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Les startups font la course pour reproduire le lait maternel en laboratoire
De nombreux parents comptent sur les préparations pour nourrissons pour nourrir leurs nouveau-nés. La technologie de la culture cellulaire pourrait-elle produire quelque chose de plus proche du lait maternel humain ?
Illustrations par Amrita Marino
18 décembre 2020Un jour d'été en 2013, Leila Strickland s'est assise, ravie, devant son ordinateur portable et a regardé à l'écran Mark Post dévoiler le premier hamburger cultivé en laboratoire.
Pour créer la galette plate et rosâtre, Post, professeur de physiologie vasculaire à l'Université de Maastricht aux Pays-Bas, avait pris des milliers de plaques de culture tissulaire remplies de cellules souches bovines, les avait mélangées avec du sérum de veau fœtal et d'autres nutriments, et avait attendu qu'elles se différencient. dans les cellules musculaires. C'était excitant en soi. Mais l'esprit de Strickland a erré vers une autre application potentielle de la culture cellulaire : le lait maternel humain.
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Comme beaucoup de mères, Strickland avait espéré allaiter ses deux enfants pendant les six premiers mois après leur naissance.
L'establishment médical considère l'allaitement comme l'étalon-or de la nutrition infantile, réduisant le risque de problèmes digestifs, d'éruptions cutanées et, surtout, d'entérocolite nécrosante, une maladie intestinale rare mais potentiellement mortelle chez les prématurés.
Mais comme beaucoup de mères, Strickland avait trouvé l'allaitement difficile. Son premier enfant, un fils né trois ans plus tôt, avait eu du mal à s'accrocher efficacement à son mamelon; quand il l'a fait, elle a ressenti une douleur fulgurante. Il a commencé à perdre du poids. Elle avait passé toute la journée, tous les jours, à allaiter ou à pomper pour stimuler son écoulement de lait, et son fils pleurait toujours, affamé. Elle éprouvait maintenant des problèmes similaires avec sa petite fille.
Alors que Strickland regardait Post depuis sa table de cuisine, elle a commencé à réfléchir à la façon dont elle pourrait utiliser un processus comme le sien pour faire pousser non pas du bœuf artificiel, mais les cellules qui produisent le lait maternel. Une femme enceinte pourrait avoir une biopsie à l'aiguille de son sein pendant la grossesse, et je pourrais faire pousser les cellules et produire du lait avant la naissance du bébé, a écrit Strickland avec enthousiasme dans un e-mail à un ami à l'époque.
Cette histoire faisait partie de notre numéro de janvier/février 2021
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Elle avait obtenu son doctorat en biologie cellulaire et passé plusieurs années en tant que chercheuse à Stanford avant de trouver du travail comme rédactrice médicale et écrivain. C'était l'occasion de revenir à la paillasse, avec plus d'indépendance que l'universitaire moyen. Quelques jours plus tard, elle et son mari ont économisé 5 000 $ et acheté une énorme hotte de culture de tissus gris, un microscope, un incubateur et une centrifugeuse sur eBay pour qu'elle puisse expérimenter. Il s'agissait d'anciens équipements de dinosaures, dont la plupart dataient probablement des années 1960, se souvient Strickland.
Pendant des années, elle a lutté pour maintenir le financement du projet, et elle a failli abandonner l'idée. Mais en mai 2020, Biomilq, une entreprise qu'elle avait fondée, a obtenu 3,5 millions de dollars d'un groupe d'investisseurs dirigé par Bill Gates. Biomilq est maintenant dans une course avec des concurrents à Singapour et à New York pour secouer le monde de la nutrition infantile d'une manière inédite depuis la naissance de l'industrie des préparations pour nourrissons, qui pèse désormais 42 milliards de dollars.
L'allaitement maternel est passé à la mode depuis l'Antiquité — influencé par l'évolution des connaissances médicales, mais aussi par la race et le statut social. L'allaitement maternel, l'externalisation de l'allaitement maternel à quelqu'un d'autre que la mère d'un bébé, remonte au moins à la Grèce antique. Avant la guerre civile en Amérique, les esclavagistes blancs forçaient les femmes noires à allaiter les enfants des esclavagistes, souvent au détriment de leurs propres enfants.
