🌱 Simulando o Futuro da Carne: Uma Dança Fluida em Bifes Cultivados em Laboratório

Imagine um mundo onde seu hambúrguer não venha de uma vaca pastando em um campo, mas de um biorreator zumbindo silenciosamente em um laboratório. Isso não é ficção científica – é a promessa da carne cultivada, uma alternativa sustentável à pecuária tradicional. Mas aqui está a reviravolta: cultivar carne a partir de células não se trata apenas de biologia. Trata-se também de resolver um quebra-cabeça de dinâmica de fluidos.

Uma das simulações feitas em (Kim et al., 2025).

Quando balançar é demais e repousar é pouco

A carne cultivada começa com células animais proliferando em um caldo rico em nutrientes dentro de biorreatores. Entre estes, os biorreatores de balanço — imagine uma bandeja rasa inclinando-se ritmicamente como uma gangorra — são opções promissoras. Eles têm o potencial de serem escaláveis e mais suaves para as células frágeis do que os tanques tradicionais com lâminas giratórias. Mas há um problema: se o movimento de balanço for muito agressivo, as células são maltratadas por fluxos caóticos. Se for muito tímido, o oxigênio e os nutrientes se acumulam de forma desigual, matando as células de fome.

Então, como encontramos o ritmo perfeito?

Decifrando o código com a Dinâmica dos Fluidos Computacional

Usamos o Basilisk, uma plataforma de código aberto para a dinâmica dos fluidos. Meu laboratório trabalhou em simulações de um biorreator de balanço — um “saco de células” retangular cheio de água (imitando a cultura celular) e ar (Kim et al., 2025). Simulamos como os fluidos se agitam, giram e se misturam à medida que o biorreator se inclina, rastreando tudo, desde o transporte de oxigênio e espécies.

O objetivo? Responder a três grandes questões:

1. Como o movimento de balanço cria “correntes ocultas” que misturam os nutrientes?
2. Onde o oxigênio flui — ou estagna — dentro do caldo?
3. Quando a agitação suave se transforma em caos prejudicial às células?
4. Podemos otimizar o design do biorreator para maximizar o crescimento celular?

Correntes lentas agitam, firmes e seguras

Imagine um rio fluindo preguiçosamente em loops. Em nossas simulações, descobrimos algo semelhante: quando o biorreator balança, ele gera vórtices giratórios que se fundem ao longo do tempo em correntes estáveis. Essas correntes atuam como esteiras subaquáticas, impulsionando nutrientes e oxigênio em direção às células famintas.

Um balanço mais rápido amplifica essas correntes, melhorando a mistura — mas apenas até certo ponto. Force demais e o fluxo se fratura em turbulência, como um rio sereno se transformando em corredeiras. As células, como pequenos caiaquistas, não sobreviveriam à viagem.

O oxigênio é vida para as células, mas é complicado de fornecer. Acreditamos que, em frequências de balanço específicas, o biorreator entra em ressonância. Pense nisso como empurrar um balanço no momento certo — o movimento do fluido sincroniza-se perfeitamente com o balanço, criando ondas que espalham fluido rico em oxigênio mais profundamente no caldo. Este “ponto ideal” aumenta a transferência de oxigênio sem agitação excessiva.

Mas a ressonância é uma faca de dois gumes. Em alguns casos, amplificou o estresse perto das paredes — um lembrete de que cada escolha de design requer equilíbrio.

De bandejas agitadas a bifes crepitantes

A carne cultivada pode reduzir drasticamente a pegada ambiental da agricultura, mas aumentar a produção é um desafio monumental. Nosso trabalho une biologia e engenharia, oferecendo um roteiro para:

• Otimizar projetos de biorreatores computacionalmente — economizando anos de tentativa e erro.
• Prever condições favoráveis ​​às células — chega de adivinhar qual velocidade de balanço evita a turbulência.
• Democratizar ferramentas — nosso código de código aberto permite que pesquisadores em todo o mundo ajustem e testem biorreatores virtuais.

O que vem a seguir?

Estamos expandindo nossas simulações para biorreatores 3D com formatos de sacos de células do mundo real e modelando os fluidos viscosos e não newtonianos que as culturas de células reais se assemelham. No futuro, integraremos o crescimento celular virtual para prever como pequenos ajustes no fluxo de fluido poderiam multiplicar o rendimento da carne.

Isso não se trata apenas de equações e código — trata-se de remodelar como a humanidade se alimenta. Se você está curioso para brincar com nossas simulações ou mergulhar mais fundo, confira nosso repositório GitHub ou leia o estudo completo aqui.

O futuro da alimentação é uma dança de fluidos, células e inovação. Vamos torná-lo sustentável — um biorreator simulado de cada vez. 🌍🔬