšlaicīgi dzimušiem zīdaiņiem.
Taču, tāpat kā daudzām mātēm, Stricklandam bija grūti barot bērnu ar krūti. Viņas pirmais bērns, dēls, kurš dzimis pirms trim gadiem, bija cīnījies, lai efektīvi aizķertos pie krūtsgala; kad viņš to izdarīja, viņa juta dedzinošas sāpes. Viņš sāka zaudēt svaru. Viņa bija pavadījusi visu dienu, katru dienu, barojot bērnu ar krūti vai sūknējot, lai stimulētu piena plūsmu, un joprojām viņas dēls raudāja, izsalcis. Tagad viņai bija līdzīgas problēmas ar savu mazo meitu.
Kamēr Strickland vēroja Post no sava virtuves galda, viņa sāka domāt par to, kā viņa varētu izmantot tādu procesu kā viņa, lai audzētu nevis mākslīgo liellopu gaļu, bet gan šūnas, kas ražo mātes pienu. Grūtniecei grūtniecības laikā varētu veikt krūts biopsiju ar adatu, un es varētu panākt, ka šūnas aug un ražo pienu pirms bērna piedzimšanas, Strickland satraukti rakstīja e-pastā draugam tajā laikā.
Šis stāsts bija daļa no mūsu 2021. gada janvāra/februāra numura
- Skatiet pārējo izdevuma daļu
Viņa bija ieguvusi doktora grādu šūnu bioloģijā un vairākus gadus pavadīja kā pētniece Stenfordā, pirms atrada darbu kā medicīnas redaktore un rakstniece. Šī bija iespēja atgriezties pie laboratorijas sola ar lielāku neatkarību nekā vidusmēra akadēmiķis. Dažas dienas vēlāk viņa un viņas vīrs sakrāja 5000 USD ietaupījumu un no eBay iegādājās apjomīgu, pelēku audu kultūras pārsegu, mikroskopu, inkubatoru un centrifūgu, lai varētu eksperimentēt. Strickland atceras, ka tas bija vecs dinozauru aprīkojums — lielākā daļa, iespējams, no 1960. gadiem.
Gadiem ilgi viņa cīnījās, lai saglabātu projekta finansējumu, un viņa gandrīz atteicās no idejas. Taču 2020. gada maijā viņas dibinātais uzņēmums Biomilq ieguva 3,5 miljonus ASV dolāru no investoru grupas, kuru vadīja Bils Geitss. Biomilq tagad sacenšas ar konkurentiem Singapūrā un Ņujorkā, lai satricinātu zīdaiņu uztura pasauli tādā veidā, kāds nav pieredzēts kopš 42 miljardus dolāru vērtās piena maisījumu ražošanas nozares.
Zīdīšanas periods kopš seniem laikiem ir ienācis un izgājis no modes — to ietekmē gan medicīnas zināšanu attīstība, gan rase un sociālais statuss. Slapjā barošana, zīdīšanas ārpakalpojums kādam citam, nevis bērna mātei, sniedzas vismaz senajā Grieķijā. Pirms pilsoņu kara Amerikā baltie paverdznieki piespieda melnās sievietes barot paverdzinātāju bērnus ar krūti, bieži nodarot kaitējumu pašu sieviešu zīdaiņiem.
1851. gadā Francijā tika izgudrota pirmā modernā barošanas pudele — izsmalcināts izstrādājums ar korķa nipeli un ziloņkaula tapām, kas selektīvi aizvēra ieplūdes atveres, lai regulētu gaisa plūsmu, un tas noveda pie slapjā barošanas līdz izzušanai. Drīz pēc tam vācu ķīmiķis Justs fon Lībigs izveidoja pirmo komerciālo maisījumu zīdaiņiem, kas sastāvēja no govs piena, kviešu, iesala miltiem un šķipsniņas kālija bikarbonāta. To ātri vien sāka uzskatīt par ideālu zīdaiņu pārtiku.
Līdz 1972. gadam 22% amerikāņu zīdaiņu tika baroti ar krūti, kas ir vēsturiski zemākais rādītājs, salīdzinot ar 77% no 1936. līdz 1940. gadam dzimušajiem.