En 1851, le premier biberon moderne - un engin élaboré avec une tétine en liège et des épingles en ivoire qui fermaient sélectivement les entrées pour réguler le débit d'air - a été inventé en France, poussant l'allaitement à la quasi-extinction. Peu de temps après, le chimiste allemand Justus von Liebig a concocté la première préparation commerciale pour nourrissons, composée de lait de vache, de blé, de farine de malt et d'une pincée de bicarbonate de potassium. Il est rapidement devenu l'aliment idéal pour les nourrissons.
En 1972, 22 % des nourrissons américains étaient allaités, un creux historique, en baisse par rapport à 77 % de ceux nés entre 1936 et 1940.
Au 20e siècle, l'utilisation des préparations pour nourrissons avait explosé, en grande partie grâce à une publicité zélée auprès des médecins et des consommateurs. Une publicité de 1954 pour le lait évaporé Carnation en Amérique montre une mère et un bébé radieux avec un texte qui dit, 8 mères sur 10 qui nourrissent leurs bébés avec une formule Carnation disent : 'Mon médecin l'a recommandé !' Plus tard, les fabricants de lait maternisé ont commencé à donner aux hôpitaux une formule gratuite à distribuer aux jeunes mamans. Dans le même temps, de plus en plus de femmes rejoignaient le marché du travail, ce qui compliquait l'allaitement durable. La perception que les préparations pour nourrissons étaient tout aussi sûres et efficaces, sinon plus, a fait chuter les taux d'allaitement. En 1972, 22 % des nourrissons américains étaient allaités, un creux historique, en baisse par rapport à 77 % de ceux nés entre 1936 et 1940.
Aujourd'hui, ces taux ont rebondi et les médecins s'accordent largement à dire que le lait maternel fournit la meilleure nutrition pour les nourrissons. La plupart des bébés américains – environ 84 %, selon les statistiques des Centers for Disease Control and Prevention – sont allaités à un moment donné. Mais seulement un quart sont nourris uniquement au lait maternel pendant six mois, comme le recommandent l'American Academy of Pediatrics et l'Organisation mondiale de la santé.
L'allaitement n'est pas toujours facile. Comme Strickland en a fait l'expérience, les bébés peuvent avoir du mal à prendre le sein ; parfois les seins ne produisent pas assez de lait ; et cela peut être atrocement douloureux pour la mère.
De plus, de nombreuses mères de nouveau-nés doivent travailler et il peut être difficile, voire impossible, d'allaiter ou de tirer du lait sur le lieu de travail. Ceci, évidemment, est plus difficile pour les femmes pauvres, et en particulier dans des pays comme les États-Unis, où il n'y a pas de congé parental payé obligatoire et où seul un petit pourcentage de mères qui travaillent l'obtiennent de leurs employeurs.
La première étape de Strickland vers la création de lait maternel en laboratoire était moins que glamour. Elle ne pouvait pas se permettre d'acheter des lignées de cellules mammaires humaines, qui peuvent coûter des centaines, voire des milliers de dollars. Au lieu de cela, elle a décidé de commencer avec des cellules de vaches. Pour commencer ses expériences, elle avait besoin de trouver des cellules - beaucoup de cellules - et à moindre coût.
AMRITA MARINOUn week-end de février 2014, Strickland a mis une glacière, de l'éthanol et des instruments stériles dans le coffre de sa voiture, a fourré une liasse de billets de 20 dollars dans sa poche et a descendu les autoroutes bordées d'arbres de la Caroline du Nord jusqu'à Randolph Packing, une famille une entreprise de transformation de viande à Asheboro qui opérait à partir d'un entrepôt de briques trapu sur une route résidentielle.
Le directeur l'a conduite à la zone de transformation, où les vaches récemment abattues ont été suspendues par leurs sabots et déplacées le long d'un tapis roulant pour être transformées. Essayant de garder les yeux fixés sur le sol, elle a pointé le pis d'une vache et a marmonné faiblement : J'aimerais ce morceau, s'il vous plaît. Elle est retournée à son laboratoire de fortune, a placé un morceau de pis dans une boîte de Pétri, l'a aspergé d'acides aminés, de vitamines, de minéraux et de sels, et l'a soigneusement déposé dans un incubateur.
