211service.com
Startups ræser om at reproducere modermælk i laboratoriet
Mange forældre er afhængige af modermælkserstatning til at fodre deres nyfødte. Kunne cellekulturteknologi producere noget tættere på human modermælk?
Illustrationer af Amrita Marino
18. december 2020En sommerdag i 2013 sad Leila Strickland henrykt foran sin bærbare computer og så på skærmen, da Mark Post afslørede den første laboratoriedyrkede hamburger.
For at skabe den lyserøde, flade patty havde Post, en professor i vaskulær fysiologi ved Maastricht University i Holland, taget tusindvis af vævskulturplader fulde af bovine stamceller, blandet dem med føtalt kalveserum og andre næringsstoffer og ventet, indtil de differentierede. ind i muskelceller. Det var spændende i sig selv. Men Stricklands sind vandrede til en anden potentiel anvendelse af celledyrkning: human modermælk.
Denne historie var en del af vores januar 2021-udgave
- Se resten af problemet
- Abonner
Som mange andre mødre havde Strickland håbet at kunne amme begge sine børn i de første seks måneder efter, at de blev født.
Den medicinske institution betragter amning som den gyldne standard for spædbørnsernæring, hvilket reducerer sandsynligheden for fordøjelsesproblemer, udslæt og - mest overbevisende - nekrotiserende enterocolitis, en sjælden, men potentielt dødelig tarmsygdom hos for tidligt fødte børn.
Men ligesom mange mødre havde Strickland haft svært ved at amme. Hendes første barn, en søn født tre år tidligere, havde kæmpet for effektivt at få fat i hendes brystvorte; da han gjorde det, følte hun brændende smerte. Han begyndte at tabe sig. Hun havde brugt hele dagen, hver dag på at amme eller pumpe for at stimulere hendes mælkeflow, og stadig græd hendes søn sulten. Hun oplevede nu lignende problemer med sin spæde datter.
Da Strickland så Post fra sit køkkenbord, begyndte hun at tænke på, hvordan hun kunne bruge en proces som hans til ikke at dyrke kunstigt oksekød, men de celler, der producerer modermælk. En gravid kvinde kunne få en nålebiopsi af sit bryst under graviditeten, og jeg kunne få cellerne til at vokse og producere mælk, før barnet er født, skrev Strickland begejstret i en mail til en veninde dengang.
Denne historie var en del af vores januar/februar 2021-udgave
- Se resten af problemet
Hun havde opnået sin doktorgrad i cellebiologi og tilbragte flere år som forsker på Stanford, før hun fandt arbejde som medicinsk redaktør og skribent. Dette var en chance for at vende tilbage til laboratoriebænken med mere uafhængighed end den gennemsnitlige akademiker. Et par dage senere skaffede hun og hendes mand 5.000 dollars i besparelser og købte en stor grå vævskulturhætte, et mikroskop, en inkubator og en centrifuge fra eBay, som hun kunne eksperimentere med. Det var gammelt dinosaurudstyr - det meste sandsynligvis fra 1960'erne, husker Strickland.
I årevis kæmpede hun for at beholde projektet finansieret, og hun var tæt på at opgive ideen. Men i maj 2020 fik Biomilq, et firma hun havde grundlagt, 3,5 millioner dollars fra en gruppe investorer ledet af Bill Gates. Biomilq er nu i et kapløb med konkurrenter i Singapore og New York for at ryste op i spædbørnsernæringens verden på en måde, der ikke er set siden fødslen af den nu 42 milliarder dollars modermælkserstatningsindustri.
Amning er gået ind og ud af mode siden oldtiden —påvirket af udviklingen af medicinsk viden, men også af race og social status. Våd amning, outsourcing af amning til en anden end en babys mor, går i det mindste tilbage til det antikke Grækenland. Før borgerkrigen i Amerika tvang hvide slavere sorte kvinder til at amme slavernes børn, ofte til skade for kvindernes egne spædbørn.
I 1851 blev den første moderne sutteflaske - et kompliceret apparat med en kork-nippel og elfenbensstifter, der selektivt lukkede indløbene for at regulere luftstrømmen - opfundet i Frankrig, hvilket skubbede våd sygepleje til næsten udryddelse. Kort efter lavede den tyske kemiker Justus von Liebig den første kommercielle modermælkserstatning, som bestod af komælk, hvede, maltmel og en knivspids kaliumbicarbonat. Det kom hurtigt til at blive betragtet som det ideelle spædbarnsmad.
I 1972 blev 22% af de amerikanske spædbørn ammet - et historisk lavpunkt, ned fra 77% af dem, der blev født mellem 1936 og 1940.
