Molti genitori si affidano al latte artificiale per nutrire i loro neonati, ma le startup stanno utilizzando la tecnologia della coltura cellulare per creare qualcosa di simile al latte materno umano.
di Haley Cohen Gilliland
In un giorno d’estate del 2013, Leila Strickland sedeva, rapita, davanti al suo laptop e guardava sullo schermo mentre Mark Post mostrava a tutti 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 preso migliaia di piastre per colture tissutali piene di cellule staminali bovine, le aveva mescolate con siero di vitello fetale e altri nutrienti e aveva aspettato che si differenziassero nelle cellule muscolari. L’evento era già emozionante in sé e per sé, ma la mente di Strickland vagò verso un’altra potenziale applicazione della coltura cellulare: il latte materno umano.
Come molte madri, Strickland aveva sperato di allattare al seno entrambi i suoi figli per i primi sei mesi dopo la loro nascita. L’establishment medico considera questo tipo di allattamento il sistema ideale per la nutrizione infantile, in quanto riduce la probabilità di problemi digestivi, eruzioni cutanee e, soprattutto, dell’enterocolite necrotizzante, una malattia intestinale rara, ma potenzialmente fatale nei neonati prematuri.
Come molte madri, Strickland aveva trovato difficile l’allattamento al seno. Il suo primo figlio, nato tre anni prima, aveva lottato per attaccarsi efficacemente al suo capezzolo e quando lo aveva fatto, lei aveva sentito un dolore lancinante. Iniziò a perdere peso. Tutti i giorni, si ritrovava ad allattare o pompare per stimolare il flusso del latte, e suo figlio piangeva sempre, affamato. Ora stava vivendo problemi simili con sua figlia piccola.
Mentre Strickland osservava Post dal suo tavolo di cucina, iniziò a pensare a come avrebbe potuto utilizzare un processo come il suo per coltivare non carne artificiale, ma le cellule che producono latte materno. “Una donna incinta potrebbe sottoporsi a una biopsia con ago del seno durante la gravidanza, e io potrei far crescere le cellule e produrre latte prima della nascita del bambino”, scrisse con entusiasmo Strickland in un’e-mail a un amico dell’epoca.
Aveva conseguito il dottorato in biologia cellulare e aveva trascorso diversi anni come ricercatrice a Stanford prima di trovare lavoro come redattrice e scrittrice medica. Questa è stata l’occasione per tornare in un laboratorio, con più indipendenza rispetto alla normale prassi accademica. Pochi giorni dopo, lei e suo marito hanno messo insieme 5.000 dollari di risparmi e hanno acquistato da eBay un’enorme cappa biologica per colture di tessuti, un microscopio, un’incubatrice e una centrifuga per una prima sperimentazione. “Si trattava di una vecchia attrezzatura, la maggior parte probabilmente risalente agli anni 1960”, ricorda Strickland.
Per anni ha lottato per mantenere il progetto finanziato ed è arrivata spesso sul punto di abbandonare l’idea. Ma nel maggio 2020, Biomilq, un’azienda da lei fondata, ha ottenuto 3,5 milioni di dollari da un gruppo di investitori guidati da Bill Gates. Biomilq è ora in corsa con i concorrenti di Singapore e New York per cambiare il mondo della nutrizione infantile in un modo mai visto dalla nascita dell’industria che ora vale 42 miliardi di dollari.
L’allattamento al seno ha avuto fortune alterne sin dai tempi antichi
L’allattamento al seno affidato a una donna diversa dalla madre risale almeno all’antica Grecia. Prima della guerra civile in America, gli schiavisti bianchi costringevano le donne nere ad allattare i figli dei padroni bianchi, spesso a scapito dei bambini stessi delle donne. Nel 1851, il primo biberon moderno, un elaborato aggeggio con una tettarella di sughero e spilli d’avorio che chiudevano selettivamente gli ingressi per regolare il flusso d’aria, fu inventato in Francia, riducendo il ruolo delle balie.
Poco dopo, il chimico tedesco Justus von Liebig inventò 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 ventesimo secolo, l’uso di latte artificiale era salito alle stelle, guidato in gran parte dalla zelante pubblicità rivolta a medici e consumatori. Un’immagine del 1954 che sponsorizza il latte evaporato di garofano in America mostra una madre e un bambino radiosi con un testo che recita: “8 madri su 10 che nutrono i loro bambini con un’aggiunta di chiodi di garofano dicono: ‘Il mio medico lo ha consigliato!'”
