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Le startup corrono per riprodurre il latte materno in laboratorio
Molti genitori si affidano al latte artificiale per nutrire i loro neonati. La tecnologia delle colture cellulari potrebbe produrre qualcosa di più vicino al latte materno umano?
Illustrazioni di Amrita Marino
18 dicembre 2020In una giornata estiva del 2013, Leila Strickland si è seduta, rapita, davanti al suo laptop e ha guardato sullo schermo mentre Mark Post svelava il primo hamburger coltivato in laboratorio.
Per creare il tortino rosato e piatto, Post, professore di fisiologia vascolare all'Università di Maastricht nei Paesi Bassi, aveva prelevato migliaia di piastre di coltura tissutale piene di cellule staminali bovine, le aveva mescolate con siero fetale di vitello e altri nutrienti, e aveva aspettato che si differenziassero nelle cellule muscolari. Questo è stato eccitante in sé e per sé. Ma la mente di Strickland vagò verso un'altra potenziale applicazione della coltura cellulare: il latte materno umano.
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Come molte madri, Strickland aveva sperato di allattare entrambi i suoi figli per i primi sei mesi dopo la loro nascita.
L'establishment medico considera l'allattamento al seno il gold standard dell'alimentazione infantile, riducendo la probabilità di problemi digestivi, eruzioni cutanee e, soprattutto, enterocolite necrotizzante, una malattia intestinale rara ma potenzialmente fatale nei neonati prematuri.
Ma come molte madri, Strickland aveva trovato difficile l'allattamento al seno. Il suo primo figlio, un figlio nato tre anni prima, aveva lottato per attaccarsi efficacemente al capezzolo; quando lo fece, sentì un dolore lancinante. Ha cominciato a perdere peso. Aveva passato tutto il giorno, ogni giorno, allattando o tirando fuori per stimolare il flusso del latte, e ancora suo figlio piangeva, affamato. Ora stava riscontrando problemi simili con sua figlia neonata.
Mentre Strickland osservava Post dal tavolo della sua cucina, iniziò a pensare a come sarebbe stata in grado di utilizzare un processo come il suo per coltivare non carne artificiale ma le cellule che producono il latte materno. Una donna incinta potrebbe avere una biopsia con ago del suo seno durante la gravidanza e potrei far crescere le cellule e produrre latte prima della nascita del bambino, Strickland scrisse eccitato in un'e-mail a un amico in quel momento.
Questa storia faceva parte del nostro numero di gennaio/febbraio 2021
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Aveva conseguito il dottorato in biologia cellulare e trascorso diversi anni come ricercatrice a Stanford prima di trovare lavoro come redattrice e scrittrice medica. Questa è stata un'opportunità per tornare al banco di laboratorio, con più indipendenza rispetto all'accademico medio. Pochi giorni dopo, lei e suo marito hanno messo insieme $ 5.000 di risparmio e hanno acquistato da eBay un enorme cappuccio grigio per la coltura di tessuti, un microscopio, un'incubatrice e una centrifuga con cui sperimentare. Era un vecchio equipaggiamento di dinosauri, la maggior parte probabilmente degli anni '60, ricorda Strickland.
Per anni ha lottato per mantenere il progetto finanziato ed è arrivata sul punto di abbandonare l'idea. Ma nel maggio 2020, Biomilq, una società che aveva fondato, ha ricevuto 3,5 milioni di dollari da un gruppo di investitori guidato da Bill Gates. Biomilq è ora in corsa con i concorrenti a Singapore e New York per dare una scossa al mondo dell'alimentazione infantile in un modo che non si vedeva dalla nascita dell'industria delle formule, ora da 42 miliardi di dollari.
L'allattamento al seno è entrato e uscito di moda sin dai tempi antichi —influenzato dall'evoluzione delle conoscenze mediche, ma anche dalla razza e dallo stato sociale. L'allattamento al seno, l'esternalizzazione dell'allattamento al seno a qualcuno che non sia la madre di un bambino, risale almeno all'antica Grecia. Prima della guerra civile in America, gli schiavisti bianchi costringevano le donne nere ad allattare al seno i figli degli schiavizzatori, spesso a scapito dei bambini stessi delle donne.
