Naukowcy opracowują rusztowanie do hodowli komórkowych na bazie roślin, aby uzyskać tańsze, bardziej zrównoważone hodowane mięso

Naukowcy opracowują rusztowanie do hodowli komórkowych na bazie roślin, aby uzyskać tańsze, bardziej zrównoważone hodowane mięso

Znacznik czasu: 1 maja 2023 r. 3:53
Węzeł źródłowy: 2621356
01 maja 2023 r. (Wiadomości Nanowerk) Zespół badawczy z National University of Singapore (NUS) z powodzeniem wykorzystał powszechne białka roślinne do wydrukowania w 3D jadalnego rusztowania do hodowli komórek, umożliwiając podawanie na stole tańszego i zrównoważonego mięsa hodowanego w laboratorium. Ponieważ konsumenci stają się bardziej świadomi środowiskowych i etycznych konsekwencji ich żywności, mięso hodowane w laboratorium, znane również jako mięso hodowlane lub mięso na bazie komórek, staje się coraz bardziej popularnym źródłem białka w diecie. Mięso hodowlane jest produkowane poprzez pobieranie komórek mięśni szkieletowych od zwierząt i hodowanie ich na trójwymiarowych konstrukcjach zwanych rusztowaniami, które zapewniają wsparcie strukturalne, gdy komórki namnażają się i przekształcają w tkanki. Jednak rusztowania do hodowli komórkowych są zwykle wykonane z materiałów syntetycznych lub pochodzenia zwierzęcego, które są albo zbyt drogie, albo niejadalne. W poszukiwaniu alternatywy zespół kierowany przez profesora Huanga Dejiana, zastępcę kierownika Wydziału Nauk o Żywności i Technologii NUS, zwrócił się do białek roślinnych, o których wiadomo, że są biodegradowalne i biokompatybilne z komórkami zwierzęcymi. Co najważniejsze, białka roślinne spełniają również powszechne wymagania dotyczące spożycia żywności, dzięki czemu powstałe rusztowanie nadaje się do hodowli mięsa. „Wykorzystując łatwo dostępne prolaminy zbożowe jako biomateriały do ​​precyzyjnej technologii druku 3D, otwieramy nową metodę produkcji jadalnych i strukturalnych rusztowań do produkcji hodowanych plastrów mięsa mięśniowego o właściwościach włóknistych” – powiedział prof. Huang. W czasopiśmie opublikowano wyniki prac zespołu, zgodnie z dążeniem NUS do opracowania najnowocześniejszych badań nad zrównoważonym rozwojem Zaawansowane materiały („Wydrukowane w 3D rusztowania prolaminowe do hodowli mięsa na bazie komórek”). Hodowana wieprzowina hodowana w laboratorium Hodowana wieprzowina hodowana przy użyciu jadalnych rusztowań do hodowli komórkowych. (Zdjęcie: Narodowy Uniwersytet Singapuru)

