Forskere utvikler plantebasert cellekulturstillas for billigere, mer bærekraftig kulturkjøtt

Forskere utvikler plantebasert cellekulturstillas for billigere, mer bærekraftig kulturkjøtt

Tidsstempel: 1. mai 2023 3:53
Kilde node: 2621356
01. mai 2023 (Nanowerk Nyheter) Et forskerteam fra National University of Singapore (NUS) har med suksess brukt vanlige planteproteiner til å 3D-printe et spiselig cellekulturstillas, slik at rimeligere og bærekraftig laboratoriedyrket kjøtt kan serveres på bordet. Etter hvert som forbrukerne blir mer bevisste på de miljømessige og etiske konsekvensene av maten deres, blir laboratoriedyrket kjøtt, også kjent som kulturkjøtt eller cellebasert kjøtt, en stadig mer populær kilde til diettprotein. Dyrket kjøtt produseres ved å ta skjelettmuskelceller fra dyr og dyrke dem på tredimensjonale konstruksjoner kalt stillaser, som gir strukturell støtte når cellene formerer seg og utvikler seg til vev. Imidlertid er cellekulturstillaser vanligvis laget av syntetiske eller dyrebaserte materialer, som enten er for dyre eller uspiselige. På jakt etter et alternativ, vendte teamet ledet av professor Huang Dejian, nestleder ved NUS-avdelingen for matvitenskap og teknologi, seg til planteproteiner, som er kjent for å være biologisk nedbrytbare og biokompatible med dyreceller. Det er avgjørende at planteproteiner også tilfredsstiller vanlige krav til matforbruk, noe som gjør det resulterende stillaset egnet for dyrking av kjøtt. "Ved å bruke lett tilgjengelige kornprolaminer som biomaterialer for 3D-utskriftsteknologi med høy presisjon, åpner vi opp for en ny metode for å produsere spiselige og strukturerte stillaser for å produsere dyrkede muskelkjøttskiver med fibrøse kvaliteter," sa Prof Huang. Teamets arbeid, i tråd med NUS' satsing på å produsere banebrytende bærekraftsforskning, ble publisert i tidsskriftet Advanced Materials (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). Kulturelt svinekjøtt dyrket i laboratoriet Dyrket svinekjøtt dyrket ved hjelp av de spiselige cellekulturstillasene. (Bilde: National University of Singapore)

Å lage et spiselig stillas

Prolaminer er en familie av plantelagringsproteiner som på grunn av deres spesifikke aminosyreprofil har lav næringsverdi. Faktisk genereres prolaminer som avfall i stivelses- og vegetabilsk oljeindustrien. Likevel utnyttet Prof Huang og teamet hans disse egenskapene til prolaminer for å komme opp med en rimelig og bærekraftig ressurs for kjøttkultur. Spesifikt brukte forskerne blandinger av prolaminer avledet fra mais-, bygg- og rugmel, også kjent som henholdsvis zeiner, hordeiner og sekaliner. Disse blandingene fungerte deretter som blekk for elektrohydrodynamisk utskrift, en høypresisjons 3D-utskriftsteknologi som vanligvis brukes i biomedisinske applikasjoner. For å vurdere om prolaminkonstruksjonene var egnet for kjøttdyrking, ble de nedsenket i cellekulturmediet og inspisert syv dager senere for å undersøke eventuelle strukturelle endringer. Under et skanningselektronmikroskop holdt stillasene strukturen og kollapset ikke, selv om det utviklet seg flere hull på overflaten. Ifølge forskerne er imidlertid disse porene mer sannsynlig et resultat av enzymer som skilles ut av de dyrkede cellene i stedet for bevis på strukturelle svakheter. For at stillasene skal være til noen nytte ved dyrking av kjøtt, må de være biokompatible med muskelceller fra landbruksdyr, noe som betyr at de må kunne romme disse cellene og støtte deres vekst og utvikling. For å teste dette, sådde Prof Huang og teamet prolaminkonstruksjonene med stamceller fra griseskjelettmuskulatur og målte celleproliferasjon de påfølgende dagene. De fant at cellene delte seg mye på stillasene, og nådde et maksimalt antall 11 dager etter at de ble inokulert. Stamcellene vokste sammenlignelig godt i både zein/hordein og zein/secalin stillaser. Av betydning, sammenlignet med et standard polykaprolakton-stillas, et vanlig verktøy innen vevsteknikk, spredte griseceller sådd på prolaminkonstruksjonene seg mye raskere, noe som viser at det planteproteinbaserte stillaset var mer gjennomførbart for dyrket kjøttproduksjon enn standard syntetiske polymerer. "Stillas laget av planteproteiner er spiselige og har forskjellige og variable peptidsekvenser som kan lette cellefesting, indusere differensiering og fremskynde veksten av kjøtt. I motsetning til dette har syntetiske stillaser som plastkuler brukt til dyrket kjøtt ingen funksjonell gruppe som gjør det vanskelig for dyreceller å feste seg og formere seg. I tillegg er syntetiske stillaser ikke spiselige, og det kreves ekstra trinn for å skille stillasene fra kjøttkulturen», utdypet prof Huang. Som et bevis på konseptet forsøkte forskerteamet å produsere en faktisk kjøttskive ved å dyrke stamceller fra grisehud på et zein/secalin-stillas, og deretter la dem differensiere, eller modnes, til muskler. Beteekstrakt ble brukt for å simulere kjøttets rødlige farge. Eksperimentet deres viste seg å være en suksess. I løpet av 12 dager var forskerteamet i stand til å dyrke kjøtt som var likt i tekstur og generelt utseende som ekte dyrekjøtt. "Siden stillaset var spiselig, var det ikke nødvendig med noen spesielle eller ekstra prosedyrer for å trekke det ut fra sluttproduktet," sier prof Huang.

Videre utvikling

Prof Huang og teamet hans jobber aktivt med å foredle den planteproteinbaserte teknologien. For eksempel er flere studier nødvendig for å bedre finne ut hvordan den spesielle strukturen og sammensetningen av prolaminkonstruksjonene kan påvirke veksten av dyrestamceller og hvordan de danner muskelvev. "Vi må dessuten sørge for at de resulterende kjøttproduktene er markedsklare, med sikkerhetsprofiler som vil tilfredsstille strenge regulatoriske krav og ernæringsmessige sammensetninger som vil oppfylle anbefalte kostholdsbehov," sier professor Huang. "Selvfølgelig må de være appetittvekkende også. Smak, aroma og tekstur må kalibreres nøye for å konkurrere med tradisjonelt oppdrettede kjøttprodukter.»

Tidstempel:

Mer fra Nanowerk