Wszystko zaczęło się od robienia sera – przyznaje Fengru Lin z Singapuru. To hobby wymagało użycia mleka wysokiej jakości. W jego poszukiwaniu Fengru Lin zjechała kawałek Azji – bez sukcesu. Jako pierwsza wpadła na pomysł, by pominąć zwierzęcego pośrednika i wyprodukować pożywny płyn w laboratorium.

Wystarczy pobrać komórki macierzyste, z których powstaną wydzielające mleko laktocyty, i umieścić je w bioreaktorze. – To gigantyczny stalowy kubek wypełniony tysiącami niewielkich perforowanych rurek – wyjaśnia Fengru Lin.

Założona przez nią w 2019 r. firma TurtleTree Labs może się już pochwalić pierwszymi wynikami. Po sześciu miesiącach pracy uzyskała krowie mleko. W 2021 r. ruszy przemysłowa produkcja. Fengru Lin zapewnia, że jej technologia może posłużyć też do produkcji pełnowartościowego mleka ludzkiego, zawierającego nie tylko składniki odżywcze, ale również komórki kluczowe dla zdrowia dziecka.

Czy ten projekt ma szanse na powodzenie? Dziesięciolecia badań dowiodły, że skopiowanie mleka matki jest dla naukowców ogromnym wyzwaniem. Co więcej, ten wyjątkowy płyn wciąż zaskakuje badaczy.

Mleko matki to pokarm zawierający komórki

Mleko matki jest bogate w różnorodne kwasy tłuszczowe, co pozwala na szybki wzrost naszego wyjątkowo dużego mózgu. Naturalny pokarm zawiera także mikrobiom złożony z ponad 800 szczepów bakterii, grzybów i wirusów, który pomaga w zdrowym rozwoju dziecięcego układu pokarmowego.

Mleko obfituje poza tym w ludzkie komórki. W jednym mililitrze jego „dojrzałej” wersji, którą organizm kobiety produkuje w 6 tygodni po porodzie, znajdują się miliony laktocytów, komórek macierzystych i odpornościowych. A wczesna wersja, czyli siara, zawiera zastrzyk z naturalnego antybiotyku, którego głównym składnikiem są krwinki białe – makrofagi walczące ze szkodliwymi mikrobami.

Komórki te produkują m.in. laktoferynę i lizozym. Ta pierwsza to białko wiążące żelazo, które pomaga dziecku przyswajać i magazynować ten pierwiastek, ale też hamuje rozwój groźnych mikrobów – bakterii E. coli i Staphylococcus oraz grzybów Candida.

Natomiast lizozym to enzym zabijający niektóre bakterie, a także wirusy. Zawartość obu tych substancji zwiększa się w mleku z czasem, w miarę jak dziecko staje się coraz bardziej ruchliwe i zaczyna badać otoczenie, wkładając wszystko do ust. Jednocześnie zwiększa się kaloryczność posiłków, więc maluch może być przez matkę karmiony rzadziej.

Przeciwciała produkowane przez matkę, które trafiają do mleka, są dopasowywane do aktualnych zagrożeń. Kiedy kobieta połyka lub wdycha patogeny, węzły chłonne w jej płucach i jelicie cienkim produkują odpowiednio „przeszkolone” limfocyty. Te krwinki migrują do piersi i biorą udział w tworzeniu przeciwciał chroniących przed konkretnym mikrobem. Odtworzenie takiego procesu w bioreaktorze jest po prostu niemożliwe.

Pełnowartościowego mleka nie potrafimy jeszcze wyprodukować, ale dr Kathryn Whitehead z Uniwersytetu Carnegie Mellon sprawdza, czy możliwe będzie wzbogacenie komórek zawartych w ludzkim mleku o lecznicze cząsteczki.

Mleko z modyfikowanymi komórkami można wykorzystać w leczeniu

Na wstępnym etapie prac dr Whitehead wykorzystuje mleko kozie jako prototyp kobiecego, a noworodki zastępuje nowo narodzonymi myszami. Ma zamiar zmodyfikować komórki immunologiczne z kobiecego mleka w taki sposób, by dostarczały dziecku szczepionki.