Allo stesso tempo, più donnehanno iniziato a lavorare, rendendo più complicato l’allattamento al seno prolungato. La percezione che il latte in polvere fosse altrettanto sicuro ed efficiente, se non di più, ha portato i tassi di allattamento al seno a precipitare. Nel 1972, il 22 per cento dei bambini americani era allattato al seno, un minimo storico, in calo rispetto al 77 per cento dei 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 nutrizione per i neonati. La maggior parte dei bambini americani – circa l’84 per cento, secondo le statistiche dei Centers for Disease Control and Prevention – sono allattati al seno. 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 avere difficoltà ad attaccarsi o, a volte, il seno non produce abbastanza latte e può essere estremamente doloroso per la madre. Inoltre, molte donne devono lavorare e può essere difficile se non impossibile allattare o estrarre il latte sul posto di lavoro. Questo, ovviamente, è più difficile per le donne povere, soprattutto in paesi come gli Stati Uniti, dove non esiste un congedo parentale retribuito obbligatorio e solo a una piccola percentuale di madri lavoratrici viene concesso dai datori di lavoro.
I primi passi del lavoro in laboratorio
Non potendo permettersi di acquistare linee cellulari mammarie umane, che arrivano a costare centinaia o addirittura migliaia di dollari, Strickland ha deciso di iniziare con cellule di mucche. A febbraio del 2014, Strickland mise un frigorifero, un po ‘di etanolo e strumenti sterili nel bagagliaio della sua auto, si infilò in tasca un rotolo di banconote da 20 dollari e guidò lungo le autostrade alberate della Carolina del Nord fino a Asheboro, a un’azienda di lavorazione della carne a conduzione familiare.
Il responsabile la condusse nella zona di lavorazione, dove le mucche macellate vengono appese agli zoccoli e spostate lungo un nastro trasportatore per la lavorazione. Cercando di tenere gli occhi fissi a terra, Strickland indicò la mammella di una mucca e mormorò debolmente: “Vorrei quella parte, per favore”. Poi ritornò 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, scrisse: “Sono andata al macello ieri e ho pagato 20 dollari per tagliare la mammella di una mucca appena macellata … Sicuramente non mangerò carne di manzo per un lungo periodo. Sono arrivata questa mattina e ho scoperto che le cellule stanno crescendo! Una mucca è morta ieri mattina, ma una parte di sè è ancora viva nel mio laboratorio!”.
Il latte materno deriva da due tipi di cellule nei dotti lattiferi e negli alveoli: piccole sacche della 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, induce le cellule mioepiteliali a contrarsi, spingendo il latte dalle cellule luminali, attraverso i condotti, alla bocca del bambino.
Il più grande successo di Strickland è stato fare in modo che le cellule epiteliali luminali formassero uno strato continuo in grado di mantenere i compartimenti critici per la sintesi del latte. Ha capito quali superfici promuovono la divisione cellulare più sana e come la densità delle cellule influisce sul loro tasso di crescita. Nessuno di questi risultati era nuovo, ma era lieta di essere in possesso delle tecniche necessarie per passare infine alle cellule umane.
A caccia di finanziamenti
Nel 2016, Strickland aveva esaurito i soldi e ha dovuto sospendere l’attività, ma non ha abbandonata il suo progetto. Alla fine, nel 2019, mentre sempre più aziende di alimenti coltivati hanno iniziato a provare a fare 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, hanno iniziato a collaborare con IndieBio, un prestigioso acceleratore di biotecnologie di San Francisco che garantisce alle startup 250.000 dollari di finanziamenti di avviamento e altro supporto. Ha lasciato il suo lavoro quotidiano e ha iniziato a lavorare al progetto a tempo pieno.
Tuttavia c’era un problema. Strickland e i suoi due soci provenivano tutti da background simili, con una vasta esperienza scientifica, ma un giro d’affari limitato. Mentre la squadra si preparava a trasferirsi in California per un periodo di quattro mesi, è diventato chiaro che non era una buona scelta.
Più o meno nello stesso periodo, un’amica l’ha presentata a Michelle Egger, una giovane scienziata del settore, che si mostrò 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 la situazione è apparsa complessa. Il cambio di squadra fece perdere a Biomilq l’appoggio di IndieBio. Strickland, preoccupata che la sua azienda finisse i fondi a disposizione, iniziò a parlare con il suo vecchio capo per tornare al lavoro che aveva lasciato. Biomilq era sull’orlo della chiusura quando a Strickland e Egger vennero promessi 3,5 milioni di dollari di finanziamenti da un gruppo di investitori guidati da Breakthrough Energy Ventures, fondata da Bill Gates per supportare tecnologie in grado di ridurre le emissioni di carbonio. Nella primavera del 2020, i soldi sono arrivati sul conto bancario di Biomilq.
