Forskere udvikler plantebaseret cellekulturstillads til billigere, mere bæredygtigt dyrket kød

Forskere udvikler plantebaseret cellekulturstillads til billigere, mere bæredygtigt dyrket kød

Tidsstempel: 1. maj 2023 kl. 3
Kildeknude: 2621356
01. maj 2023 (Nanowerk nyheder) Et forskerhold fra National University of Singapore (NUS) har med succes brugt almindelige planteproteiner til at 3D-printe et spiseligt cellekulturstillads, hvilket gør det muligt at servere mere overkommeligt og bæredygtigt laboratoriedyrket kød på bordet. Efterhånden som forbrugerne bliver mere bevidste om de miljømæssige og etiske konsekvenser af deres mad, bliver laboratoriedyrket kød, også kendt som kulturkød eller cellebaseret kød, en stadig mere populær kilde til kostprotein. Dyrket kød fremstilles ved at tage skeletmuskelceller fra dyr og dyrke dem på tredimensionelle konstruktioner kaldet stilladser, som giver strukturel støtte, når cellerne formerer sig og udvikler sig til væv. Cellekulturstilladser er dog typisk lavet af syntetiske eller dyrebaserede materialer, som enten er for dyre eller uspiselige. På jagt efter et alternativ vendte holdet ledet af professor Huang Dejian, vicechef for NUS Department of Food Science and Technology, sig til planteproteiner, som er kendt for at være bionedbrydelige og biokompatible med dyreceller. Det er afgørende, at planteproteiner også opfylder almindelige krav til fødevareforbrug, hvilket gør det resulterende stillads egnet til dyrkning af kød. "Ved at bruge let tilgængelige kornprolaminer som biomaterialer til højpræcisions 3D-printteknologi, åbner vi op for en ny metode til fremstilling af spiselige og strukturerede stilladser til at producere dyrkede muskelkødskiver med fibrøse kvaliteter," sagde Prof Huang. Holdets arbejde, i tråd med NUS' indsats for at producere banebrydende bæredygtighedsforskning, blev offentliggjort i tidsskriftet Advanced Materials (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). Dyrket svinekød dyrket i laboratoriet Dyrket svinekød dyrket ved hjælp af de spiselige cellekulturstilladser. (Billede: National University of Singapore)

Fremstilling af et spiseligt stillads

Prolaminer er en familie af plantelagringsproteiner, der på grund af deres specifikke aminosyreprofil har lav næringsværdi. Faktisk genereres prolaminer som affald i stivelses- og vegetabilsk olieindustrien. Ikke desto mindre udnyttede prof Huang og hans team disse egenskaber ved prolaminer til at komme med en overkommelig og bæredygtig ressource til kødkultur. Konkret brugte forskerne blandinger af prolaminer afledt af majs-, byg- og rugmel, også kendt som henholdsvis zeiner, hordeiner og secaliner. Disse blandinger fungerede derefter som blækket til elektrohydrodynamisk udskrivning, en højpræcisions 3D-printteknologi, der almindeligvis anvendes i biomedicinske applikationer. For at vurdere, om prolaminkonstruktionerne var egnede til køddyrkning, blev de nedsænket i cellekulturmediet og inspiceret syv dage senere for at undersøge eventuelle strukturelle ændringer. Under et scanningselektronmikroskop holdt stilladserne deres struktur og kollapsede ikke, selvom der udviklede sig flere huller på deres overflader. Ifølge forskerne er disse porer dog mere sandsynligt resultatet af enzymer, der udskilles af de dyrkede celler, snarere end tegn på strukturelle svagheder. For at stilladser skal kunne bruges til at dyrke kød, skal de være biokompatible med muskelceller fra landbrugsdyr, hvilket betyder, at de skal være i stand til at rumme disse celler og understøtte deres vækst og udvikling. For at teste dette, såede Prof Huang og team prolaminkonstruktionerne med stamceller fra griseskeletmuskulatur og målte celleproliferation i løbet af de følgende dage. De fandt ud af, at cellerne delte sig i vid udstrækning på stilladserne og nåede et maksimalt antal 11 dage efter, at de blev podet. Stamcellerne voksede sammenligneligt godt i både zein/hordein og zein/secalin stilladser. Af betydning, sammenlignet med et standard polycaprolacton stillads, et almindeligt værktøj inden for vævsteknologi, prolifererede griseceller, der blev podet på prolaminkonstruktionerne, meget hurtigere, hvilket viser, at det planteproteinbaserede stillads var mere gennemførligt til dyrket kødproduktion end standard syntetiske polymerer. "Stilladser lavet af planteproteiner er spiselige og har forskellige og variable peptidsekvenser, der kan lette cellebinding, inducere differentiering og fremskynde væksten af ​​kød. I modsætning hertil har syntetiske stilladser såsom plastikperler, der bruges til dyrket kød, ingen funktionel gruppe, hvilket gør det vanskeligt for dyreceller at fæstne sig og formere sig. Derudover er syntetiske stilladser ikke spiselige, og der kræves ekstra trin for at adskille stilladserne fra kødkulturen,” uddybede prof Huang. Som et bevis på konceptet forsøgte forskerholdet at producere en egentlig skive kød ved at dyrke stamceller fra svinehud på et zein/secalin-stillads og derefter lade dem differentiere eller modnes til muskler. Roeekstrakt blev brugt til at simulere kødets rødlige farve. Deres eksperiment viste sig at være en succes. Inden for 12 dage var forskerholdet i stand til at dyrke kød, der i tekstur og overordnet udseende lignede ægte dyrekød. "Da stilladset var spiseligt, var der ingen særlige eller yderligere procedurer nødvendige for at udtrække det fra det endelige produkt," fortæller Prof Huang.

Yderligere udvikling

Prof Huang og hans team arbejder aktivt på at forfine den planteproteinbaserede teknologi. For eksempel er der behov for flere undersøgelser for bedre at bestemme, hvordan den særlige struktur og sammensætning af prolaminkonstruktionerne kan påvirke væksten af ​​dyrestamceller, og hvordan de danner muskelvæv. "Desuden er vi nødt til at sikre, at de resulterende kødprodukter er markedsklare med sikkerhedsprofiler, der vil tilfredsstille strenge regulatoriske krav og ernæringsmæssige sammensætninger, der vil opfylde anbefalede kostbehov," siger prof Huang. "Selvfølgelig skal de også være appetitlige. Smag, aroma og tekstur skal omhyggeligt kalibreres for at konkurrere med traditionelt opdrættede kødprodukter."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk