Znanstveniki razvijajo ogrodje celične kulture na rastlinski osnovi za cenejše in bolj trajnostno gojeno meso

01. maj 2023 (Nanowerk novice) Raziskovalna skupina z Nacionalne univerze v Singapurju (NUS) je uspešno uporabila običajne rastlinske beljakovine za 3D-tiskanje ogrodja za užitno celično kulturo, ki omogoča, da na mizo postrežemo bolj dostopno in trajnostno meso, pridelano v laboratoriju. Ker se potrošniki vse bolj zavedajo okoljskih in etičnih posledic svoje hrane, postaja laboratorijsko pridelano meso, znano tudi kot kultivirano meso ali celično meso, vse bolj priljubljen vir prehranskih beljakovin. Gojeno meso se proizvaja tako, da živalim vzamejo skeletne mišične celice in jih gojijo na tridimenzionalnih konstruktih, imenovanih ogrodja, ki zagotavljajo strukturno podporo, ko se celice razmnožujejo in razvijajo v tkiva. Vendar pa so ogrodja za celične kulture običajno izdelana iz sintetičnih ali živalskih materialov, ki so predragi ali neužitni. V iskanju alternative se je ekipa pod vodstvom profesorja Huanga Dejiana, namestnika vodje oddelka za živilsko znanost in tehnologijo NUS, obrnila na rastlinske beljakovine, za katere je znano, da so biološko razgradljive in biokompatibilne z živalskimi celicami. Bistveno je, da rastlinske beljakovine izpolnjujejo tudi običajne zahteve za uživanje hrane, zaradi česar je nastali oder primeren za gojenje mesa. »Z uporabo takoj dostopnih žitnih prolaminov kot biomaterialov za visoko natančno tehnologijo 3D-tiskanja odpiramo novo metodo za proizvodnjo užitnih in strukturiranih ogrodij za proizvodnjo kultiviranih rezin mišičnega mesa z vlaknastimi lastnostmi,« je dejal prof. Huang. Delo ekipe, ki je v skladu s prizadevanji NUS za izdelavo vrhunskih trajnostnih raziskav, je bilo objavljeno v reviji Napredni materiali ("3D-natisnjeni prolaminski odri za celično kulturo mesa"). Kultivirana svinjina, gojena z uporabo ogrodij za užitne celične kulture. (Slika: Nacionalna univerza v Singapurju)

Izdelava užitnega odra

Prolamini so družina rastlinskih skladiščnih proteinov, ki imajo zaradi specifičnega aminokislinskega profila nizko hranilno vrednost. Pravzaprav prolamini nastajajo kot odpadki v industriji škroba in rastlinskega olja. Kljub temu so prof. Huang in njegova ekipa izkoristili te lastnosti prolaminov, da bi prišli do cenovno dostopnega in trajnostnega vira za gojenje mesa. Natančneje, raziskovalci so uporabili mešanice prolaminov, pridobljenih iz koruzne, ječmenove in ržene moke, znane tudi kot zeini, hordeini in sekalini. Te mešanice so nato delovale kot črnilo za elektrohidrodinamično tiskanje, visoko natančno tehnologijo 3D tiskanja, ki se običajno uporablja v biomedicinskih aplikacijah. Da bi ocenili, ali so bili prolaminski konstrukti primerni za gojenje mesa, so bili potopljeni v gojišče celične kulture in pregledani sedem dni kasneje, da bi preučili morebitne strukturne spremembe. Pod vrstičnim elektronskim mikroskopom so odri ohranili svojo strukturo in se niso zrušili, čeprav se je na njihovih površinah pojavilo več lukenj. Po mnenju raziskovalcev pa so te pore bolj verjetno rezultat encimov, ki jih izločajo gojene celice, in ne dokaz strukturnih pomanjkljivosti. Da bi bili skeli koristni pri gojenju mesa, morajo biti biokompatibilni z mišičnimi celicami kmetijskih živali, kar pomeni, da morajo biti sposobni sprejeti te celice in podpirati njihovo rast in razvoj. Da bi to preizkusili, so prof. Huang in ekipa zasejali prolaminske konstrukte z matičnimi celicami iz skeletnih mišic prašičev in v naslednjih dneh merili celično proliferacijo. Ugotovili so, da so se celice obsežno delile na odrih in dosegle največje število 11 dni po inokulaciji. Matične celice so primerljivo dobro rasle v ogrodjih zein/hordein in zein/secalin. Pomembno je, da so se prašičje celice, zasejane na prolaminske konstrukte, primerjale s standardnim polikaprolaktonskim ogrodjem, običajnim orodjem v tkivnem inženirstvu, razmnoževale veliko hitreje, kar dokazuje, da je ogrodje na osnovi rastlinskih beljakovin bolj izvedljivo za pridelavo gojenega mesa kot standardni sintetični polimeri. »Ogrodje, narejeno iz rastlinskih beljakovin, je užitno in ima raznolika in spremenljiva peptidna zaporedja, ki lahko olajšajo pritrditev celic, povzročijo diferenciacijo in pospešijo rast mesa. Nasprotno pa sintetična ogrodja, kot so plastične kroglice, ki se uporabljajo za gojeno meso, nimajo nobene funkcionalne skupine, kar živalskim celicam otežuje pritrditev in razmnoževanje. Poleg tega sintetični ogrodja niso užitna in potrebni so dodatni koraki za ločevanje ogrodja od mesne kulture,« je pojasnil prof. Huang. Kot dokaz koncepta je raziskovalna skupina poskušala izdelati dejansko rezino mesa z gojenjem matičnih celic prašičje kože na ogrodju zeina/sekalina in jim nato omogočila diferenciacijo ali zorenje v mišice. Ekstrakt pese je bil uporabljen za simulacijo rdečkaste barve mesa. Njihov poskus se je izkazal za uspešnega. V 12 dneh je raziskovalni skupini uspelo vzgojiti meso, ki je bilo po teksturi in splošnem videzu podobno pravemu živalskemu mesu. »Ker je bil oder užiten, niso bili potrebni nobeni posebni ali dodatni postopki, da bi ga izločili iz končnega izdelka,« pravi prof. Huang.

Nadaljnji razvoj

Profesor Huang in njegova ekipa aktivno delajo na izboljšanju tehnologije, ki temelji na rastlinskih beljakovinah. Na primer, potrebnih je več študij, da bi bolje ugotovili, kako lahko določena struktura in sestava prolaminskih konstruktov vplivata na rast živalskih matičnih celic in kako tvorijo mišično tkivo. »Poleg tega moramo zagotoviti, da bodo mesni izdelki, ki iz tega izhajajo, pripravljeni na trg, z varnostnimi profili, ki bodo izpolnjevali stroge regulativne zahteve, in hranilno sestavo, ki bo izpolnjevala priporočene prehranske potrebe,« pravi prof. Huang. »Seveda morajo biti tudi okusni. Okus, aromo in teksturo je treba skrbno umeriti, da lahko konkurirajo tradicionalno rejenim mesnim izdelkom.«

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoAiStream. Podatkovna inteligenca Web3. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• vir: https://www.nanowerk.com/news2/biotech/newsid=62921.php