Le aziende che vogliono produrre latte artificiale hanno proliferato
Utilizzando un approccio sostanzialmente simile a quello di Biomilq, TurtleTree Labs di Singapore spera alla fine di “sostituire tutto il latte attualmente sul mercato”, almeno a dare seguito alle parole del suo 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 fortificate con proteine e carboidrati derivati sinteticamente o dal latte vaccino. Un altro cofondatore, Fengru Lin, spiega che, a differenza di Biomilq, TurtleTree prevede di collaborare con l’”industria delle formule” e spera di lanciare 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 che costituiscono il latte – proteine, carboidrati e grassi – e quindi ricombinarli in un liquido nutriente. Poiché processi simili hanno già ottenuto l’approvazione dalla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per prodotti come Impossible Burgers, a base di proteine di soia fermentate, spera di 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 questo è impossibile, le madri “meritano qualcosa di meglio dell’attuale latte artificiale. Vedo”, ella aggiunge, “una costante innovazione nella produzione di carne basata sulle cellule per le persone che vogliono mangiare un hamburger, ma i prodotti che diamo da mangiare ai bambini sono rimasti al palo negli ultimi 20-30 anni”.
Il cambiamento non appare scientificamente semplice, in parte perché si sa relativamente poco sul latte materno. La maggior parte degli studi sulle cellule epiteliali mammarie umane tende a concentrarsi sul loro ruolo nel cancro al seno piuttosto che sulla produzione di latte. Per quanto riguarda il latte stesso, è una miscela di migliaia di sostanze chimiche.
“Conosciamo a livello nutrizionale le proteine, i carboidrati e il grasso che contiene. Conosciamo alcune particolari molecole bioattive presenti, come gli oligosaccaridi (zuccheri complessi che nutrono batteri sani nell’intestino del bambino), l’IgA (il principale anticorpo presente nel latte materno), la lipasi stimolata dai sali biliari (un enzima che aiuta la digestione di grassi). Tutte cose universalmente riconosciute come buone”, afferma Tarah Colaizy, direttrice della ricerca della Human Milk Banking Association del Nord America, che insegna anche all’Università dell’Iowa. Ma, ella 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 del bambino non è ancora ben compreso.
Ecco perché Strickland e Egger pianificano di 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 reggano il confronto con i costituenti del latte umano pompato da un seno. Ma un’altra sfida incombe ancora più grande: come standardizzare una sostanza che è unica per ogni madre.
La composizione del latte materno cambia con la crescita del bambino. Nei primi giorni dopo il parto, le madri producono colostro, un latte denso, giallo e concentrato ricco di composti come l’anticorpo IgA e la lattoferrina, una proteina abbondante che migliora il sistema immunitario del bambino. Ben presto, il colostro viene sostituito dal “latte di transizione”, che è più sottile ma contiene più grassi e lattosio. Dopo circa due settimane, il latte materno è considerato “maturo”. Ma anche allora, può cambiare la composizione nel corso di una singola poppata. L’hindmilk, o l’ultimo latte rimasto in un seno, ha un contenuto di grassi più elevato del latte prodotto in precedenza, motivo per cui alle donne viene spesso consigliato di svuotare un seno prima di passare all’altro.
Sebbene Egger e Strickland ammettano che non saranno in grado di replicare questa complessità, né tutti gli anticorpi e microbi nel latte di una donna, affermano che il loro prodotto sarà più personalizzato di quelli dei loro concorrenti. Proprio come aveva immaginato Strickland nel 2013, hanno in programma di lavorare con donne incinte, prelevando campioni delle loro cellule epiteliali mammarie e coltivandole per creare latte personalizzato da usare quando nascono i loro bambini. Successivamente, sperano di creare un’opzione generica più economica utilizzando cellule donatrici. Entrambi, insiste Egger, saranno migliori del latte in polvere.
I ricercatori di Biomilq stanno ora lavorando in un laboratorio a Durham, nella Carolina del Nord, che condividono con molte altre startup biotecnologiche. In un congelatore impostato a -80 °C , conservano provette piene di cellule di diverse donatrici. Strickland e Egger hanno già prodotto un liquido contenente sia lattosio che caseina, le principali proteine e composti zuccherini che si trovano nel latte materno.
Ora lo stanno testando per vedere se sono in grado di 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. A oggi, stimano che ci vorranno circa due anni per trovare una corrispondenza abbastanza buona.
Un venerdì mattina di settembre, Strickland ha preso una provetta contenente 3 milioni di cellule, l’ha riscaldata tra le mani e ha distribuito il contenuto su una piastra di coltura di tessuti di plastica. Un collega ha quindi inzuppato il piatto con un liquido giallo caldo contenente 53 diversi sali, vitamine, minerali e amminoacidi. Una volta che la superficie della piastra si è riempita di cellule in duplicazione, le hanno spostate in un piccolo bioreattore, un dispositivo di plastica con tubi trasparenti che ne favorisce la crescita. Dopo un mese, le cellule iniziano a secernere una sostanza simile al latte materno. C’è solo un piccolo problema, dice Strickland. “Non sappiamo ancora come chiamarlo”.
Immagine di: Amrita Marino