Z kolei zmodyfikowane komórki macierzyste mogą naprawiać wady wrodzone. Laktocyty mają produkować białka, których organizm dziecka urodzonego z wadą genetyczną nie wytwarza. Jeśli projekt dr Whitehead się powiedzie, problemem przestanie być np. fenyloketonuria. Ta dziedziczna choroba polega na braku enzymu rozkładającego aminokwas zwany fenyloalaniną. I tego właśnie enzymu mogłyby dostarczyć modyfikowane komórki.

Z próbki mleka od matki chorego dziecka będą izolowane laktocyty, które badaczka wzbogaci w syntetyczne fragmenty DNA. Zmodyfikowane komórki będą hodowane, a gdy się podzielą i urosną, trafią do mleka, które stanie się nośnikiem terapii. Jednak zanim będzie można pomyśleć o jej klinicznym zastosowaniu, należy ustalić, dokąd w ciele dziecka wędrują komórki z mleka.

To, że takie migracje zachodzą, naukowcy odkryli stosunkowo niedawno. W 2007 r. Australijczyk prof. Peter Hartmann z Uniwersytetu Zachodniej Australii znalazł w mleku kobiecym multipotencjalne komórki macierzyste – takie, które teoretycznie mogą dać początek różnym tkankom. Nie wiadomo jeszcze, czy po tym, jak trafią do dziecięcego żołądka, mają jakąś szczególną rolę do spełnienia.

Jednak badania na myszach przeprowadzone przez dr Foteini Kakulas z tej samej australijskiej uczelni wykazały, że u myszy komórki macierzyste przenikają bez problemu z żołądka do krwi i występują w wątrobie, nerkach, grasicy, trzustce, śledzionie, a nawet mózgu osesków. Co więcej, są wbudowywane w te narządy i normalnie tam funkcjonują.

Matka karmiąca piersią komunikuje się z dzieckiem

Nawet najbardziej wyrafinowane syntetyczne mleko nie jest w stanie odtworzyć również dynamicznych zmian hormonalnych, jakie zachodzą w pokarmie. Karmienie piersią jest bowiem także metodą komunikacji między matką a dzieckiem.

Noworodek nie wie np., że spać należy nocą. Jeśli jest karmiony piersią, wraz z mlekiem dostaje do matki porcje hormonu zwanego kortyzolem, który reguluje rytmy dobowe. Dzieci karmione naturalnie mają pięciokrotnie więcej receptorów kortyzolu niż te dostające sztuczną mieszankę. Kortyzol może też regulować metabolizm noworodka, chroniąc go w późniejszym okresie przed chorobami takimi jak cukrzyca.

Naukowcy podejrzewają, że organizm matki dostosowuje także laktację do płci karmionego dziecka, zmieniając ilość i kaloryczność mleka, a także poziom zawartych w nim hormonów. Sugerują to badania z udziałem makaków, bydła, kangurów i jeleni. Czy u ludzi też tak jest? Badania prowadzone na Nowej Zelandii dały na razie niejednoznaczne wyniki.

Natomiast uczeni australijscy wykorzystali USG, by pokazać, że ślina dziecka jest „zasysana” przez kanaliki mlekowe piersi. Na razie to tylko odważne domysły, ale możliwe, że w ten sposób dziecko może informować matkę o infekcjach, które mu właśnie zagrażają. Za pośrednictwem fragmentów RNA zawartych w ślinie mogłoby „zamawiać” dostawę odpowiednich przeciwciał w następnym posiłku.

– Jednak ślina nie zawiera wszystkich informacji, nie jest jednoznaczna z morfologią krwi. To tylko jeden z mechanizmów, który odpowiada za zmienność składu mleka – mówi dr Anna Kotlińska z Kliniki Laktacyjnej i stowarzyszenia Rzecznicy Nauki.

