يطور العلماء سقالة زراعة الخلايا النباتية من أجل لحوم مستزرعة أرخص وأكثر استدامة

يطور العلماء سقالة زراعة الخلايا النباتية من أجل لحوم مستزرعة أرخص وأكثر استدامة

الطابع الزمني: 1 مايو 2023 3:53 صباحًا
عقدة المصدر: 2621356
01 مايو 2023 (أخبار Nanowerkنجح فريق بحث من جامعة سنغافورة الوطنية (NUS) في استخدام البروتينات النباتية الشائعة لطباعة ثلاثية الأبعاد لسقالة زراعة الخلايا الصالحة للأكل، مما يسمح بتقديم اللحوم المزروعة في المختبر بأسعار معقولة ومستدامة على الطاولة. مع ازدياد وعي المستهلكين بالعواقب البيئية والأخلاقية لطعامهم، أصبحت اللحوم المزروعة في المختبر، والمعروفة أيضًا باسم اللحوم المستنبتة أو اللحوم المبنية على الخلايا، مصدرًا شائعًا بشكل متزايد للبروتين الغذائي. يتم إنتاج اللحوم المستزرعة عن طريق أخذ خلايا العضلات الهيكلية من الحيوانات وزراعتها على هياكل ثلاثية الأبعاد تسمى السقالات، والتي توفر الدعم الهيكلي عندما تتكاثر الخلايا وتتطور إلى أنسجة. ومع ذلك، عادة ما تكون سقالات زراعة الخلايا مصنوعة من مواد اصطناعية أو حيوانية، وهي إما باهظة الثمن أو غير صالحة للأكل. وبحثاً عن بديل، تحول الفريق بقيادة البروفيسور هوانغ ديجيان، نائب رئيس قسم علوم وتكنولوجيا الأغذية في جامعة سنغافورة الوطنية، إلى البروتينات النباتية، المعروفة بأنها قابلة للتحلل ومتوافقة حيوياً مع الخلايا الحيوانية. والأهم من ذلك، أن البروتينات النباتية تلبي أيضًا المتطلبات العامة للاستهلاك الغذائي، مما يجعل السقالة الناتجة صالحة لزراعة اللحوم. وقال البروفيسور هوانغ: "من خلال استخدام برولامينات الحبوب المتوفرة بسهولة كمواد حيوية لتكنولوجيا الطباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، فإننا نفتح طريقة جديدة لتصنيع سقالات صالحة للأكل ومهيكلة لإنتاج شرائح لحم عضلي مستنبتة ذات خصائص ليفية". تم نشر عمل الفريق، بما يتماشى مع توجهات جامعة سنغافورة الوطنية لإنتاج أبحاث الاستدامة المتطورة، في المجلة المواد المتقدمة (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). لحم الخنزير المزروع في المختبر لحم الخنزير المزروع باستخدام سقالات زراعة الخلايا الصالحة للأكل. (الصورة: جامعة سنغافورة الوطنية)

صنع سقالة صالحة للأكل

البرولامينات هي عائلة من بروتينات التخزين النباتية التي لها قيمة غذائية منخفضة بسبب محتواها من الأحماض الأمينية المحددة. في الواقع، يتم توليد البرولامينات كنفايات في صناعات النشا والزيوت النباتية. ومع ذلك، استفاد البروفيسور هوانج وفريقه من خصائص البرولامينات للتوصل إلى مورد مستدام وبأسعار معقولة لزراعة اللحوم. على وجه التحديد، استخدم الباحثون خليطًا من البرولامينات المشتقة من دقيق الذرة والشعير والجاودار، المعروف أيضًا باسم الزين والهوردين والسيكالين، على التوالي. عملت هذه الخلائط بعد ذلك بمثابة حبر للطباعة الكهروهيدروديناميكية، وهي تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد عالية الدقة تُستخدم عادةً في التطبيقات الطبية الحيوية. ولتقييم ما إذا كانت تركيبات البرولامين صالحة لزراعة اللحوم، تم غمرها في وسط زراعة الخلايا وفحصها بعد سبعة أيام لفحص أي تغييرات هيكلية. تحت المجهر الإلكتروني الماسح، حافظت السقالات على هيكلها ولم تنهار، على الرغم من ظهور ثقوب متعددة على أسطحها. ومع ذلك، وفقا للباحثين، فإن هذه المسام هي على الأرجح نتيجة للإنزيمات التي تفرزها الخلايا المستنبتة وليس دليلا على الضعف الهيكلي. لكي تكون السقالات ذات فائدة في زراعة اللحوم، يجب أن تكون متوافقة حيويًا مع الخلايا العضلية من الحيوانات الزراعية، مما يعني أنها يجب أن تكون قادرة على استيعاب هذه الخلايا ودعم نموها وتطورها. ولاختبار ذلك، قام البروفيسور هوانج وفريقه بزرع تركيبات البرولامين بالخلايا الجذعية من العضلات الهيكلية للخنازير وقياس تكاثر الخلايا خلال الأيام التالية. ووجدوا أن الخلايا انقسمت على نطاق واسع على السقالات، ووصلت إلى الحد الأقصى لعددها بعد 11 يومًا من تلقيحها. نمت الخلايا الجذعية بشكل جيد نسبيا في كل من سقالات الزين/هوردين والزين/سيكالين. من المهم أنه عند مقارنتها بسقالة البولي كابرولاكتون القياسية، وهي أداة شائعة في هندسة الأنسجة، فإن خلايا الخنازير المزروعة على تركيبات البرولامين تكاثرت بشكل أسرع بكثير، مما يدل على أن السقالة المعتمدة على البروتين النباتي كانت أكثر جدوى لإنتاج اللحوم المستنبتة من البوليمرات الاصطناعية القياسية. "السقالات المصنوعة من البروتينات النباتية صالحة للأكل ولها تسلسلات الببتيد المتنوعة والمتغيرة التي يمكن أن تسهل ارتباط الخلايا، وتحفز التمايز، وتسريع نمو اللحوم. في المقابل، فإن السقالات الاصطناعية مثل الخرز البلاستيكي المستخدم في اللحوم المستنبتة ليس لها مجموعة وظيفية مما يجعل من الصعب على الخلايا الحيوانية الارتباط والتكاثر. بالإضافة إلى ذلك، فإن السقالات الاصطناعية ليست صالحة للأكل، ويلزم اتخاذ خطوات إضافية لفصل السقالات عن مزرعة اللحوم. كدليل على هذا المفهوم، حاول فريق البحث إنتاج شريحة فعلية من اللحم عن طريق زراعة الخلايا الجذعية من جلد الخنزير على سقالة زين/سيكالين، ثم سمح لها بالتمايز أو النضوج إلى عضلات. تم استخدام مستخلص البنجر لمحاكاة اللون المحمر للحوم. وتبين أن تجربتهم كانت ناجحة. وفي غضون 12 يومًا، تمكن فريق البحث من زراعة اللحوم التي كانت مشابهة في الملمس والمظهر العام للحوم الحيوانية الحقيقية. "بما أن السقالة كانت صالحة للأكل، لم تكن هناك حاجة إلى إجراءات خاصة أو إضافية لاستخراجها من المنتج النهائي"، يقول البروفيسور هوانغ.

المزيد من التطورات

ويعمل البروفيسور هوانغ وفريقه بنشاط على تحسين التكنولوجيا المعتمدة على البروتين النباتي. على سبيل المثال، هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد كيفية تأثير البنية والتركيبة الخاصة لتركيبات البرولامين على نمو الخلايا الجذعية الحيوانية وكيفية تكوين الأنسجة العضلية. يقول البروفيسور هوانج: "علاوة على ذلك، نحن بحاجة إلى التأكد من أن منتجات اللحوم الناتجة جاهزة للسوق، مع مواصفات السلامة التي تلبي المتطلبات التنظيمية الصارمة والتركيبات الغذائية التي تلبي الاحتياجات الغذائية الموصى بها". "بالطبع، يجب أن تكون شهية أيضًا. يجب معايرة النكهة والرائحة والملمس بعناية للتنافس مع منتجات اللحوم المستزرعة تقليديًا.

الطابع الزمني:

اكثر من نانوويرك