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2023 年 10 月 16 日
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用支架解开细胞培养肉生产的秘密
用支架解开细胞培养肉生产的秘密
- elsbizadmin404
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- 阅读时间： 5 分钟
如果您正在思考“培养肉是如何制作的？”，那么您来对地方了。实验室培育的肉始于一种关键成分：细胞。用于生产培养肉的细胞必须附着在一种结构支撑物（称为支架）上，才能生产出厚实的肉制品结构，如牛排、肉饼和生鱼片。
然而，培养肉的开发并没有单一的“配方”。 来自不同研究领域的科学家需要从组织工程、再生医学和生物材料中提取技术，以形成复杂结构的实验室培育肉。 让细胞看起来、感觉和尝起来像肉并不是一件容易的事，为细胞提供良好的支架是研究人员在设计和制作培养肉时关注的关键组成部分之一。
MTT综合医学训练疗法国际教学中心 不同的养殖肉脚手架方法：
▶️ 细胞外基质 (ECM)
干细胞通常用于生产基于细胞的肉。 它是培养肉生产中的起始材料，用于产生肌肉细胞，最终生长形成肉制品。 您感兴趣的肉类所需的干细胞来源通常存在于细胞外基质中。 ECM 是为体内细胞提供支持和结构的非细胞成分。 它通过帮助细胞组织、分化和形成类似肉的组织状结构，提供支持性支架状结构来支持肌肉细胞的生长。
ECM模拟细胞在体内经历的自然环境，以确保细胞在整个生产过程中的生长和存活。 因此，不同的 ECM 刚度对细胞的极性、迁移和发育标志等下游加工具有重要影响。 ECM 对不同类型干细胞（iPSC、MSC、卫星和成脂干细胞）的干性和分化调节具有重大影响。 除了将 ECM 刚度模拟到最佳生理状态之外，ECM 蛋白质组合物与细胞培养基的变化相结合可以推动结构肉形成的起始阶段。
干度:
干细胞保持其特性并继续分化成所需组织类型的能力
▶️ 微载体
微载体 是珠状结构，可作为细胞的附着点，帮助细胞在生产过程中生长并维持活力和健康。 它是培养肉生产的常用支架，因为它通过增加可用于细胞生长的表面积来帮助提高生产效率，从而在特定体积中培养大量细胞。
它通常由聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、玻璃或葡聚糖等材料制成，并且也来自植物来源的生物材料。 微载体帮助细胞绕过它们的激活 失巢凋亡, 当贴壁细胞从 ECM 脱离时程序性细胞死亡。 此外，研究人员还可以通过添加生长因子或 ECM 成分进一步支持附着在微载体上的细胞的生长和存活。
使用微载体生产培养肉通常发生在大规模生物反应器中，因为它允许在受控环境中大规模生产细胞以用于商业应用。 然后可以收获在微载体上生长的细胞并将其组合以形成类似于真肉的组织结构。 对于各种细胞类型和细胞系，微载体的商业用途优化仍有进一步优化的空间。 市场上有售并获得 FDA 批准的一些可食用微载体包括果胶、壳聚糖、结冷胶、明胶、纤维素、淀粉和藻酸盐。
▶️脚手架材料
支架为细胞附着、生长和组织提供了 3D 结构，以形成结构化的厚肉。 支架材料通常被设计成模仿天然组织的结构和机械特性。 支架材料按其生物材料来源分为天然（脊椎动物ECM、藻类、琼脂糖、壳聚糖、真菌菌丝体等）、合成或混合。 这些天然材料具有高生物相容性、高降解性和低免疫原性，可实现强细胞粘附基序。
一些常见的合成生物材料包括普朗尼克、聚乙二醇 (PEG)、聚乙醇酸 (PGA)、聚甲基丙烯酸 2-羟乙酯 (PHEMA) 和聚丙烯酰胺，这些材料被发现对细胞的支持效率很低附着力。
▶️水凝胶
水凝胶是一种用作支架材料的聚合物链亲水性 3D 网络。 它通常用于 3D 细胞培养和 3D 人造肉生产。 水凝胶可以吸收大量的水并形成凝胶状结构，为细胞提供 3D 生长环境。 它可以定制以模拟特定细胞生长的不同环境刺激并确定细胞命运。
用于培养肉的水凝胶的开发具有挑战性，因为一般支架用于允许组织新血管形成的移植，但对于培养肉，需要通过生物反应器内的灌注来支持细胞活力。 与微载体类似，水凝胶可以用各种分子（如生长因子或 ECM 成分）进行功能化，以进一步优化细胞生长。
使用水凝胶时，还应考虑孔径、形状和粗糙度等参数。 水凝胶无毒、具有生物相容性并且易于大批量生产，因此对养殖肉类研究人员来说是一种很有吸引力的支架材料。
▶️ 3D生物打印
3D 生物打印涉及使用计算机辅助设计逐层打印基板最终产品。 它通过沉积细胞或生物墨水来创建三维结构，从而为细胞培养肉创建结构。 有几种不同类型的生物打印，解释如下：
- 生物墨水: 含有用于生物打印的细胞的原材料。 有一些因素需要考虑
考虑的因素包括粘度、触变性、机械性能、溶解度以及最重要的
成本。 - 挤出加工 生物打印：最常用的方法，因为可印刷的油墨粘度范围很广。 有用
通过生产更大的细丝而不是更小的液滴。 一些缺点包括生产
打印分辨率差，以及导致变形的天然聚合物的弱特性。 - 立体光刻: 使用光子产生生物材料聚合
- 基于液滴的生物打印: 允许精确控制细胞数量，但结构显示低粘度范围和低表面张力，不太可能用于培养肉
- 激光辅助生物打印：使用激光控制生物墨水的沉积。 它具有高粘度
和高分辨率，尽管成本对于扩大规模并不友好。 - 静电纺丝: 一种经济友好的方法，生物材料通过纺丝
针。
3D 生物打印可以与水凝胶或 ECM 等其他支架技术相结合，以进一步支持细胞生长。
▶️脱细胞
去细胞化是科学家从组织中去除细胞和核酸同时保持天然 ECM 充当支架的过程。 这适用于器官再生，可以应用于植物组织，也可以应用于一些动物组织。
通过从一块肉中去除细胞而留下 ECM，这种方法已被探索为细胞培养肉生产的支架。 然后在 ECM 中接种肌肉细胞或其他细胞类型，这些细胞将被培养并最终产生具有与天然组织相似的机械和生化特性的细胞培养肉。 然而，脱细胞过程很复杂，需要专门的设备和专业知识。 使用这种方法的可扩展性和商业化仍然存在问题。
脚手架主要由两种方法制成。
自上而下的方法
制作支架并将细胞接种在支架上。 一个缺点是它很难概括组织微观结构。
自下而上的方法
旨在创建一个组装更复杂结构的微型
例如。 3D打印
研究细胞培养肉的研究人员使用了多种支架方法。 在商业化方面，放大过程可能会有一些限制。 从提到的支架类型来看，最昂贵的是 3D 生物打印，因为它需要专门的设备和专业知识，而且可能很耗时。
正在进行的研究已经完成，以探索新的和创新的支架技术，以创造安全、可持续和负担得起的养殖肉。 无论选择何种方法，目标都是一样的：为细胞提供一个支持性的和生物学相关的环境，以促进生长并生产出符合消费者喜好的高质量细胞培养肉制品。
文献参考：
培养肉脚手架：深潜：GFI。 美食研究所。 （2021 年 6 月 XNUMX 日）。 从...获得
https://gfi.org/science/the-science-of-cultivated-meat/deep-dive-cultivated-meat-scaffolding/
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