Līdz 20. gadsimtam formulu lietošana bija strauji pieaugusi, ko lielā mērā noteica dedzīga ārstiem un patērētājiem paredzēta reklāma. 1954. gada reklāmā par Carnation iztvaicētu pienu Amerikā ir redzama starojoša māte un zīdainis ar tekstu, kurā 8 no 10 mātēm, kuras baro savus mazuļus ar neļķu piena maisījumu, saka: “Mans ārsts to ieteica!” Vēlāk piena maisījumu uzņēmumi sāka sniegt slimnīcām bezmaksas maisījumus. izplatīt jaunajām māmiņām. Tajā pašā laikā arvien vairāk sieviešu pievienojās darbaspēkam, padarot ilgstošu zīdīšanu sarežģītāku. Uzskats, ka mākslīgais maisījums ir tikpat drošs un efektīvs, ja ne vēl vairāk, zīdīšanas līmenis strauji samazinājās. Līdz 1972. gadam 22% amerikāņu zīdaiņu tika baroti ar krūti, kas ir vēsturiski zemākais rādītājs, salīdzinot ar 77% no 1936. līdz 1940. gadam dzimušajiem.
Mūsdienās šie rādītāji ir atjaunojušies, un ārsti plaši piekrīt, ka mātes piens nodrošina vislabāko uzturu zīdaiņiem. Saskaņā ar Slimību kontroles un profilakses centra statistiku lielākā daļa amerikāņu mazuļu — aptuveni 84% — kādā brīdī tiek baroti ar krūti. Bet tikai viena ceturtā daļa tiek barota tikai ar mātes pienu sešus mēnešus, kā to ieteikusi Amerikas Pediatrijas akadēmija un Pasaules Veselības organizācija.
Barošana ar krūti ne vienmēr ir vienkārša. Kā pieredzējis Stricklands, mazuļiem var būt grūti aizķerties; dažreiz krūtis neražo pietiekami daudz piena; un tas var būt neciešami sāpīgi mātei.
Turklāt daudzām jaundzimušo mātēm ir jāstrādā, un darba vietā var būt grūti vai pat neiespējami barot bērnu ar krūti vai sūknēt pienu. Tas, protams, ir grūtāk sievietēm, kuras ir nabadzīgas, un jo īpaši tādās valstīs kā Amerikas Savienotās Valstis, kur nepastāv obligāts apmaksāts bērna kopšanas atvaļinājums un tikai neliela daļa strādājošo māšu to saņem no saviem darba devējiem.
Pirmais solis, ko Strickland veica, lai laboratorijā izveidotu mātes pienu bija mazāk nekā krāšņi. Viņa nevarēja atļauties iegādāties cilvēka piena šūnu līnijas, kas var maksāt simtiem vai pat tūkstošiem dolāru. Tā vietā viņa nolēma sākt ar šūnām no govīm. Lai sāktu eksperimentus, viņai bija jāatrod šūnas — daudz šūnu — un lēti.
AMRITA MARINOKādā 2014. gada februāra nedēļas nogalē Striklenda ielika savas automašīnas bagāžniekā dzesētāju, nedaudz etanola un sterilus instrumentus, iebāza kabatā žūksni ar 20 dolāru banknotēm un nobrauca pa koku ieskauto Ziemeļkarolīnas starpštatu ceļu pie Rendolfa Pakinga, ģimenes. piederošs gaļas pārstrādes uzņēmums Asheboro, kas darbojās no lielas ķieģeļu noliktavas uz dzīvojamā ceļa.
Vadītāja viņu veda uz pārstrādes laukumu, kur nesen nokautas govis tika savērtas aiz nagiem un pārvietotas pa konveijera lenti pārstrādei. Cenšoties noturēt acis pie zemes, viņa norādīja uz govs tesmeni un vāji nomurmināja: Es gribētu to gabalu, lūdzu. Viņa atgriezās savā pagaidu laboratorijā, ievietoja tesmeņa gabalu Petri trauciņā, aplēja to ar aminoskābēm, vitamīniem, minerālvielām un sāļiem un rūpīgi ievietoja inkubatorā.
Nākamajā dienā vecākiem vēstulē viņa rakstīja: Es vakar devos uz kautuvi un samaksāju kādam puisim 20 USD, lai viņš nogrieztu tesmeni tikko nokautai govs... Var droši teikt, ka es neēdīšu nevienu liellopa gaļu. kamēr. Atnācu šorīt un atklāju, ka šūnas aug! Vakar no rīta govs nomira, bet gabals no viņas joprojām ir dzīvs manā laboratorijā!
