Animal-free culture medium and bio-ink formulation for 3D bio-printing of cultured meat

Livestock farming is one of the main causes of Green House Gasses emissions, water depletion, and land use. The emerging sector of protein alternatives aims at substituting the consumption of meat from livestock origin. Among the three different types of protein alternatives, cultured meat (CM) is the only one with the potentiality to substitute completely the livestock meat but proposing a product with the same properties. The production of cultured meat follows different procedures, and 3D Bioprinting (3DBP) represents one of the most promising. However, few research is dedicated to the development of this technology, mainly due to the low availability of materials that satisfy the constraints of edibility, biocompatibility, economic feasibility, and printability. This thesis aims at presenting the first attempt to define a process for the production of printed cultured meat that is completely animal-free: starting from the exclusion of fetal bovine serum (FBS) from the cell culture medium to the exclusion of gelatin from bio-inks for the 3D bio-printing of the product. The focus will be on replacing FBS and gelatin, from the cell substrate and bio-ink respectively, with protein hydrolysates derived from waste products.

L’allevamento del bestiame è una delle principali cause delle emissioni di gas serra, dell’esaurimento delle acque e dell’uso del suolo. Il settore emergente delle alternative proteiche mira a sostituire il consumo di carne di origine animale. Tra i tre diversi tipi di alternative proteiche, la carne coltivata è l'unica con la potenzialità di sostituire completamente la carne bovina ma proponendo un prodotto con le stesse proprietà. La produzione di carne coltivata segue diverse procedure e il 3D Bioprinting rappresenta una delle più promettenti. Tuttavia, poche ricerche sono dedicate allo sviluppo di questa tecnologia, principalmente a causa della scarsa disponibilità di materiali che soddisfino i vincoli di commestibilità, biocompatibilità, fattibilità economica e stampabilità. Questa tesi si propone di presentare il primo tentativo di definire un processo per la produzione di carne coltivata stampata che sia completamente privo di animali: partendo dall'esclusione del siero bovino fetale (FBS) dal mezzo di coltura cellulare fino all'esclusione della gelatina dal bioinchiostro per la stampa 3D del prodotto. L'attenzione del progetto sarà focalizzata sulla sostituzione di FBS e gelatina, rispettivamente dal substrato cellulare e dal bio-inchiostro, con idrolizzati proteici derivati da prodotti di scarto.