研究人員在可食用纖維上生長(zhǎng)肌肉細(xì)胞

實(shí)驗(yàn)室種植或養(yǎng)殖的肉類可以徹底改變食品生產(chǎn)，為大規(guī)模肉類生產(chǎn)提供更綠色，更可持續(xù)，更符合道德的替代方案。但是，將實(shí)驗(yàn)室種植的肉類從培養(yǎng)皿中轉(zhuǎn)移到餐盤上需要解決幾個(gè)主要問題，包括如何制作大量肉類以及如何使其感覺和味道更像真肉。

現(xiàn)在，哈佛大學(xué)約翰·保爾森工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院(SEAS)的研究人員已經(jīng)在可食用的明膠支架上生長(zhǎng)了兔和牛的肌肉細(xì)胞，它們模仿了肉的質(zhì)地和稠度，證明了最終的現(xiàn)實(shí)肉制品可能沒有需要飼養(yǎng)和宰殺動(dòng)物。

SEAS的Tarr家庭生物工程與應(yīng)用物理教授，該研究的高級(jí)作者基特·帕克(Kit Parker)在評(píng)選出食物網(wǎng)絡(luò)競(jìng)賽節(jié)目后開始涉足食物。

帕克說：“廚師在材料科學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)令人印象深刻。” “與他們討論之后，我開始懷疑我們是否可以將我們對(duì)再生醫(yī)學(xué)所知的全部知識(shí)應(yīng)用于合成食品的設(shè)計(jì)。畢竟，我們所學(xué)到的有關(guān)為再生醫(yī)學(xué)構(gòu)建器官和組織的一切知識(shí)都適用于食品：健康細(xì)胞和健康的腳手架是建筑的基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)規(guī)則是相同的，目標(biāo)是相同的：人類健康。這是我們將硬核工程設(shè)計(jì)和可擴(kuò)展制造引入食品創(chuàng)造的第一項(xiàng)努力。”

動(dòng)物肉主要由骨骼肌(和脂肪組織)組成，骨骼肌長(zhǎng)而細(xì)，就像在牛排上或在切碎豬肉或雞肉時(shí)所見。繁殖這些纖維是肉類生物工程中的最大挑戰(zhàn)之一。

該研究的第一作者，SEAS和威斯生物啟發(fā)工程研究所的博士后研究員盧克·麥克昆說：“肌肉細(xì)胞是粘附細(xì)胞類型，這意味著它們?cè)谏L(zhǎng)時(shí)需要緊緊抓住。” “要生長(zhǎng)類似肉類的肌肉組織，我們需要找到一種可食用的'支架'材料，并使肌肉細(xì)胞以3-D方式附著并生長(zhǎng)。找到一種有效的方法來生產(chǎn)大量這些支架以達(dá)到證明其在食品生產(chǎn)中的潛在用途。”

為了克服這些挑戰(zhàn)，研究人員使用了由Parker及其疾病生物物理學(xué)小組開發(fā)的浸入式旋轉(zhuǎn)噴射紡絲(iRJS)技術(shù)，該技術(shù)利用離心力使特定形狀和尺寸的長(zhǎng)納米纖維紡絲。該小組將食品安全明膠纖維紡絲，形成了生長(zhǎng)細(xì)胞的基礎(chǔ)。纖維模仿天然肌肉組織的細(xì)胞外基質(zhì)，即將組織粘合在一起并有助于其質(zhì)地的膠。

該研究小組在纖維上植入了兔和牛的肌肉細(xì)胞，這些細(xì)胞錨固在明膠上，并長(zhǎng)成細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)，類似于真實(shí)的肉。研究人員使用機(jī)械測(cè)試將實(shí)驗(yàn)室種植的肉與真實(shí)的兔子，培根，牛里脊肉，熏火腿和其他肉類產(chǎn)品的質(zhì)地進(jìn)行比較。

Macqueen說：“當(dāng)我們分析微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)地時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)，盡管養(yǎng)殖產(chǎn)品和天然產(chǎn)品具有相似的質(zhì)地，但天然肉中含有更多的肌纖維，這意味著它們更成熟。” “體外肌肉和脂肪細(xì)胞的成熟仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，將需要結(jié)合先進(jìn)的干細(xì)胞來源，無血清培養(yǎng)基配方，可食用的支架(例如我們的)以及生物反應(yīng)器培養(yǎng)方法的進(jìn)步來克服。”

Macqueen說：“我們的方法總是在改進(jìn)，我們有明確的目標(biāo)，因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)規(guī)則是基于天然肉類。最終，我們認(rèn)為可以設(shè)計(jì)具有定義的質(zhì)地，口味和營(yíng)養(yǎng)成分的肉類，就像釀造一樣。” 。

派克說：“前進(jìn)的目標(biāo)是營(yíng)養(yǎng)含量，口味，質(zhì)地和可負(fù)擔(dān)的價(jià)格。長(zhǎng)期目標(biāo)是減少食品的環(huán)境足跡。”

新產(chǎn)品研究主任凱特·克魯格說：“培養(yǎng)肉的開發(fā)涉及許多技術(shù)挑戰(zhàn)，包括能夠成功支持細(xì)胞的支架材料的配制以及適合于大規(guī)模消費(fèi)的適于培養(yǎng)的細(xì)胞系的開發(fā)。” Harvest，一家蜂窩農(nóng)業(yè)研究機(jī)構(gòu)，未參與研究。“該出版物的作者開發(fā)了腳手架材料，這些材料在這些領(lǐng)域顯示出巨大的希望。”