Các nhà khoa học phát triển khung nuôi cấy tế bào dựa trên thực vật để nuôi cấy thịt rẻ hơn, bền vững hơn

Các nhà khoa học phát triển khung nuôi cấy tế bào dựa trên thực vật để nuôi cấy thịt rẻ hơn, bền vững hơn

Dấu thời gian: 1:2023 sáng ngày 3 tháng 53 năm XNUMX
Nút nguồn: 2621356
01 Tháng năm 2023 (Tin tức Nanowerk) Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Quốc gia Singapore (NUS) đã sử dụng thành công các protein thực vật thông thường để in 3D khung nuôi cấy tế bào ăn được, cho phép phục vụ thịt nuôi trong phòng thí nghiệm bền vững và giá cả phải chăng hơn. Khi người tiêu dùng ngày càng có ý thức hơn về tác động của thực phẩm đến môi trường và đạo đức, thịt được nuôi trong phòng thí nghiệm, còn được gọi là thịt nuôi cấy hoặc thịt dựa trên tế bào, đang trở thành nguồn cung cấp protein ngày càng phổ biến. Thịt nuôi cấy được sản xuất bằng cách lấy tế bào cơ xương từ động vật và nuôi chúng trên các cấu trúc ba chiều gọi là giàn giáo, cung cấp hỗ trợ cấu trúc khi tế bào nhân lên và phát triển thành mô. Tuy nhiên, giàn giáo nuôi cấy tế bào thường được làm từ vật liệu tổng hợp hoặc vật liệu từ động vật, quá đắt hoặc không ăn được. Để tìm kiếm giải pháp thay thế, nhóm nghiên cứu do Giáo sư Huang Dejian, Phó Trưởng khoa Khoa học và Công nghệ Thực phẩm NUS dẫn đầu, đã chuyển sang sử dụng protein thực vật, được biết là có khả năng phân hủy sinh học và tương thích sinh học với tế bào động vật. Điều quan trọng là protein thực vật cũng đáp ứng các yêu cầu chung về tiêu thụ thực phẩm, làm cho khung tạo thành phù hợp cho việc nuôi cấy thịt. Giáo sư Huang cho biết: “Bằng cách sử dụng prolamin ngũ cốc sẵn có làm vật liệu sinh học cho công nghệ in 3D có độ chính xác cao, chúng tôi mở ra một phương pháp mới để sản xuất các giàn giáo có cấu trúc và ăn được để tạo ra các lát thịt cơ nuôi cấy có chất lượng dạng sợi”. Công trình của nhóm, phù hợp với nỗ lực của NUS nhằm tạo ra nghiên cứu bền vững tiên tiến, đã được công bố trên tạp chí Vật liệu tiên tiến (“3D-Printed Prolamin Scaffolds for Cell-Based Meat Culture”). Thịt lợn nuôi trong phòng thí nghiệm Thịt lợn nuôi cấy được nuôi bằng giàn nuôi cấy tế bào ăn được. (Ảnh: Đại học Quốc gia Singapore)