Mātes pienu iegūst no divu veidu šūnām piena kanālos un alveolās — mazi maisiņi piena dziedzeros, kur sakrājas piens. Luminālās epitēlija šūnas absorbē barības vielas no asinsrites un pārvērš tās pienā. Blakus tiem kanāliņus un alveolus izklāj gludas, muskuļiem līdzīgas mioepitēlija šūnas. Kad zīdainis sāk zīst, tas liek mioepitēlija šūnām sarauties, izspiežot pienu no luminālajām šūnām caur kanāliem uz mazuļa muti.
Trīs gadus Strickland ienesa savu klēpjdatoru savā mazajā īrētā laboratorijas telpā, lai viņa varētu veikt eksperimentus ar savām govs tesmeņa šūnām starp uzdevumu rakstīšanu un rediģēšanu. Viņas lielākais triumfs bija pierunāt luminālās epitēlija šūnas izveidot nepārtrauktu slāni, kas varētu uzturēt piena sintezēšanai kritiskos nodalījumus. Viņa noskaidroja, kuras virsmas veicināja veselīgāko šūnu dalīšanos un kā šūnu blīvums ietekmēja to augšanas ātrumu. Neviens no šiem atklājumiem nebija jauns, taču viņa bija gandarīta, ka apgūst metodes, kas vajadzīgas, lai galu galā pārietu uz cilvēka šūnām.
Līdz 2016. gadam Stricklandam bija beigusies nauda, un tāpēc centieni bija jāpārtrauc. Bet šī ideja viņu nepameta.
Līdz 2016. gadam Stricklandam bija beigusies nauda, un tāpēc centieni bija jāpārtrauc. Bet šī ideja viņu nepameta. Galu galā 2019. gadā, kad arvien vairāk kultivētas pārtikas uzņēmumu sāka mēģināt laboratorijā pagatavot visu, sākot no gaļas līdz zivīm un beidzot ar vistas tīrradņiem, vairāki draugi pārliecināja viņu atdzīvināt savu plānu.
Strickland savervēja divus citus zinātniekus, lai strādātu ar viņu. 2019. gada augustā viņi tika uzņemti IndieBio — prestižā biotehnoloģiju paātrinātājā Sanfrancisko, kas jaunizveidotiem uzņēmumiem piešķir sākuma finansējumu 250 000 $ apmērā un citu atbalstu. Viņa pameta ikdienas darbu un sāka strādāt pie projekta pilnas slodzes.
Tomēr radās problēma. Strickland un viņas abi partneri bija no līdzīgas pieredzes, ar plašu zinātnisko pieredzi, bet ierobežotu uzņēmējdarbības bona fide. Kad komanda gatavojās pārcelties uz Kaliforniju uz četriem mēnešiem, kļuva skaidrs, ka viņi nav piemēroti.
Aptuveni tajā pašā laikā kāds draugs iepazīstināja Strickland ar Mišelu Egeri, pārtikas zinātnieci, kurai bija aptuveni 20 gadu. Egere ar pienu bija aizrāvusies jau kopš bērnības, kad uzauga Mineapolē, kur Minesotas štata gadatirgū viņa savulaik ieguva otro vietu jauniešu sviesta griešanas sacensībās. Pēc koledžas Purdue Egers ieguva darbu General Mills piena nodaļā, kur viņa strādāja trīs gadus, pirms iestājās biznesa skolā Djūkā. Viņa mācījās otrajā kursā, kad pirmo reizi satika Striklendu.
Egers bija sajūsmā par Stricklanda ierosinājumu. Lielākā daļa mākslīgo maisījumu zīdaiņiem sastāv no videi nekaitīgiem piena produktiem, kuru ražošanai un pagatavošanai nepieciešams daudz ūdens. Palmu eļļa ir vēl viena izplatīta sastāvdaļa. Viens pētījums 2015. gadā liecina, ka viena kilograma piena formulas ražošana rada četriem kilogramiem oglekļa dioksīda emisiju ekvivalentu. Strickland pieejai bija potenciāls būt daudz efektīvākai.
Sākumā lietas bija grūti. Mainot komandu, Biomilq zaudēja vietu IndieBio. Tā pieteicās vairākām pētniecības dotācijām, taču tām neizdevās nodrošināt. Uztraucoties, ka Biomilq beigsies nauda, Strickland sāka runāt ar savu veco priekšnieku par atgriešanos darbā, ko viņa bija atstājusi. Arī Egers pa kluso sāka meklēt darbu.
