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给细胞搭支架!人造肉技术迎来新突破,人造牛排或很快出现在菜单上
2019-07-08 21:29 前瞻网   

如果你是食肉动物,你吃的肉来自动物肌肉。但是动物不仅仅是由肌肉组成的。

它们有大多数美国人不消耗的器官和骨骼。它们需要食物,水,空间和社会关系。它们产生了废物。

农民花费大量的精力和资源来培育复杂的生物,在这个过程中产生了废物,只关注它们可以收获有利可图的肉类。

生产人们想要的部件会更容易、更人性化,更少浪费。

通过细胞生物学和组织工程,可以仅生长肌肉和脂肪组织,它被称为人造肉。

科学家们为细胞提供了生长所需的相同因素,就在动物体外:营养物质、氧气、水分和来自细胞邻居的分子信号。

到目前为止,研究人员已经培养出大量细胞,这些细胞可以像汉堡或香肠一样变成加工过的肉类。

这种人造肉技术仍处于研究和开发的早期阶段,目前正对原型进行放大和微调,为商业化的挑战做准备。

但生物工程师们已经在接受下一个更艰巨的挑战:培育结构性的肉块,比如牛排或鸡排。

什么组成的?

如果你在显微镜下观察一块生肉,你可以在细胞水平上看到你吃的东西。

每一口都是肌肉和脂肪细胞的基质,与血管交织并被结缔组织包裹。

肌肉细胞充满了蛋白质和营养素,脂肪细胞充满了脂肪。

这两种细胞类型对肉食性动物咬汉堡或牛排时的味觉和味觉体验起着重要作用。

当动物活着的时候,血管为其组织提供营养和氧气;屠宰后,血液给肉增加了一种独特的金属味和鲜味。

结缔组织由胶原蛋白和弹性蛋白等蛋白质组成,将肌纤维组织成排列整齐的束,并朝向收缩的方向。这种结缔组织在烹饪过程中会发生变化,给肉增加质感。

细胞农业研究人员面临的挑战是从下而上模拟肉的复杂性。

我们可以在培养皿中培养肌肉和脂肪细胞 - 但血管和结缔组织不像动物那样自发产生。

我们如何设计生物材料和生物反应器以提供营养物扩散和诱导组织,从而得到一个厚厚的、有结构的肉块?

人造肉汉堡是第一步

为了培育出任何一种肉,研究人员从牛、猪或鸡身上提取少量的组织(如大理石大小),分离出单个细胞。

然后,生物工程师将细胞放入塑料瓶中,给它们提供养分,氧气和水分,同时将它们保持体温下。

细胞很快乐,可以指数级分裂,创造出越来越多的细胞。

当在塑料上生长时,细胞将继续分裂,直到它们存在于所有可用的表面区域上。

这导致一个细胞的厚厚的拥挤层。一旦细胞停止分裂,它们就会开始成熟。

肌肉细胞融合在一起,形成长肌纤维,脂肪细胞开始产生脂质。

研究人员可以将这些细胞组合在一起,制作加工过的肉类产品,如汉堡、热狗和香肠。

仅靠动物细胞就能复制大部分的肉类体验。

但是如果没有血管和结缔组织,你就不会得到一个有组织的三维组织 - 而这正是你需要的结构肉块,如牛排、鸡胸肉和培根。

为了克服这一挑战,科学家们可以使用生物材料来复制血管(用于营养和氧气转移)和结缔组织(用于组织和纹理)的结构和功能。

这个研究领域被称为支架开发。

支架是牛排的秘方

支架的概念起源于医疗应用的组织工程领域。科学家将细胞和支架结合起来,制造出用于研究、毒理学筛选或植入物的功能性生物材料。

这些生物材料可以采用不同的形式 - 薄膜,凝胶,海绵 - 取决于所得组织中所需的性质。

例如,你可以在平坦的胶原蛋白膜上生长皮肤细胞,制作一个皮肤移植片来帮助烧伤患者,或者在一个羟基磷灰石海绵中培养骨细胞来促进骨骼再生。

对于医学应用,支架通常需要安全植入,不得诱导身体免疫系统的反应,可降解并能够支持细胞生长。

对于食品应用,支架的设计考虑因素是不同的。它们仍应支持细胞生长,但同样重要的是它们价格低廉,可食用且对环境友好。

用于食品应用的一些常见生物材料包括来自植物的纤维素,来自蘑菇的称为壳聚糖的碳水化合物和来自藻类的称为藻酸盐的碳水化合物。

这是实验室里培育肉的一种“配方”。首先,创建一个合适的支架。从蘑菇中分离壳聚糖并将其溶解在水中以产生粘性凝胶。

将凝胶放入管中,将一端暴露于冷物质,如干冰或液氮。

从冷端开始,整个凝胶管将慢慢冻结。然后可以通过在非常低的温度下在凝胶上真空抽吸来冷冻干燥冷冻凝胶,最终产生干燥的海绵状材料。

定向冷冻的过程产生了一个海绵,它的小孔又小又长,排列整齐,就像一捆稻草,还有肌肉组织。

然后,你可以将细胞转移到这种三维海绵上,而不是在扁平塑料上种植肉,为更厚的组织提供更多的表面积。

毛孔还可以帮助在整个组织中分配营养和氧气。到目前为止,通过这种技术,实验室已经能够生产出不到一平方厘米的小块肉 - 虽然有点小,但却是一个良好的开端。

其他支架可能性包括在藻酸盐基纤维,凝胶或海绵内生长细胞。

或者,技术人员可以用一种叫做脱细胞的方法将植物细胞冲洗掉,然后用动物细胞重新填充纤维素框架。

一旦研究人员找到了能够很好地发挥作用的材料和方法,就会努力创造更大批量的产品。

在这一点上,这将是一个扩大过程和降低成本的游戏,因此人造肉类产品可以与养殖肉类产品相比具有成本竞争力。

看到创业公司推出他们的人造肉丸、香肠和汉堡,总是令人兴奋。

通过更多的研究,时间,资金和运气,人造肉类菜单2.0将包括许多食肉动物知道和喜爱的牛排和猪排。

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责任编辑: 4031FRS

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