Nel 1851, in Francia fu inventato il primo biberon moderno, un elaborato aggeggio con un capezzolo di sughero e spille d'avorio che chiudevano selettivamente le prese d'aria per regolare il flusso d'aria, portando quasi all'estinzione l'allattamento al seno. Poco dopo, il chimico tedesco Justus von Liebig ha inventato il primo latte artificiale commerciale, che consisteva in latte vaccino, grano, farina di malto e un pizzico di bicarbonato di potassio. Ben presto venne considerato l'alimento ideale per l'infanzia.
Nel 1972, il 22% dei bambini americani veniva allattato al seno, un minimo storico, in calo rispetto al 77% di quelli nati tra il 1936 e il 1940.
Nel 20° secolo, l'uso delle formule era salito alle stelle, guidato in gran parte da zelanti pubblicità a medici e consumatori. Una pubblicità del 1954 per il latte evaporato al garofano in America mostra una madre radiosa e un bambino con un testo che dice: 8 madri su 10 che allattano i loro bambini con una formula di garofano dicono: 'Il mio medico l'ha consigliato!' da distribuire alle neo mamme. Allo stesso tempo, sempre più donne stavano entrando nel mondo del lavoro, rendendo più complicato l'allattamento al seno prolungato. La percezione che la formula fosse altrettanto sicura ed efficiente, se non di più, ha portato i tassi di allattamento al seno a precipitare. Nel 1972, il 22% dei bambini americani veniva allattato al seno, un minimo storico, in calo rispetto al 77% di quelli nati tra il 1936 e il 1940.
Oggi questi tassi sono rimbalzati e i medici concordano ampiamente sul fatto che il latte materno fornisce la migliore alimentazione per i bambini. La maggior parte dei bambini americani - circa l'84%, secondo le statistiche dei Centers for Disease Control and Prevention - vengono allattati al seno a un certo punto. Ma solo un quarto viene nutrito esclusivamente con latte materno per sei mesi, come raccomandato dall'American Academy of Pediatrics e dall'Organizzazione Mondiale della Sanità.
L'allattamento al seno non è sempre facile. Come ha sperimentato Strickland, i bambini possono lottare per attaccarsi; a volte i seni non producono abbastanza latte; e può essere terribilmente doloroso per la madre.
Inoltre, molte madri di neonati devono lavorare e può essere difficile, se non impossibile, allattare o tirare il latte sul posto di lavoro. Questo, ovviamente, è più difficile per le donne povere, e soprattutto in paesi come gli Stati Uniti, dove non c'è un congedo parentale retribuito obbligatorio e solo una piccola percentuale di madri lavoratrici lo ottiene dai propri datori di lavoro.
Il primo passo che Strickland ha compiuto per creare il latte materno in laboratorio era meno che affascinante. Non poteva permettersi di acquistare linee cellulari mammarie umane, che possono costare centinaia o addirittura migliaia di dollari. Invece, ha deciso di iniziare con le cellule delle mucche. Per iniziare i suoi esperimenti, aveva bisogno di trovare cellule, molte cellule, ea buon mercato.
AMRITA MARINOUn fine settimana di febbraio 2014, Strickland ha messo un frigorifero, un po' di etanolo e strumenti sterili nel bagagliaio della sua auto, si è infilata in tasca un pacco di banconote da $ 20 e ha guidato lungo le interstatali alberate della Carolina del Nord fino a Randolph Packing, una famiglia di proprietà di un'azienda di lavorazione della carne ad Asheboro che operava in un robusto magazzino di mattoni su una strada residenziale.
Il manager la condusse nell'area di lavorazione, dove le mucche macellate di recente venivano appese per gli zoccoli e spostate lungo un nastro trasportatore per la lavorazione. Cercando di tenere gli occhi fissi a terra, indicò la mammella di una mucca e mormorò debolmente: vorrei quel pezzo, per favore. Tornò al suo laboratorio improvvisato, mise un pezzo di mammella in una capsula di Petri, lo cosparse di aminoacidi, vitamine, minerali e sali e lo depositò con cura in un'incubatrice.