Biomilq bija uz sliekšņa, kad Strickland un Egger tika apsolīts $ 3,5 miljonu finansējums no investoru grupas, kuru vadīja Breakthrough Energy Ventures, kuru Bils Geitss bija izveidojis, lai atbalstītu tehnoloģijas, kas varētu samazināt oglekļa emisijas. Formulu nozares attīstība solīja to darīt. 2020. gada pavasarim pārejot vasarai, nauda nonāca Biomilq bankas kontā.
Biomilq nav vienīgais uzņēmums, kura mērķis ir lai pagatavotu jauna veida bērnu maisījumus. Izmantojot līdzīgu pieeju, uzņēmums TurtleTree Labs Singapūrā galu galā cer aizstāt visu pašlaik tirgū esošo pienu, norāda līdzdibinātājs Makss Rye. Papildus citiem projektiem uzņēmums strādā, lai radītu stiprinātājus, ko var pievienot piena maisījumam, lai dublētu mātes piena īpašības. Dažas formulas jau ir bagātinātas ar olbaltumvielām un ogļhidrātiem, kas iegūti sintētiski vai no govs piena. Cits līdzdibinātājs Fengru Lin skaidro, ka atšķirībā no Biomilq, TurtleTree plāno sadarboties ar formulu nozari un cer, ka savus produktus laist tirgū 2021. gadā.
Tikmēr uzņēmums Helaina, kas atrodas Ņujorkā, fermentācijas ceļā emulēs mātes pienu. Uzņēmuma dibinātāja Laura Katza plāno izmantot mikrobus, lai sintezētu piena sastāvā esošos savienojumus - olbaltumvielas, ogļhidrātus un taukus - un pēc tam tos apvienotu barojošā šķidrumā. Tā kā līdzīgi procesi jau ir saņēmuši ASV Pārtikas un zāļu administrācijas apstiprinājumu tādiem produktiem kā Impossible Burgers, kas ir izgatavoti no raudzēta sojas proteīna, viņa cer, ka saskarsies ar mazāku regulējuma šķēršļu skaitu nekā viņas konkurenti. Tāpat kā Strickland un Egger, viņu motivē sašutums par jauno vecāku izvēles trūkumu.
Es domāju, ka labākais, ko mēs varam darīt, ir atbalstīt sievietes barot bērnu ar krūti, saka Katz. Bet, ja tas nav iespējams, mātes ir pelnījušas kaut ko labāku par pašreizējo mākslīgo maisījumu zīdaiņiem. Viņa piebilst, ka es redzu, ka visi šie jauninājumi notiek šūnu gaļas ražošanā cilvēkiem, kuri vienkārši vēlas apēst burgeru, taču produkti, ar kuriem mēs barojam mazuļus, pēdējo 20, 30 gadu laikā ir palikuši nemainīgi.
Neviens no šiem priekšlikumiem nebūs zinātniski vienkāršs, daļēji tāpēc, ka par mātes pienu ir zināms salīdzinoši maz. Lielākā daļa pētījumu par cilvēka piena dziedzeru epitēlija šūnām parasti koncentrējas uz to lomu krūts vēža ārstēšanā, nevis piena ražošanu.
Kas attiecas uz pašu pienu, tas ir bagātīgs un mulsinošs sautējums ar tūkstošiem ķīmisku vielu. Mēs zinām uzturvērtību par olbaltumvielām, ogļhidrātiem un taukiem. Mēs zinām par dažām īpašām bioaktīvām molekulām, piemēram, oligosaharīdiem [sarežģītiem cukuriem, kas baro veselīgas baktērijas bērna zarnās], IgA [galveno mātes pienā atrodamo antivielu], žults sāļu stimulēto lipāzi [enzīmu, kas palīdz gremošanu. tauki] — šīs lietas, ko cilvēki vienmēr uzskata par labvēlīgām mātes pienā, saka Tara Kolaizija, Ziemeļamerikas Human Milk Banking Association pētniecības direktore, kura arī pasniedz Aiovas Universitātē. Taču viņa atzīmē, ka mātes pienā ir arī īsas RNS virknes, kuru klātbūtne tika atklāta tikai 2010. gadā un kuru loma zīdaiņa attīstībā vēl nav labi izprotama.
