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싱포르의 식량안전보장 촉진 위한 대체 단백질 사용법에 대한백질 사용법에 대한 고앜 고앜
2023 年 10 月 16 日
싱포르 – 점심시간 때의 싱і포르 호커 먹거리 골목(小販攤位)에서, 젊은 농부들 Been 자신들 생산을 도 와 만들어 자랑스럽다고 말한 닭고기 사테를 먹기 위해 앉았습니다。
用支架揭開細胞培養肉品生產的秘密
用支架揭開細胞培養肉品生產的秘密
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如果您在想“人造肉是如何製成的？”您已到達正確的頁面。實驗室培育的肉品始於一種關鍵成分：細胞。用於生產培養肉的細胞必須黏附在一種稱為支架的結構支撐上，才能生產厚的肉製品結構，如牛排、肉餅和生魚片。
然而，對於如何開發人造肉並沒有單一的「配方」。來自不同研究領域的科學家需要從組織工程、再生醫學和生物材料中獲取技術，以形成實驗室培育的肉類的複雜結構。讓細胞看起來、摸起來和嘗起來像肉並不是一件容易的事，為細胞提供良好的支架是研究人員在設計和製作培養肉時關注的關鍵組成部分之一。
該6 不同的養殖肉支架方法：
▶️ 細胞外基質（ECM）
幹細胞通常用於生產細胞肉。它是培養肉生產的起始材料，用於產生肌肉細胞，最終生長形成肉製品。您感興趣的肉類所需的幹細胞來源通常可以在 ECM 中找到。 ECM 是非細胞成分，為體內細胞提供支撐和結構。它提供了一種支撐性的支架狀結構，透過幫助細胞組織、分化和形成類似肉的組織狀結構來支持肌肉細胞的生長。
ECM模仿細胞在體內經歷的自然環境，以確保細胞在整個生產過程中的生長和存活。因此，不同的ECM硬度對細胞的極性、遷移和發育標誌等下游加工有重要影響。 ECM 對不同類型幹細胞（iPSC、MSC、衛星幹細胞和脂肪幹細胞）的乾性和分化調節有重大影響。除了將 ECM 硬度模擬為最佳生理狀態外，ECM 蛋白質組合物與細胞培養基的變化相結合可以驅動結構肉形成的起始階段。
乾性:
幹細胞保持其特性並繼續分化成所需組織類型的能力
▶️微載體
微載體 是珠狀結構，可作為細胞的附著位點，幫助細胞在生產過程中生長並保持活力和健康。它是培養肉生產中常用的支架，因為它透過增加可用於細胞生長的表面積來幫助提高生產效率，從而在特定體積中培養大量細胞。
它通常由聚苯乙烯、聚丙烯酰胺、玻璃或葡聚醣等材料製成，也來自植物源生物材料。微載體幫助細胞繞過其激活 失巢期，當貼壁細胞與 ECM 分離時，它們會發生程序性細胞死亡。此外，研究人員還可以透過添加生長因子或 ECM 成分來進一步支持附著在微載體上的細胞生長和存活。
使用微載體生產培養肉通常發生在大型生物反應器中，因為它允許在商業應用的受控環境中大規模生產細胞。然後可以收穫在微載體上生長的細胞並組合形成類似真肉的組織結構。針對各種細胞類型和細胞系的微載體的商業用途仍有進一步優化的空間。市場上出售並獲得 FDA 批准的一些可食用微載體包括果膠、殼聚醣、結冷膠、明膠、纖維素、澱粉和藻酸鹽。
▶️腳手架材料
支架為細胞附著、生長和組織提供 3D 結構，以形成結構化且厚實的肉。支架材料通常被設計為模仿天然組織的結構和機械性質。支架材料依其生物材料來源分為天然（脊椎動物ECM、藻類、瓊脂糖、殼聚醣、真菌菌絲體等）、合成或混合。這些天然材料具有高生物相容性、高降解性和低免疫原性，可實現強細胞黏附基序。