Wykonanie jadalnego rusztowania

Prolaminy to rodzina roślinnych białek zapasowych, które ze względu na swój specyficzny profil aminokwasowy mają niską wartość odżywczą. W rzeczywistości prolaminy są wytwarzane jako odpady w przemyśle skrobiowym i olejów roślinnych. Niemniej jednak prof. Huang i jego zespół wykorzystali te cechy prolamin, aby opracować przystępne cenowo i zrównoważone zasoby dla hodowli mięsa. W szczególności naukowcy wykorzystali mieszaniny prolamin pochodzących z mąki kukurydzianej, jęczmiennej i żytniej, znanych również odpowiednio jako zeiny, hordeiny i sekaliny. Mieszaniny te działały następnie jako atrament do druku elektrohydrodynamicznego, wysoce precyzyjnej technologii drukowania 3D, powszechnie stosowanej w zastosowaniach biomedycznych. Aby ocenić, czy konstrukty prolaminy nadawały się do hodowli mięsa, zanurzono je w pożywce do hodowli komórkowej i zbadano siedem dni później w celu zbadania wszelkich zmian strukturalnych. Pod skaningowym mikroskopem elektronowym rusztowania zachowały swoją strukturę i nie zapadły się, chociaż na ich powierzchni powstało wiele dziur. Zdaniem naukowców pory te są jednak raczej wynikiem działania enzymów wydzielanych przez hodowane komórki niż dowodem słabości strukturalnych. Aby rusztowania miały jakiekolwiek zastosowanie w hodowli mięsa, muszą być biokompatybilne z komórkami mięśniowymi zwierząt hodowlanych, co oznacza, że ​​muszą być w stanie pomieścić te komórki i wspierać ich wzrost i rozwój. Aby to przetestować, prof. Huang i zespół zaszczepili konstrukty prolaminy komórkami macierzystymi z mięśni szkieletowych świni i zmierzyli proliferację komórek w kolejnych dniach. Odkryli, że komórki intensywnie dzieliły się na rusztowaniach, osiągając maksymalną liczbę 11 dni po zaszczepieniu. Komórki macierzyste rosły porównywalnie dobrze zarówno na rusztowaniach zeina/hordeina, jak i zeina/sekalina. Co istotne, w porównaniu ze standardowym rusztowaniem polikaprolaktonowym, powszechnym narzędziem w inżynierii tkankowej, komórki świni zaszczepione na konstruktach prolaminowych proliferowały znacznie szybciej, wykazując, że rusztowanie oparte na białku roślinnym było bardziej przydatne do produkcji mięsa hodowlanego niż standardowe syntetyczne polimery. „Rusztowania wykonane z białek roślinnych są jadalne i mają różnorodne i zmienne sekwencje peptydowe, które mogą ułatwiać przyczepianie się komórek, indukować różnicowanie i przyspieszać wzrost mięsa. Natomiast syntetyczne rusztowania, takie jak plastikowe kulki stosowane do hodowli mięsa, nie mają żadnej grupy funkcjonalnej, co utrudnia komórkom zwierzęcym przyczepianie się i namnażanie. Ponadto syntetyczne rusztowania nie są jadalne i wymagane są dodatkowe kroki w celu oddzielenia rusztowań od hodowli mięsnej” – wyjaśnił prof. Huang. Jako dowód słuszności koncepcji, zespół badawczy próbował wyprodukować rzeczywisty kawałek mięsa poprzez hodowlę komórek macierzystych skóry świni na rusztowaniu zeinowo-sekalinowym, a następnie pozwolił im różnicować się lub dojrzewać w mięśnie. Ekstrakt z buraków wykorzystano do symulacji czerwonawego koloru mięsa. Ich eksperyment okazał się sukcesem. W ciągu 12 dni zespół badawczy był w stanie wyhodować mięso, które było podobne pod względem tekstury i ogólnego wyglądu do prawdziwego mięsa zwierzęcego. „Ponieważ rusztowanie było jadalne, nie były potrzebne żadne specjalne ani dodatkowe procedury, aby wyodrębnić je z produktu końcowego”, mówi prof. Huang.

Dalszy rozwój

Prof. Huang i jego zespół aktywnie pracują nad udoskonaleniem technologii opartej na białku roślinnym. Na przykład potrzebne są dalsze badania, aby lepiej określić, w jaki sposób szczególna struktura i skład konstruktów prolaminy może wpływać na wzrost zwierzęcych komórek macierzystych i sposób, w jaki tworzą one tkankę mięśniową. „Ponadto musimy upewnić się, że uzyskane produkty mięsne są gotowe do wprowadzenia na rynek, o profilach bezpieczeństwa, które spełnią rygorystyczne wymagania regulacyjne, oraz o składzie odżywczym, który spełni zalecane potrzeby żywieniowe”, mówi prof. Huang. „Oczywiście, muszą też być apetyczne. Smak, aromat i konsystencja muszą być starannie dobrane, aby konkurować z tradycyjnymi produktami mięsnymi”.

Znak czasu:

Więcej z Nanowerk