Tāpēc Strickland un Egger plāno izmantot masas spektrometriju, paņēmienu, kas mēra dažādu molekulu masu paraugā, lai izpētītu, kā viņu produktā esošie proteīni, oligosaharīdi un tauki ir salīdzināmi ar mātes piena sastāvdaļām, kas tiek izsūknētas no krūts. Bet vēl viens izaicinājums ir vēl lielāks: kā standartizēt vielu, kas ir unikāla katrai mātei.
Bērnam augot, mātes piena sastāvs mainās. Pirmajās dienās pēc dzemdībām mātes ražo jaunpienu, biezu, dzeltenu, koncentrētu pienu, kas pildīts ar tādiem savienojumiem kā antiviela IgA un laktoferīns, bagātīgs proteīns, kas uzlabo mazuļa imunitāti. Drīz jaunpiens tiek aizstāts ar pārejas pienu, kas ir plānāks, bet satur vairāk tauku un laktozes. Pēc aptuveni divām nedēļām mātes piens tiek uzskatīts par nobriedušu. Bet pat tad tās sastāvs var mainīties vienas barošanas laikā. Hindpienam jeb pēdējam pienam, kas paliek krūtī, ir lielāks tauku saturs nekā pienā, kas tiek ražots agrāk, tāpēc sievietēm bieži tiek ieteikts iztukšot vienu krūti, pirms pāriet uz otru.
Viņi plāno strādāt ar grūtniecēm, ņemot paraugus no viņu piena dziedzeru epitēlija šūnām un kultivējot tās, lai izveidotu individuālu pienu lietošanai, kad viņu bērni pienāk.
Lai gan Egers un Striklends atzīst, ka nespēs atkārtot ne šo sarežģītību, ne visas antivielas un mikrobus jebkuras sievietes pienā, viņi saka, ka viņu produkts būs personalizētāks nekā viņu konkurentu produkts. Tāpat kā Strickland 2013. gadā paredzēja, viņi plāno strādāt ar grūtniecēm, ņemot paraugus no viņu piena dziedzeru epitēlija šūnām un kultivējot tās, lai izveidotu individuālu pienu lietošanai, kad viņu bērni pienāk. Pēc tam viņi cer izveidot ekonomiskāku vispārīgu iespēju, izmantojot donoru šūnas. Abi, Egers uzstāj, būs labāki par formulu.
Biomilq pētnieki tagad strādā no balinātas laboratorijas telpas Daremā, Ziemeļkarolīnā, ko viņi dala ar vairākiem citiem biotehnoloģiju jaunizveidotiem uzņēmumiem. Saldētavā, kas iestatīta uz -80 °C (-112 °F), tās uzglabā mēģenes, kas pilnas ar dažādu donoru šūnām. Dažas no tām, piemēram, no 27 gadus vecas sievietes, kura pēc krūšu samazināšanas operācijas ziedoja savus piena dziedzeru audus, ir iemūžināti — ar manipulācijām, lai vairotos uz nenoteiktu laiku.
Strickland un Egger jau ir ražojuši šķidrumu, kas satur gan laktozi, gan kazeīnu - galvenos olbaltumvielu un cukura savienojumus, kas atrodami mātes pienā. Viņi tagad to pārbauda, lai noskaidrotu, vai viņi var noteikt citus komponentus, piemēram, oligosaharīdus un lipīdus. Pašlaik viņi strādā ar savām iekārtām un barības vielām, ko viņi izmanto šūnu audzēšanai, lai noskaidrotu, kāda kombinācija tos padara vistuvāk dabīgā mātes piena sastāvam; viņi lēš, ka būs nepieciešami apmēram divi gadi, lai izdomātu pietiekami labu spēli.
Kādā piektdienas rītā septembrī , Strickland paņēma mēģeni, kurā bija 3 miljoni šūnu, sasildīja to starp rokām un izklāja saturu uz plastmasas audu kultūras plāksnes. Pēc tam kolēģis aplēja šķīvi ar siltu dzeltenu šķidrumu, kas satur 53 dažādus sāļus, vitamīnus, minerālvielas un aminoskābes. Kad plāksnes virsma lielākoties bija pārklāta ar dublējošām šūnām, viņi plānoja pārvietot šūnas nelielā bioreaktorā, plastmasas ierīcē ar caurspīdīgām caurulēm, kas izplūst no sāniem, kas veicina augšanu. Pēc apmēram mēneša šūnas sāks izdalīt mātes pienam līdzīgu vielu. Ir tikai viena neliela problēma, saka Strickland. Mēs vēl nezinām, kā to nosaukt.