Dans un message à ses parents, le lendemain, elle écrit : Je suis allée à l'abattoir hier et j'ai payé un gars 20 $ pour trancher le pis d'une vache fraîchement abattue... On peut dire sans se tromper que je ne mangerai pas de bœuf pendant un tandis que. Je suis venu ce matin et j'ai constaté que les cellules se développaient ! Une vache est morte hier matin, mais un morceau d'elle est encore vivant dans mon labo !
Le lait maternel provient de deux types de cellules dans les canaux galactophores et les alvéoles -petits sacs dans la glande mammaire où le lait s'accumule. Les cellules épithéliales luminales absorbent les nutriments de la circulation sanguine et les transforment en lait. À côté d'eux, tapissant les canaux et les alvéoles, se trouvent des cellules myoépithéliales lisses ressemblant à des muscles. Lorsqu'un nourrisson commence à téter, il incite les cellules myoépithéliales à se contracter, poussant le lait des cellules luminales, à travers les conduits, jusqu'à la bouche du bébé.
Pendant trois ans, Strickland a apporté son ordinateur portable dans son petit espace de laboratoire loué afin qu'elle puisse mener des expériences avec ses cellules de pis de vache entre les devoirs d'écriture et d'édition. Son plus grand triomphe a été de persuader les cellules épithéliales luminales de former une couche continue qui pourrait maintenir les compartiments critiques pour la synthèse du lait. Elle a découvert quelles surfaces favorisaient la division cellulaire la plus saine et comment la densité des cellules affectait leur taux de croissance. Aucune de ces découvertes n'était nouvelle, mais elle était ravie d'apprendre les techniques nécessaires pour finalement passer aux cellules humaines.
En 2016, Strickland était à court d'argent et a dû suspendre l'effort. Mais l'idée ne l'a jamais quittée.
En 2016, Strickland était à court d'argent et a dû suspendre l'effort. Mais l'idée ne l'a jamais quittée. Finalement, en 2019, alors que de plus en plus d'entreprises d'aliments cultivés ont commencé à essayer de tout fabriquer, de la viande au poisson en passant par les pépites de poulet dans un laboratoire, plusieurs amis l'ont convaincue de relancer son plan.
Strickland a recruté deux autres scientifiques pour travailler avec elle. En août 2019, ils ont été acceptés par IndieBio, un prestigieux accélérateur de biotechnologie à San Francisco qui offre aux startups 250 000 $ de financement de démarrage et d'autres formes de soutien. Elle a quitté son emploi de jour et a commencé à travailler sur le projet à plein temps.
Il y avait un problème, cependant. Strickland et ses deux partenaires venaient tous d'horizons similaires, avec une vaste expérience scientifique mais une bonne foi commerciale limitée. Alors que l'équipe se préparait à déménager en Californie pendant quatre mois, il est devenu clair qu'ils ne convenaient pas.
À peu près au même moment, un ami a présenté Strickland à Michelle Egger, une scientifique de l'alimentation à la fin de la vingtaine. Egger était fascinée par le lait depuis son enfance à Minneapolis, où elle s'est une fois classée deuxième dans un concours de sculpture sur beurre pour les jeunes à la foire de l'État du Minnesota. Après ses études universitaires à Purdue, Egger a obtenu un emploi dans le département laitier de General Mills, où elle a travaillé pendant trois ans avant de s'inscrire à l'école de commerce de Duke. Elle était dans sa deuxième année lorsqu'elle a rencontré Strickland pour la première fois.
Egger était enthousiasmé par la proposition de Strickland. La plupart des préparations pour nourrissons sont constituées de produits laitiers respectueux de l'environnement qui nécessitent suffisamment d'eau pour être fabriqués et préparés. L'huile de palme est un autre ingrédient commun. Une étude réalisée en 2015 a suggéré que la production d'un kilogramme de lait maternisé génère l'équivalent de quatre kilogrammes d'émissions de dioxyde de carbone. L'approche de Strickland avait le potentiel d'être beaucoup plus efficace.