In un messaggio ai suoi genitori, il giorno dopo, ha scritto: Ieri sono andata al macello e ho pagato un ragazzo $ 20 per tagliare la mammella di una mucca appena macellata... Si può dire con certezza che non mangerò carne di manzo per un mentre. Sono venuto questa mattina e ho scoperto che le cellule stanno crescendo! Una mucca è morta ieri mattina, ma un pezzo di lei è ancora vivo nel mio laboratorio!
Il latte materno deriva da due tipi di cellule nei dotti lattiferi e negli alveoli —piccole sacche nella ghiandola mammaria dove si raccoglie il latte. Le cellule epiteliali luminali assorbono i nutrienti dal flusso sanguigno e li convertono in latte. Accanto a loro, che rivestono i dotti e gli alveoli, ci sono cellule mioepiteliali lisce simili a muscoli. Quando un bambino inizia a succhiare, spinge le cellule mioepiteliali a contrarsi, spingendo il latte dalle cellule luminali, attraverso i dotti, alla bocca del bambino.
Per tre anni, Strickland ha portato il suo laptop nel suo minuscolo spazio di laboratorio in affitto in modo da poter eseguire esperimenti con le cellule della sua mammella di vacca tra la scrittura e il montaggio. Il suo più grande trionfo è stato persuadere le cellule epiteliali luminali a formare uno strato continuo che potesse mantenere i compartimenti critici per la sintesi del latte. Ha scoperto quali superfici promuovono la divisione cellulare più sana e come la densità delle cellule ha influenzato il loro tasso di crescita. Nessuna di queste scoperte era nuova, ma era contenta di aver appreso le tecniche necessarie per passare alla fine alle cellule umane.
Nel 2016, Strickland aveva finito i soldi e ha dovuto sospendere l'impresa. Ma l'idea non l'ha mai abbandonata.
Nel 2016, Strickland aveva finito i soldi e ha dovuto sospendere l'impresa. Ma l'idea non l'ha mai abbandonata. Alla fine, nel 2019, quando sempre più aziende di cibo colto hanno iniziato a provare a produrre di tutto, dalla carne al pesce alle crocchette di pollo in un laboratorio, diversi amici l'hanno convinta a rilanciare il suo piano.
Strickland ha reclutato altri due scienziati per lavorare con lei. Nell'agosto 2019 sono stati accettati in IndieBio, un prestigioso acceleratore di biotecnologie a San Francisco che offre alle startup $ 250.000 di finanziamenti iniziali e altro supporto. Ha lasciato il suo lavoro quotidiano e ha iniziato a lavorare al progetto a tempo pieno.
C'era un problema, tuttavia. Strickland e i suoi due partner provenivano tutti da un background simile, con una vasta esperienza scientifica ma una buona fede negli affari. Mentre la squadra si preparava a trasferirsi in California per quattro mesi, è diventato chiaro che non erano adatti.
Più o meno nello stesso periodo, un'amica presentò Strickland a Michelle Egger, una scienziata alimentare sulla ventina. Egger era stata affascinata dal latte sin da quando era una bambina cresciuta a Minneapolis, dove una volta si era classificata seconda in una competizione di intaglio del burro per giovani alla fiera statale del Minnesota. Dopo il college alla Purdue, Egger ha ottenuto un lavoro nel dipartimento lattiero-caseario della General Mills, dove ha lavorato per tre anni prima di iscriversi alla scuola di economia alla Duke. Era al suo secondo anno quando ha incontrato Strickland per la prima volta.
Egger era entusiasta della proposta di Strickland. La maggior parte degli alimenti per lattanti è costituita da prodotti lattiero-caseari ad alta intensità ambientale che richiedono molta acqua per la produzione e la preparazione. L'olio di palma è un altro ingrediente comune. Uno studio del 2015 ha suggerito che la produzione di un chilogrammo di latte artificiale genera l'equivalente di quattro chilogrammi di emissioni di anidride carbonica. L'approccio di Strickland aveva il potenziale per essere molto più efficiente.
All'inizio le cose erano difficili. Il cambio al team ha fatto perdere a Biomilq il suo posto in IndieBio. Ha richiesto, ma non è riuscito a ottenere, diverse borse di ricerca. Preoccupata che Biomilq finisse i soldi, Strickland iniziò a parlare con il suo vecchio capo del ritorno al lavoro che aveva lasciato. Anche Egger iniziò tranquillamente a cercare lavoro.
Biomilq era sull'orlo della chiusura quando Strickland ed Egger hanno ricevuto 3,5 milioni di dollari in finanziamenti da un gruppo di investitori guidati da Breakthrough Energy Ventures, che Bill Gates aveva stabilito per sostenere tecnologie in grado di ridurre le emissioni di carbonio. Capovolgere l'industria delle formule ha mantenuto la promessa di fare proprio questo. Quando la primavera del 2020 ha lasciato il posto all'estate, i soldi sono arrivati sul conto bancario di Biomilq.
Biomilq non è l'unica azienda che punta per creare un nuovo tipo di latte artificiale. Utilizzando un approccio sostanzialmente simile, TurtleTree Labs a Singapore spera alla fine di sostituire tutto il latte attualmente sul mercato, secondo il cofondatore Max Rye. Oltre ad altri progetti, l'azienda sta lavorando per creare fortificanti che possono essere aggiunti alla formula per duplicare le proprietà del latte materno. Alcune formule sono già arricchite con proteine e carboidrati derivati sinteticamente o dal latte vaccino. Un altro cofondatore, Fengru Lin, spiega che, contrariamente a Biomilq, TurtleTree prevede di lavorare con l'industria delle formule e spera di immettere i suoi prodotti sul mercato nel 2021.
Nel frattempo, Helaina, un'azienda con sede a New York, emulerà il latte materno attraverso la fermentazione. Laura Katz, la fondatrice dell'azienda, prevede di utilizzare i microbi per sintetizzare i composti costitutivi del latte (proteine, carboidrati e grassi) e poi ricombinarli in un liquido nutriente. Poiché processi simili hanno già ottenuto l'approvazione della Food and Drug Administration statunitense per prodotti come Impossible Burgers, che sono fatti con proteine di soia fermentate, spera di dover affrontare meno ostacoli normativi rispetto ai suoi concorrenti. Come Strickland ed Egger, è motivata dall'indignazione per la mancanza di opzioni per i nuovi genitori.
Penso che la cosa migliore che possiamo fare sia aiutare le donne ad allattare, dice Katz. Ma se ciò è impossibile, le madri meritano qualcosa di meglio dell'attuale latte artificiale. Aggiunge, vedo tutta questa innovazione accadere nella produzione di carne basata su cellule per le persone che vogliono solo mangiare un hamburger, ma i prodotti che diamo ai bambini sono rimasti statici negli ultimi 20, 30 anni.
Nessuna di queste proposte sarà scientificamente semplice, in parte perché si sa relativamente poco sul latte materno. La maggior parte degli studi sulle cellule epiteliali mammarie umane tendono a concentrarsi sul loro ruolo nel cancro al seno piuttosto che sulla produzione di latte.
Per quanto riguarda il latte stesso, è uno stufato ricco e sconcertante di migliaia di sostanze chimiche. Conosciamo nutrizionalmente le proteine, i carboidrati e il grasso. Conosciamo alcune particolari molecole bioattive presenti, come gli oligosaccaridi [zuccheri complessi che nutrono i batteri sani nell'intestino del bambino], le IgA [il principale anticorpo presente nel latte materno], la lipasi stimolata dal sale biliare [un enzima che aiuta la digestione di grassi], queste cose che le persone considerano sempre buone nel latte materno, afferma Tarah Colaizy, direttrice della ricerca della Human Milk Banking Association of North America, che insegna anche all'Università dell'Iowa. Ma, osserva, il latte materno contiene anche brevi filamenti di RNA, la cui presenza è stata scoperta solo nel 2010 e il cui ruolo nello sviluppo infantile non è ancora ben compreso.
Ecco perché Strickland ed Egger intendono utilizzare la spettrometria di massa, una tecnica che misura la massa di diverse molecole all'interno di un campione, per studiare come le proteine, gli oligosaccaridi e i grassi contenuti nel loro prodotto si confrontano con i costituenti del latte umano estratto dal seno. Ma un'altra sfida si profila ancora più grande: come standardizzare una sostanza unica per ogni madre.
Il latte materno cambia composizione man mano che il bambino cresce. Per i primi giorni dopo il parto, le madri producono il colostro, un latte denso, giallo e concentrato, ricco di composti come l'anticorpo IgA e la lattoferrina, una proteina abbondante che rafforza l'immunità del bambino. Presto il colostro viene sostituito dal latte di transizione, che è più magro ma contiene più grassi e lattosio. Dopo circa due settimane, il latte materno è considerato maturo. Ma anche allora, può cambiare composizione nel corso di una singola poppata. Il latte posteriore, o l'ultimo latte rimasto nel seno, ha un contenuto di grassi maggiore rispetto al latte prodotto in precedenza, motivo per cui alle donne viene spesso consigliato di svuotare un seno prima di passare all'altro.
Hanno in programma di lavorare con le donne in gravidanza, prelevando campioni delle loro cellule epiteliali mammarie e coltivandole per creare latte personalizzato da utilizzare quando arrivano i loro bambini.
Sebbene Egger e Strickland ammettano che non saranno in grado di replicare questa complessità, né tutti gli anticorpi e i microbi nel latte di una determinata donna, affermano che il loro prodotto sarà più personalizzato di quelli dei loro concorrenti. Proprio come Strickland aveva immaginato nel 2013, hanno in programma di lavorare con le donne in gravidanza, prelevando campioni delle loro cellule epiteliali mammarie e coltivandole per creare latte personalizzato da utilizzare quando arrivano i loro bambini. Successivamente, sperano di creare un'opzione generica più economica utilizzando cellule donatrici. Entrambi, insiste Egger, saranno migliori della formula.
I ricercatori di Biomilq stanno ora lavorando da uno spazio di laboratorio imbiancato a calce a Durham, nella Carolina del Nord, che condividono con molte altre startup biotecnologiche. In un congelatore impostato a -80 °C (-112 °F), conservano le provette piene di cellule di diversi donatori. Alcuni di loro, come quelli di una donna di 27 anni che ha donato il suo tessuto mammario dopo un intervento chirurgico di riduzione del seno, sono stati immortalati, manipolati per proliferare indefinitamente.
Strickland ed Egger hanno già prodotto un liquido contenente sia lattosio che caseina, i principali composti proteici e zuccherini presenti nel latte materno. Ora lo stanno testando per vedere se possono rilevare altri componenti, come oligosaccaridi e lipidi. Attualmente stanno armeggiando con le loro attrezzature e le sostanze nutritive che usano per far crescere le cellule per vedere quale combinazione le avvicina di più alla composizione del latte materno naturale; stimano che ci vorranno circa due anni per trovare una corrispondenza abbastanza buona.
Un venerdì mattina di settembre , Strickland prese una provetta contenente 3 milioni di cellule, la scaldò tra le mani e ne sparse il contenuto su una piastra di plastica per la coltura di tessuti. Un collega ha poi cosparso il piatto con un liquido giallo caldo contenente 53 diversi sali, vitamine, minerali e aminoacidi. Una volta che la superficie della piastra è stata per lo più ricoperta da cellule duplicate, hanno pianificato di spostare le cellule in un piccolo bioreattore, un dispositivo di plastica con tubi trasparenti che emanano dai suoi lati che incoraggia la crescita. Dopo circa un mese, le cellule inizierebbero a secernere una sostanza simile al latte materno. C'è solo un piccolo problema, dice Strickland. Non sappiamo ancora come chiamarlo.