I det 20. århundrede var brugen af formel steget i vejret, i høj grad drevet af nidkær reklame til læger og forbrugere. En annonce fra 1954 for Carnation inddampet mælk i Amerika viser en strålende mor og spædbarn med tekst, der læser, 8 ud af 10 mødre, der fodrer deres babyer med en nellike modermælkserstatning, siger: 'Min læge anbefalede det!' Senere begyndte modermælkserstatninger at give hospitaler gratis modermælkserstatning at uddele til nybagte mødre. Samtidig kom flere kvinder på arbejdsmarkedet, hvilket gjorde vedvarende amning mere kompliceret. Opfattelsen af, at modermælkserstatning var lige så sikker og effektiv, hvis ikke mere, førte til, at ammefrekvensen faldt. I 1972 blev 22% af de amerikanske spædbørn ammet - et historisk lavpunkt, ned fra 77% af dem, der blev født mellem 1936 og 1940.
I dag er disse satser steget, og læger er bredt enige om, at modermælk giver den bedste ernæring til spædbørn. De fleste amerikanske babyer - omkring 84% ifølge statistikker fra Centers for Disease Control and Prevention - bliver ammet på et tidspunkt. Men kun en fjerdedel fodres udelukkende med modermælk i seks måneder, som anbefalet af American Academy of Pediatrics og Verdenssundhedsorganisationen.
Amning er ikke altid let. Som Strickland oplevede, kan babyer kæmpe med at holde fast; nogle gange producerer brysterne ikke nok mælk; og det kan være uhyggeligt smertefuldt for moderen.
Desuden skal mange mødre til nyfødte arbejde, og det kan være svært, hvis ikke umuligt, at amme eller pumpe mælk på arbejdspladsen. Dette er naturligvis sværere for kvinder, der er fattige, og især i lande som USA, hvor der ikke er obligatorisk betalt forældreorlov, og kun en lille procentdel af arbejdende mødre får den fra deres arbejdsgivere.
Det første skridt Strickland tog mod at skabe modermælk i laboratoriet var mindre end glamourøs. Hun havde ikke råd til at købe humane brystcellelinjer, som kan koste hundreder eller endda tusindvis af dollars. I stedet besluttede hun sig for at starte med celler fra køer. For at begynde sine eksperimenter var hun nødt til at finde celler - masser af celler - og billigt.
AMRITA MARINOEn weekend i februar 2014 lagde Strickland en køler, noget ethanol og sterile instrumenter i bagagerummet på sin bil, proppede en bunke $20-sedler i lommen og kørte ned ad de træbeklædte North Carolina-veje til Randolph Packing, en familie. -ejet kødforarbejdningsfirma i Asheboro, der opererede ud fra et kraftigt murstenslagerhus på en boligvej.
Lederen førte hende til forarbejdningsområdet, hvor nyligt slagtede køer blev spændt op af deres hove og flyttet langs et transportbånd til forarbejdning. Hun forsøgte at holde øjnene låst på jorden, pegede op på en ko's yver og mumlede svagt: Jeg vil gerne have det stykke, tak. Hun gik tilbage til sit midlertidige laboratorium, placerede et stykke yver i en petriskål, overhældte det med aminosyrer, vitaminer, mineraler og salte og anbragte det forsigtigt i en inkubator.
I en besked til sine forældre, dagen efter, skrev hun: Jeg gik på slagteriet i går og betalte en fyr 20 dollars for at skære yveret af en nyslagtet ko … Det er sikkert at sige, at jeg ikke spiser noget oksekød for en mens. Kom ind i morges og fandt ud af, at cellerne vokser! En ko døde i går morges, men et stykke af hende er stadig i live i mit laboratorium!
Modermælk kommer fra to typer celler i mælkekanalerne og alveolerne — små sække i mælkekirtlen, hvor mælken samler sig. Luminale epitelceller absorberer næringsstoffer fra blodbanen og omdanner dem til mælk. Ved siden af dem, foring af kanalerne og alveolerne, er glatte, muskellignende myoepitelceller. Når et spædbarn begynder at die, får det myoepitelcellerne til at trække sig sammen og skubber mælk fra luminalcellerne gennem kanalerne til barnets mund.
I tre år bragte Strickland sin bærbare computer til hendes lille lejede laboratorieplads, så hun kunne lave eksperimenter med sine ko-yverceller mellem at skrive og redigere opgaver. Hendes største triumf var at overtale de luminale epitelceller til at danne et kontinuerligt lag, der kunne fastholde de rum, der er kritiske for syntetisering af mælk. Hun fandt ud af, hvilke overflader der fremmede den sundeste celledeling, og hvordan tætheden af celler påvirkede deres væksthastighed. Ingen af disse fund var nye, men hun var glad for at lære de nødvendige teknikker for i sidste ende at gå videre til menneskelige celler.
I 2016 var Strickland løbet tør for penge og måtte sætte bestræbelserne i bero. Men ideen forlod hende aldrig.