Việc tạo ra một giàn giáo ăn được

Prolamin là một họ protein lưu trữ thực vật, do đặc tính axit amin cụ thể của chúng nên có giá trị dinh dưỡng thấp. Trên thực tế, prolamin được tạo ra dưới dạng chất thải trong ngành công nghiệp tinh bột và dầu thực vật. Tuy nhiên, Giáo sư Huang và nhóm của ông đã tận dụng những đặc điểm này của prolamin để tạo ra nguồn tài nguyên bền vững và giá cả phải chăng cho nuôi trồng thịt. Cụ thể, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hỗn hợp prolamin có nguồn gốc từ bột ngô, lúa mạch và lúa mạch đen, còn được gọi lần lượt là zeins, hordeins và secalins. Những hỗn hợp này sau đó đóng vai trò là mực in điện thủy động lực, một công nghệ in 3D có độ chính xác cao thường được sử dụng trong các ứng dụng y sinh. Để đánh giá xem cấu trúc prolamin có phù hợp cho việc nuôi trồng thịt hay không, chúng được ngâm trong môi trường nuôi cấy tế bào và được kiểm tra bảy ngày sau đó để xem có bất kỳ thay đổi cấu trúc nào hay không. Dưới kính hiển vi điện tử quét, các giàn giáo giữ nguyên cấu trúc của chúng và không bị sụp đổ, mặc dù nhiều lỗ đã phát triển trên bề mặt của chúng. Tuy nhiên, theo các nhà nghiên cứu, những lỗ chân lông này có nhiều khả năng là kết quả của các enzyme được tiết ra bởi các tế bào nuôi cấy hơn là bằng chứng về sự yếu kém về cấu trúc. Để các giàn giáo được sử dụng trong việc nuôi trồng thịt, chúng cần phải tương thích sinh học với các tế bào cơ từ động vật nông nghiệp, nghĩa là chúng cần có khả năng chứa các tế bào này và hỗ trợ sự tăng trưởng và phát triển của chúng. Để kiểm tra điều này, Giáo sư Huang và nhóm nghiên cứu đã gieo mầm các cấu trúc prolamin bằng tế bào gốc từ cơ xương lợn và đo sự tăng sinh tế bào trong những ngày tiếp theo. Họ phát hiện ra rằng các tế bào phân chia rộng rãi trên các giá đỡ, đạt số lượng tối đa 11 ngày sau khi chúng được tiêm chủng. Các tế bào gốc phát triển tương đối tốt ở cả khung zein/hordein và zein/secalin. Điều quan trọng là, khi so sánh với giàn giáo polycaprolactone tiêu chuẩn, một công cụ phổ biến trong kỹ thuật mô, các tế bào lợn được gieo vào cấu trúc prolamin tăng sinh nhanh hơn nhiều, chứng tỏ rằng giàn giáo dựa trên protein thực vật khả thi hơn để sản xuất thịt nuôi cấy so với polyme tổng hợp tiêu chuẩn. “Các giàn giáo làm từ protein thực vật có thể ăn được và có các chuỗi peptide đa dạng và biến đổi có thể tạo điều kiện thuận lợi cho việc gắn tế bào, tạo ra sự biệt hóa và tăng tốc độ phát triển của thịt. Ngược lại, các giàn giáo tổng hợp như hạt nhựa dùng cho thịt nuôi cấy không có nhóm chức năng khiến tế bào động vật khó bám vào và sinh sôi nảy nở. Ngoài ra, các giàn giáo tổng hợp không thể ăn được và cần có các bước bổ sung để tách các giàn giáo ra khỏi môi trường nuôi cấy thịt”, giáo sư Huang giải thích thêm. Để chứng minh ý tưởng, nhóm nghiên cứu đã cố gắng tạo ra một lát thịt thực sự bằng cách nuôi cấy tế bào gốc da lợn trên giàn giáo zein/secalin, sau đó cho phép chúng biệt hóa hoặc trưởng thành thành cơ. Chiết xuất củ cải đường được sử dụng để mô phỏng màu đỏ của thịt. Thí nghiệm của họ hóa ra đã thành công. Trong vòng 12 ngày, nhóm nghiên cứu đã có thể nuôi cấy thịt có kết cấu và hình dáng tổng thể tương tự như thịt động vật thật. Giáo sư Huang chia sẻ: “Vì giàn giáo có thể ăn được nên không cần quy trình đặc biệt hoặc bổ sung nào để tách nó ra khỏi sản phẩm cuối cùng”.

Sự phát triển xa hơn

Giáo sư Huang và nhóm của ông đang tích cực nghiên cứu cải tiến công nghệ dựa trên protein thực vật. Ví dụ, cần nhiều nghiên cứu hơn để xác định rõ hơn cấu trúc và thành phần cụ thể của cấu trúc prolamin có thể tác động như thế nào đến sự phát triển của tế bào gốc động vật và cách chúng hình thành mô cơ. Giáo sư Huang cho biết: “Hơn nữa, chúng tôi cần đảm bảo các sản phẩm thịt thu được sẵn sàng đưa ra thị trường, với hồ sơ an toàn sẽ đáp ứng các yêu cầu quản lý nghiêm ngặt và thành phần dinh dưỡng sẽ đáp ứng nhu cầu ăn kiêng được khuyến nghị”. “Tất nhiên, chúng cũng cần phải ngon miệng. Hương vị, mùi thơm và kết cấu cần được điều chỉnh cẩn thận để cạnh tranh với các sản phẩm thịt được nuôi theo kiểu truyền thống.”

Dấu thời gian:

Thêm từ công trình nano