Les choses étaient difficiles au début. Le changement d'équipe a fait perdre à Biomilq sa place à IndieBio. Il a demandé, mais n'a pas réussi à obtenir, plusieurs subventions de recherche. Craignant que Biomilq ne manque d'argent, Strickland a commencé à parler à son ancien patron de son retour au travail qu'elle avait quitté. Egger a également commencé tranquillement à chercher du travail.
Biomilq était sur le point de fermer ses portes lorsque Strickland et Egger se sont vu promettre un financement de 3,5 millions de dollars d'un groupe d'investisseurs dirigé par Breakthrough Energy Ventures, que Bill Gates avait mis en place pour soutenir les technologies susceptibles de réduire les émissions de carbone. Renverser l'industrie des formules tenait la promesse de faire exactement cela. Alors que le printemps 2020 faisait place à l'été, l'argent est arrivé sur le compte bancaire de Biomilq.
Biomilq n'est pas la seule entreprise à viser pour fabriquer un nouveau type de lait maternisé. En utilisant une approche globalement similaire, TurtleTree Labs à Singapour espère éventuellement remplacer tout le lait actuellement sur le marché, selon le cofondateur Max Rye. En plus d'autres projets, l'entreprise travaille à la création de fortifiants qui peuvent être ajoutés à la formule pour dupliquer les propriétés du lait maternel. Certaines formules sont déjà enrichies de protéines et de glucides dérivés synthétiquement ou du lait de vache. Un autre cofondateur, Fengru Lin, explique que, contrairement à Biomilq, TurtleTree prévoit de travailler avec l'industrie des formules et espère commercialiser ses produits en 2021.
Pendant ce temps, Helaina, une société basée à New York, imitera le lait maternel par fermentation. Laura Katz, la fondatrice de l'entreprise, prévoit d'utiliser des microbes pour synthétiser les composés constitutifs du lait (protéines, glucides et lipides), puis de les recombiner en un liquide nutritif. Étant donné que des processus similaires ont déjà obtenu l'approbation de la Food and Drug Administration des États-Unis pour des produits comme Impossible Burgers, qui sont fabriqués à partir de protéines de soja fermentées, elle espère faire face à moins d'obstacles réglementaires que ses concurrents. Comme Strickland et Egger, elle est motivée par l'indignation face au manque d'options pour les nouveaux parents.
Je pense que la meilleure chose que nous puissions faire est d'aider les femmes à allaiter, dit Katz. Mais si cela est impossible, les mères méritent quelque chose de mieux que les préparations pour nourrissons actuelles. Elle ajoute, je vois toute cette innovation se produire dans la production de viande à base de cellules pour les personnes qui veulent juste manger un hamburger, mais les produits que nous nourrissons aux bébés sont restés statiques au cours des 20, 30 dernières années.
Aucune de ces propositions ne sera scientifiquement simple, en partie parce que l'on sait relativement peu de choses sur le lait maternel. La plupart des études sur les cellules épithéliales mammaires humaines ont tendance à se concentrer sur leur rôle dans le cancer du sein plutôt que sur la production de lait.
Quant au lait lui-même, c'est un ragoût riche et déconcertant de milliers de produits chimiques. Nous connaissons nutritionnellement les protéines, les glucides et les graisses qu'ils contiennent. Nous connaissons certaines molécules bioactives particulières, comme les oligosaccharides [sucres complexes qui nourrissent les bactéries saines dans l'intestin d'un bébé], l'IgA [le principal anticorps présent dans le lait maternel], la lipase stimulée par les sels biliaires [une enzyme qui facilite la digestion de graisses] - ces choses que les gens évoquent toujours comme étant bonnes dans le lait maternel, explique Tarah Colaizy, directrice de recherche de la Human Milk Banking Association of North America, qui enseigne également à l'Université de l'Iowa. Mais, note-t-elle, le lait maternel contient également de courts brins d'ARN, dont la présence n'a été découverte qu'en 2010, et dont le rôle dans le développement du nourrisson n'est pas encore bien compris.
