17天長(zhǎng)成,味腥、色白、質(zhì)彈……日前,一款國(guó)內(nèi)首例厘米級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排宣布面世。
科研人員以大黃魚為研究對(duì)象,分離出具有高傳代能力的肌肉、脂肪干細(xì)胞,并通過調(diào)控兩種信號(hào)通路誘導(dǎo)肌肉干細(xì)胞分化。同時(shí),基于可食用凝膠改造仿生建構(gòu)魚肌支架,三維培養(yǎng)肌纖維束,成功實(shí)現(xiàn)組織狀細(xì)胞培養(yǎng)魚肉的制造。
該成果由浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)、浙江大學(xué)長(zhǎng)三角智慧綠洲創(chuàng)新中心未來食品實(shí)驗(yàn)室主任劉東紅,與生命科學(xué)學(xué)院教授陳軍牽頭的細(xì)胞培養(yǎng)魚肉團(tuán)隊(duì),聯(lián)合中國(guó)工程院院士、大連工業(yè)大學(xué)教授朱蓓薇團(tuán)隊(duì)發(fā)布。在中國(guó)輕工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的鑒定會(huì)上,生物合成細(xì)胞培養(yǎng)魚肉的關(guān)鍵技術(shù)被評(píng)審組認(rèn)定達(dá)到國(guó)際同領(lǐng)域先進(jìn)水平。
“未來,這項(xiàng)技術(shù)或?qū)榻鉀Q人類餐桌肉品和動(dòng)物蛋白供應(yīng)提供更為廣闊的支撐,并且對(duì)于海洋魚類資源的保護(hù)有著重要的意義?!眲|紅說。
“復(fù)刻”需要合適的“種子”與“土壤”
用細(xì)胞培養(yǎng)魚肉,本質(zhì)上是通過動(dòng)物干細(xì)胞在體外進(jìn)行細(xì)胞增殖和分化的過程。細(xì)胞通過增殖,數(shù)量不斷增加,再通過分化產(chǎn)生形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的細(xì)胞類群。
要“復(fù)刻”一塊魚肉,首先要找到種子細(xì)胞。浙大團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn),肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞占普通大黃魚肉固形物成分的八成以上。由此,團(tuán)隊(duì)從大黃魚軸上肌和腹側(cè)體腔脂肪中篩選分離出肌肉干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞,作為細(xì)胞培養(yǎng)魚肉的“種子”。
“種子”離不開“土壤”,培養(yǎng)基便承擔(dān)了“土壤”的角色,為細(xì)胞的增殖和分化提供養(yǎng)分。團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),脂肪干細(xì)胞能夠在培養(yǎng)基中較好地增殖分化,然而肉質(zhì)的主要成分——肌肉細(xì)胞到了體外培養(yǎng)則困難重重。
生命科學(xué)學(xué)院教授陳軍和副教授黃曉對(duì)肌肉細(xì)胞分化過程進(jìn)行了系統(tǒng)研究,找到了兩條影響肌肉生成的信號(hào)通路。研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)整培養(yǎng)基的成分,提高了成肌細(xì)胞的分化效率。
此外,培養(yǎng)基是細(xì)胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)流程中最重要的成本控制環(huán)節(jié),浙大生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院教授陳啟和篩選得到低血清的基礎(chǔ)培養(yǎng)基,大大降低了成本,為將來規(guī)?;a(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
在3D打印的仿生結(jié)構(gòu)中“長(zhǎng)”出魚肉
隨著肌肉細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化,越來越多的魚肉產(chǎn)生?!暗藭r(shí)的魚肉還屬于無固定外形的松散細(xì)胞團(tuán),不是大家認(rèn)知中的肉的組織結(jié)構(gòu)?!标愜娬f。
怎么把魚肉搭建起來?浙大生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院副研究員徐恩波通過構(gòu)建生魚塊數(shù)字化結(jié)構(gòu)模型,打印支架模擬天然魚肌肉組織。
徐恩波介紹,魚肉在3D支架中的生長(zhǎng),類似公園里月季花沿著搭建好的拱門生長(zhǎng),肌肉細(xì)胞則沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則地生長(zhǎng),形成三維培養(yǎng)肌纖維束,產(chǎn)生類似自然魚肉該有的結(jié)構(gòu)和紋路。
3D打印材料的制作并非易事。團(tuán)隊(duì)通過調(diào)整配方,降低打印溫度,并找到能將成肌細(xì)胞牢牢抓住的可食用膠體材料,從而實(shí)現(xiàn)了仿生生長(zhǎng)。后續(xù),團(tuán)隊(duì)通過注入脂肪細(xì)胞,便可組裝成一塊組織狀的細(xì)胞培養(yǎng)魚肉。
那么,問題也隨之而來,這到底是不是一塊魚肉呢?
團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步分析了培養(yǎng)魚排的外形,并對(duì)其中的細(xì)胞數(shù)、肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的比例、硬度、黏性、彈性等特征,與真實(shí)大黃魚的肌肉組織進(jìn)行對(duì)比研究?!皬倪@些指標(biāo)看,兩者十分相似。”劉東紅表示,這也將為未來開展不同魚類乃至其他經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的細(xì)胞培養(yǎng)獲取優(yōu)質(zhì)蛋白提供新的思路,在解決可持續(xù)肉類供應(yīng)方面發(fā)揮更大潛力。
細(xì)胞培養(yǎng)魚肉走上餐桌還遠(yuǎn)嗎
要解決未來人類餐桌肉品和蛋白供應(yīng)、減少人工養(yǎng)殖肉類動(dòng)物對(duì)水資源與土地資源的高度依賴,細(xì)胞培養(yǎng)肉被認(rèn)為是最有潛力的技術(shù)之一。
談起這項(xiàng)新技術(shù),陳軍表示,學(xué)科匯聚是重要基礎(chǔ)。該研究除了有學(xué)校生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院參與,還吸引了機(jī)械工程學(xué)院的研究員尹俊和高分子科學(xué)與工程學(xué)系研究員朱旸團(tuán)隊(duì)的師生,共同參與前沿探索和交叉研究。
“細(xì)胞培養(yǎng)魚肉走向餐桌還要進(jìn)行大量的安全性評(píng)估。我相信,在技術(shù)不斷深化的背景下,可見的未來一定能實(shí)現(xiàn)批量化大生產(chǎn)?!睂?duì)于研究的未來應(yīng)用,劉東紅表示,要看到“魚肉”背后的技術(shù)突破與創(chuàng)新,它們將為未來食品行業(yè)發(fā)展開辟新的道路。
《中國(guó)教育報(bào)》2023年09月04日第7版
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