一些常見的合成生物材料包括Pluronic、聚（乙二醇）（PEG）、聚乙醇酸（PGA）、聚（甲基丙烯酸2-羥乙酯）（PHEMA）和聚（丙烯酰胺），這些材料被發現對細胞的支持效率較差附著力。
▶️水凝膠
水凝膠是一種用作支架材料的親水性 3D 聚合物鏈網絡。它通常用於 3D 細胞培養以及 3D 培養肉生產。水凝膠可以吸收大量的水並形成凝膠狀結構，為細胞提供生長的 3D 環境。它可以定制以模仿特定細胞生長的不同環境刺激並確定細胞命運。
用於培養肉的水凝膠的開發具有挑戰性，因為一般支架用於移植，允許組織新生血管形成，但對於培養肉，需要透過生物反應器內的灌注來支持細胞活力。與微載體類似，水凝膠可以用生長因子或 ECM 成分等各種分子進行功能化，以進一步優化細胞生長。
使用水凝膠時，也應考慮孔徑、形狀和粗糙度等參數。水凝膠對於大量養殖肉類研究人員來說是一種有吸引力的支架材料，因為它無毒、生物相容性並且可以輕鬆大量生產。
▶️ 3D生物列印
3D 生物列印涉及使用電腦輔助設計來逐層列印基材最終產品。它透過沉積細胞或生物墨水來創建三維結構，從而為細胞培養肉創建結構。生物打印有幾種不同類型，解釋如下：
- 生物墨水：含有用於生物列印的細胞的原料。有一些因素需要考慮
考慮諸如黏度、觸變性、機械性能、溶解度以及最重要的
成本。 - 擠壓 生物打印：由於可印刷油墨黏度範圍廣泛，因此最常用的方法。有用
通過產生更大的細絲而不是更小的液滴。一些缺點包括生產
印刷解析度差，天然聚合物的性能較弱，導致變形。 - 立體光刻：使用光子產生生物材料的聚合
- 基於液滴的生物列印：可以精確控制細胞數量，但結構顯示出較低的黏度範圍和較低的表面張力，不太可能開發用於培養肉
- 雷射輔助生物列印：使用雷射控制生物墨水的沉積。它具有高黏度
和高解析度，儘管成本對於放大來說並不友善。 - 靜電紡絲：一種經濟友好的方法，其中生物材料通過紡絲
針。
3D生物列印可以與其他支架技術（例如水凝膠或ECM）結合，以進一步支持細胞生長。
▶️脫細胞
去細胞化是科學家從組織中移除細胞和核酸，同時保持天然 ECM 作為支架的過程。這適用於器官再生，可以應用於植物組織，也可以應用於一些動物組織。
這種方法已被探索作為細胞培養肉類生產的支架，透過從一塊肉中去除細胞，留下 ECM。然後將肌肉細胞或其他細胞類型接種到 ECM 中，進行培養並最終生產出具有與天然組織相似的機械和生化特性的細胞培養肉。然而，去細胞過程很複雜，需要專門的設備和專業知識。使用這種方法的可擴展性和商業化仍然存在問題。
支架的製作主要有兩種方法。
自上而下的方法
製作支架並將細胞接種在支架上。一個缺點是它很難重現組織微觀結構。
自下而上的方法
旨在創造一個可以組裝更複雜結構的微尺度
例如。 3D列印
研究細胞培養肉的研究人員使用了多種支架方法。在商業化方面，放大過程可能會有一些限制。從提到的支架類型來看，最昂貴的是 3D 生物列印，因為它需要專門的設備和專業知識，而且可能非常耗時。
我們正在進行研究，探索新的創新支架技術，以創造安全、永續且負擔得起的培養肉。無論選擇哪種方法，目標都是相同的：為細胞提供支持性且生物學相關的環境，促進生長並生產出適合消費者喜好的高品質細胞培養肉產品。
參考：
人造肉支架：深入研究：GFI。良好食品研究所。 （2021 年 6 月 XNUMX 日）。從...獲得
https://gfi.org/science/the-science-of-cultivated-meat/deep-dive-cultivated-meat-scaffolding/
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