Sztuczne mieszanki: za mało cukrów, za dużo białek

Światowa Organizacja Zdrowia rekomenduje, by dzieci były karmione wyłącznie piersią przez pierwsze pół roku życia. Potem może się zacząć wprowadzanie innych pokarmów, zaś całkowite odstawienie od piersi ma nastąpić po ukończeniu przez dziecko dwóch lat.

Niestety, od blisko 70 lat producenci sztucznego mleka przekonują kobiety, że między karmieniem piersią i butelką nie ma wielkiej różnicy. Ten pogląd podziela wielu lekarzy.

– Tymczasem WHO na pierwszym miejscu rekomenduje mleko matki, potem mleko ludzkie pobrane od innej kobiety, a dopiero na trzecim miejscu mleko sztuczne, które najczęściej uczula dzieci. Ludzie podświadomie zakładają, że taka mieszanka jest bezpieczna jak woda, a tak nie jest. Istnieją specjalne zalecenia WHO, jak to sztuczne mleko przygotowywać, bo przytrafia się dużo przypadków zakażeń u dzieci karmionych mlekiem modyfikowanym – podkreśla dr Kotlińska.

Na dodatek badania wykazały, że z plastikowych butelek do mleka trafiają liczne drobiny mikroplastiku. Ich wpływ na zdrowie dziecka jest wciąż nieznany, ale sam fakt budzi niepokój badaczy.

Podobnie jest ze składem mleka modyfikowanego. Chociaż w jego produkcji nastąpił duży postęp, powstaje przeważnie z mleka krowiego. Zawiera większość tych samych składników co mleko kobiece, jednak ich proporcje są inne.

I tak np. poziom minerałów i białek jest ponad trzykrotnie wyższy w porównaniu z mlekiem ludzkim, zaś węglowodanów o dwie trzecie niższy. Natomiast kluczowych substancji, czyli ludzkich oligosacharydów, jest tyle, co kot napłakał – zaledwie dwa gramy na litr, podczas gdy naturalny pokarm zawiera 20–25 g/l.

Pierwszy oligosacharyd zawarty w ludzkim mleku odkryto blisko sto lat temu. Dziś wiadomo, że takich cukrów jest w nim ponad 200, a skład tej mieszanki zmienia się niemal z dnia na dzień. Rola większości nadal jest zagadką. O niektórych wiadomo, że utrudniają groźnym bakteriom przyklejanie się do ścian układu pokarmowego. Inne zaś, które nie są trawione, to rodzaj „łapówki” dla pożytecznych bakterii, występujących zarówno w mleku, jak i w układzie pokarmowym niemowlaka.

Chemikom udało się na razie poznać strukturę 70 proc. tych cukrów, a tylko niewielką ich część zsyntetyzowali. Zaledwie dwa ludzkie oligosacharydy wzbogaciły sztuczne mleko; w niemieckiej firmie biotechnologicznej Jennewein Biotechnologie trwają zaawansowane badania nad kolejnymi trzema. Podstawowym problemem jest niezwykła złożoność cząsteczek oligosacharydów. Wyprodukowanie w laboratorium pierwszej z nich zajęło naukowcom dekadę – tyle samo czasu, ile trzeba na opracowanie nowego leku.

Dlatego na razie mleko matki wciąż jest nie do podrobienia i nie do zastąpienia, jeśli chodzi o korzyści zdrowotne. W przypadku dziecka jest to mniejsze ryzyko infekcji, otyłości czy nowotworów krwi. Natomiast u kobiet nawet krótkotrwała laktacja zmniejsza o 16–24 proc. ryzyko zachorowania na potrójnie ujemnego raka piersi, czyli najbardziej agresywną formę tego nowotworu; podobnie jest z rakiem jajnika, a także cukrzycą, otyłością i schorzeniami kardiologicznymi. Trudno byłoby znaleźć lek czy suplement diety o tak wszechstronnym dobroczynnym działaniu.