C'est pourquoi Strickland et Egger prévoient d'utiliser la spectrométrie de masse, une technique qui mesure la masse de différentes molécules dans un échantillon, pour étudier comment les protéines, les oligosaccharides et les graisses contenus dans leur produit se comparent aux constituants du lait maternel tiré d'un sein. Mais un autre défi se profile encore plus grand : comment standardiser une substance qui est unique à chaque mère.
Le lait maternel change de composition au fur et à mesure que l'enfant grandit. Pendant les premiers jours après l'accouchement, les mères produisent du colostrum, un lait épais, jaune et concentré contenant des composés comme l'anticorps IgA et la lactoferrine, une protéine abondante qui renforce l'immunité du bébé. Bientôt, le colostrum est remplacé par du lait de transition, plus liquide mais contenant plus de matières grasses et de lactose. Après environ deux semaines, le lait maternel est considéré comme mature. Mais même dans ce cas, sa composition peut changer au cours d'une seule tétée. Le lait maternel, ou le dernier lait restant dans un sein, a une teneur en matières grasses plus élevée que le lait produit plus tôt, c'est pourquoi il est souvent conseillé aux femmes de vider un sein avant de passer à l'autre.
Ils prévoient de travailler avec des femmes enceintes, de prélever des échantillons de leurs cellules épithéliales mammaires et de les cultiver pour créer du lait individualisé à utiliser à l'arrivée de leurs bébés.
Bien qu'Egger et Strickland admettent qu'ils ne seront pas en mesure de reproduire cette complexité, ni tous les anticorps et microbes présents dans le lait d'une femme donnée, ils affirment que leur produit sera plus personnalisé que ceux de leurs concurrents. Tout comme Strickland l'envisageait en 2013, ils prévoient de travailler avec des femmes enceintes, de prélever des échantillons de leurs cellules épithéliales mammaires et de les cultiver pour créer du lait individualisé à utiliser à l'arrivée de leurs bébés. Après cela, ils espèrent créer une option générique plus économique en utilisant des cellules donneuses. Les deux, insiste Egger, seront meilleurs que la formule.
Les chercheurs de Biomilq travaillent maintenant dans un espace de laboratoire blanchi à la chaux à Durham, en Caroline du Nord, qu'ils partagent avec plusieurs autres startups biotechnologiques. Dans un congélateur réglé à -80 ° C (-112 ° F), ils stockent des tubes à essai remplis de cellules provenant de plusieurs donneurs différents. Certains d'entre eux, comme ceux d'une femme de 27 ans qui a fait don de son tissu mammaire après une chirurgie de réduction mammaire, ont été immortalisés, manipulés pour proliférer indéfiniment.
Strickland et Egger ont déjà produit un liquide contenant à la fois du lactose et de la caséine, les principaux composés protéiques et sucrés présents dans le lait maternel. Ils le testent maintenant pour voir s'ils peuvent détecter d'autres composants, comme les oligosaccharides et les lipides. Ils sont actuellement en train de bricoler leur équipement et les nutriments qu'ils utilisent pour faire pousser les cellules pour voir quelle combinaison les rapproche le plus de la composition du lait maternel naturel ; ils estiment qu'il faudra environ deux ans pour trouver un match assez bon.
Un vendredi matin de septembre , Strickland a pris un tube à essai contenant 3 millions de cellules, l'a réchauffé entre ses mains et a étalé le contenu sur une plaque de culture tissulaire en plastique. Un collègue a ensuite aspergé l'assiette d'un liquide jaune chaud contenant 53 sels, vitamines, minéraux et acides aminés différents. Une fois que la surface de la plaque était principalement recouverte de cellules en duplication, ils prévoyaient de déplacer les cellules dans un petit bioréacteur, un dispositif en plastique avec des tubes transparents émanant de ses côtés qui encourage la croissance. Après environ un mois, les cellules commenceraient à sécréter une substance similaire au lait maternel. Il n'y a qu'un seul petit problème, dit Strickland. On ne sait pas encore comment l'appeler.