Forskare utvecklar växtbaserad cellodlingsställning för billigare, mer hållbart odlat kött

Forskare utvecklar växtbaserad cellodlingsställning för billigare, mer hållbart odlat kött

Tidsstämpel: 1 maj 2023 3:53
Källnod: 2621356
01 maj 2023 (Nanowerk Nyheter) Ett forskarlag från National University of Singapore (NUS) har framgångsrikt använt vanliga växtproteiner för att 3D-printa en ätbar cellodlingsställning, vilket gör det möjligt att servera mer överkomligt och hållbart labbodlat kött på bordet. När konsumenterna blir mer medvetna om de miljömässiga och etiska konsekvenserna av deras mat, blir labbodlat kött, även känt som odlat kött eller cellbaserat kött, en alltmer populär källa till protein från kosten. Odlat kött produceras genom att ta skelettmuskelceller från djur och odla dem på tredimensionella konstruktioner som kallas byggnadsställningar, som ger strukturellt stöd när cellerna förökar sig och utvecklas till vävnader. Cellkulturställningar är dock vanligtvis gjorda av syntetiska eller djurbaserade material, som antingen är för dyra eller oätliga. På jakt efter ett alternativ vände sig teamet under ledning av professor Huang Dejian, biträdande chef för NUS Department of Food Science and Technology, till växtproteiner, som är kända för att vara biologiskt nedbrytbara och biokompatibla med djurceller. Växtproteiner uppfyller också vanliga krav för matkonsumtion, vilket gör den resulterande ställningen lämplig för köttodling. "Genom att använda lättillgängliga spannmålsprolaminer som biomaterial för högprecisions 3D-utskriftsteknik, öppnar vi upp en ny metod för att tillverka ätbara och strukturerade ställningar för att producera odlade muskelköttskivor med fibrösa kvaliteter", säger professor Huang. Teamets arbete, i linje med NUS strävan att producera spjutspetsforskning om hållbarhet, publicerades i tidskriften Advanced Materials ("3D-tryckta prolaminställningar för cellbaserad köttkultur"). Odlat fläsk som odlas i labbet Odlat fläsk som odlas med hjälp av de ätbara cellodlingsställningarna. (Bild: National University of Singapore)

Tillverkning av en ätbar ställning

Prolaminer är en familj av växtlagringsproteiner som, på grund av sin specifika aminosyraprofil, har lågt näringsvärde. Faktum är att prolaminer genereras som avfall i stärkelse- och vegetabilisk oljeindustri. Trots detta utnyttjade Prof Huang och hans team dessa egenskaper hos prolaminer för att komma fram till en prisvärd och hållbar resurs för köttodling. Specifikt använde forskarna blandningar av prolaminer som härrör från majs-, korn- och rågmjöl, även känd som zeiner, hordeiner respektive sekaliner. Dessa blandningar fungerade sedan som bläck för elektrohydrodynamisk utskrift, en 3D-utskriftsteknik med hög precision som vanligtvis används i biomedicinska tillämpningar. För att bedöma om prolaminkonstruktionerna var lämpliga för köttodling, nedsänktes de i cellodlingsmediet och inspekterades sju dagar senare för att undersöka eventuella strukturella förändringar. Under ett svepelektronmikroskop höll byggnadsställningarna sin struktur och kollapsade inte, även om flera hål utvecklades på deras ytor. Enligt forskarna är dock dessa porer mer sannolikt resultatet av enzymer som utsöndras av de odlade cellerna snarare än bevis på strukturella svagheter. För att byggnadsställningar ska vara till någon nytta för att odla kött måste de vara biokompatibla med muskelceller från jordbruksdjur, vilket innebär att de måste kunna hysa dessa celler och stödja deras tillväxt och utveckling. För att testa detta sådde Prof Huang och teamet prolaminkonstruktionerna med stamceller från grisskelettmuskler och mätte cellproliferation under de följande dagarna. De fann att cellerna delade sig mycket på byggnadsställningarna och nådde ett maximalt antal 11 dagar efter att de inokulerades. Stamcellerna växte jämförbart bra i både zein/hordein och zein/secalin ställningar. Av betydelse, jämfört med en standard polykaprolaktonställning, ett vanligt verktyg inom vävnadsteknik, spred sig grisceller som såddes på prolaminkonstruktionerna mycket snabbare, vilket visar att den växtproteinbaserade ställningen var mer genomförbar för produktion av odlat kött än vanliga syntetiska polymerer. "Ställningar gjorda av växtproteiner är ätbara och har olika och varierande peptidsekvenser som kan underlätta cellvidhäftning, inducera differentiering och påskynda tillväxten av kött. Däremot har syntetiska ställningar som plastpärlor som används för odlat kött ingen funktionell grupp som gör det svårt för djurceller att fästa och föröka sig. Dessutom är syntetiska ställningar inte ätbara och extra steg krävs för att separera ställningarna från köttkulturen”, utvecklade Prof Huang. Som ett bevis på konceptet försökte forskargruppen producera en verklig skiva kött genom att odla stamceller från grishud på en zein/sekalinställning, och sedan lät dem differentiera, eller mogna, till muskler. Betextrakt användes för att simulera köttets rödaktiga färg. Deras experiment visade sig vara en framgång. Inom 12 dagar kunde forskargruppen odla kött som liknade äkta djurkött i konsistens och övergripande utseende. "Eftersom ställningen var ätbar behövdes inga speciella eller ytterligare procedurer för att extrahera den från slutprodukten", säger professor Huang.

Ytterligare utveckling

Prof Huang och hans team arbetar aktivt med att förfina den växtproteinbaserade tekniken. Till exempel behövs fler studier för att bättre avgöra hur den särskilda strukturen och sammansättningen av prolaminkonstruktionerna kan påverka tillväxten av djurstamceller och hur de bildar muskelvävnad. "Dessutom måste vi se till att de resulterande köttprodukterna är marknadsfärdiga, med säkerhetsprofiler som kommer att tillfredsställa rigorösa regulatoriska krav och näringssammansättningar som kommer att uppfylla rekommenderade kostbehov", säger Prof Huang. "Självklart måste de vara aptitretande också. Smak, arom och textur måste noggrant kalibreras för att konkurrera med traditionellt odlade köttprodukter."

Tidsstämpel:

Mer från Nanoverk