I 2016 var Strickland løbet tør for penge og måtte sætte bestræbelserne i bero. Men ideen forlod hende aldrig. Til sidst, i 2019, da flere og flere dyrkede fødevarevirksomheder begyndte at forsøge at lave alt fra kød til fisk til kyllingenuggets i et laboratorium, overbeviste flere venner hende om at genoplive sin plan.
Strickland rekrutterede to andre videnskabsmænd til at arbejde med hende. I august 2019 blev de accepteret til IndieBio, en prestigefyldt biotekaccelerator i San Francisco, der giver startups $250.000 i startfinansiering og anden støtte. Hun sagde sit daglige job op og begyndte at arbejde på projektet på fuld tid.
Der var dog et problem. Strickland og hendes to partnere kom alle fra lignende baggrunde, med omfattende videnskabelig erfaring, men begrænset forretningsmæssig bona fides. Da holdet forberedte sig på at flytte til Californien i fire måneder, blev det klart, at de ikke passede godt.
Omtrent på samme tid introducerede en ven Strickland for Michelle Egger, en fødevareforsker i slutningen af 20'erne. Egger havde været fascineret af mælk, siden hun som barn voksede op i Minneapolis, hvor hun engang blev nummer to i en ungdomssmørudskæringskonkurrence på Minnesota State Fair. Efter college i Purdue fik Egger et job i mejeriafdelingen i General Mills, hvor hun arbejdede i tre år, før hun tilmeldte sig handelsskolen hos Duke. Hun var på sit andet år, da hun første gang mødte Strickland.
Egger var begejstret over Stricklands forslag. De fleste modermælkserstatninger består af miljøintensive mejeriprodukter, der kræver rigeligt vand til at fremstille og tilberede. Palmeolie er en anden almindelig ingrediens. En undersøgelse i 2015 foreslog, at produktion af et kilo mælkeformel genererer det, der svarer til fire kilo kuldioxidemissioner. Stricklands tilgang havde potentialet til at være meget mere effektiv.
Tingene var svære i starten. Ændringen af holdet fik Biomilq til at miste sin plads hos IndieBio. Det ansøgte om, men det lykkedes ikke at sikre, flere forskningsbevillinger. Bekymret for, at Biomilq ville løbe tør for penge, begyndte Strickland at tale med sin gamle chef om at vende tilbage til det job, hun havde forladt. Egger begyndte også stille og roligt at søge job.
Biomilq var på randen af at lukke, da Strickland og Egger blev lovet 3,5 millioner dollars i finansiering fra en gruppe investorer ledet af Breakthrough Energy Ventures, som Bill Gates havde etableret for at støtte teknologier, der kunne reducere kulstofemissioner. Oprykningen af formelindustrien holdt løftet om at gøre netop det. Da foråret 2020 gav plads til sommeren, kom pengene ind på Biomilqs bankkonto.
Biomilq er ikke den eneste virksomhed, der sigter at lave en ny slags babyerstatning. Ved at bruge en stort set lignende tilgang håber TurtleTree Labs i Singapore i sidste ende at erstatte al mælk, der i øjeblikket er på markedet, ifølge medstifter Max Rye. Ud over andre projekter arbejder virksomheden på at skabe forstærkere, der kan tilføjes modermælkserstatning for at duplikere modermælkens egenskaber. Nogle formler er allerede beriget med proteiner og kulhydrater udvundet syntetisk eller fra komælk. En anden medstifter, Fengru Lin, forklarer, at TurtleTree i modsætning til Biomilq planlægger at arbejde med formelindustrien og håber at få deres produkter på markedet i 2021.
I mellemtiden vil Helaina, et firma baseret i New York, efterligne modermælk gennem gæring. Laura Katz, virksomhedens grundlægger, planlægger at bruge mikrober til at syntetisere mælkens bestanddele - proteiner, kulhydrater og fedtstoffer - og derefter rekombinere dem til en nærende væske. Da lignende processer allerede har vundet godkendelse fra US Food and Drug Administration for produkter som Impossible Burgers, som er lavet af fermenteret sojaprotein, håber hun at stå over for færre regulatoriske hindringer end sine konkurrenter. Ligesom Strickland og Egger er hun motiveret af indignation over manglen på muligheder for nye forældre.
Jeg tror, det bedste, vi kan gøre, er at støtte kvinder til at amme, siger Katz. Men hvis det er umuligt, fortjener mødre noget bedre end den nuværende modermælkserstatning. Hun tilføjer, jeg ser al denne innovation ske i cellebaseret kødproduktion for folk, der bare vil spise en burger, men de produkter, som vi fodrer babyer, har forblevet statiske i løbet af de sidste 20, 30 år.
Ingen af disse forslag vil være videnskabeligt enkle, til dels fordi man ved relativt lidt om modermælk. De fleste undersøgelser af humane brystepitelceller har en tendens til at fokusere på deres rolle i brystkræft frem for mælkeproduktion.
Hvad angår selve mælken, er det en rig og forvirrende gryderet med tusindvis af kemikalier. Vi ved ernæringsmæssigt om proteinerne, kulhydraterne og fedtet derinde. Vi kender til nogle bestemte bioaktive molekyler derinde, såsom oligosaccharider [komplekse sukkerarter, der nærer sunde bakterier i en babys tarm], IgA [det vigtigste antistof, der findes i modermælk], galdesaltstimuleret lipase [et enzym, der hjælper med fordøjelsen af fedtstoffer] - disse ting, som folk altid nævner som gode i modermælk, siger Tarah Colaizy, forskningsdirektør for Human Milk Banking Association of North America, som også underviser ved University of Iowa. Men, bemærker hun, modermælk indeholder også korte RNA-strenge, hvis tilstedeværelse først blev opdaget i 2010, og hvis rolle i spædbørns udvikling endnu ikke er godt forstået.
Det er grunden til, at Strickland og Egger planlægger at bruge massespektrometri, en teknik, der måler massen af forskellige molekyler i en prøve, til at studere, hvordan proteinerne, oligosacchariderne og fedtstofferne i deres produkt sammenlignes med bestanddelene i modermælk pumpet fra et bryst. Men en anden udfordring er endnu større: hvordan man standardiserer et stof, der er unikt for enhver mor.
Modermælken ændrer sig i sammensætning, når et barn vokser. I de første par dage efter fødslen producerer mødre råmælk, en tyk, gul, koncentreret mælk fyldt med forbindelser som antistoffet IgA og lactoferrin, et rigeligt protein, der øger en babys immunitet. Snart bliver råmælk erstattet af overgangsmælk, som er tyndere, men indeholder mere fedt og laktose. Efter cirka to uger betragtes en modermælk som moden. Men selv da kan det ændre sig i sammensætning i løbet af en enkelt fodring. Bagmælk, eller den sidste mælk, der er tilbage i et bryst, har et højere fedtindhold end den mælk, der er produceret tidligere, hvorfor kvinder ofte rådes til at tømme det ene bryst, før de skifter til det andet.
De planlægger at arbejde med gravide kvinder, tage prøver af deres brystepitelceller og dyrke dem for at skabe individualiseret mælk til brug, når deres babyer ankommer.
Selvom Egger og Strickland indrømmer, at de ikke vil være i stand til at replikere denne kompleksitet, og heller ikke alle antistofferne og mikroberne i en given kvindemælk, siger de, at deres produkt vil være mere personligt end deres konkurrenters. Ligesom Strickland forestillede sig tilbage i 2013, planlægger de at arbejde med gravide kvinder, tage prøver af deres brystepitelceller og dyrke dem for at skabe individualiseret mælk til brug, når deres babyer ankommer. Derefter håber de at skabe en mere økonomisk generisk mulighed ved hjælp af donorceller. Begge, insisterer Egger, vil være bedre end formel.
Biomilq-forskerne arbejder nu fra et hvidkalket laboratorierum i Durham, North Carolina, som de deler med flere andre biotekstartups. I en fryser indstillet til -80 °C (-112 °F) opbevarer de reagensglas fulde af celler fra en række forskellige donorer. Nogle af dem, som dem fra en 27-årig kvinde, der donerede sit brystvæv efter en brystreduktionsoperation, er blevet udødeliggjort - manipuleret til at formere sig på ubestemt tid.
Strickland og Egger har allerede produceret en væske, der indeholder både laktose og kasein - de vigtigste protein- og sukkerforbindelser, der findes i modermælk. De tester det nu for at se, om de kan opdage andre komponenter, såsom oligosaccharider og lipider. De er i gang med at pille ved deres udstyr og de næringsstoffer, de bruger til at dyrke cellerne for at se, hvilken kombination der får dem tættest på at matche sammensætningen af naturlig modermælk; de vurderer, at det vil tage omkring to år at finde et godt nok match.
En fredag morgen i september , tog Strickland et reagensglas, der indeholdt 3 millioner celler, varmede det mellem hendes hænder og spredte indholdet over en plastikvævskulturplade. En kollega overhældede derefter tallerkenen med en varm gul væske indeholdende 53 forskellige salte, vitaminer, mineraler og aminosyrer. Da pladens overflade for det meste var dækket af duplikerende celler, planlagde de at flytte cellerne ind i en lille bioreaktor, en plastikanordning med klare rør, der udgår fra siderne, der fremmer vækst. Efter cirka en måned ville cellerne begynde at udskille et stof, der ligner modermælk. Der er kun et lille problem, siger Strickland. Vi ved endnu ikke, hvad vi skal kalde det.