日前，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(lái)食品實(shí)驗(yàn)室主任劉東紅教授、生命科學(xué)學(xué)院陳軍教授牽頭的細(xì)胞培養(yǎng)魚肉團(tuán)隊(duì)聯(lián)合大連工業(yè)大學(xué)朱蓓薇院士團(tuán)隊(duì)對(duì)外宣布，通過(guò)干細(xì)胞分離、工廠化培養(yǎng)與組織化構(gòu)建技術(shù)，成功合成國(guó)內(nèi)首例厘米級(jí)細(xì)胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排。
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(guò)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。
17天長(zhǎng)成，味腥、色白、質(zhì)彈，在浙江大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室中，這款細(xì)胞培養(yǎng)的大黃魚肉與同類自然魚肉別無(wú)二致。劉東紅表示，海洋魚類所含優(yōu)質(zhì)蛋白和不飽和脂肪酸，對(duì)于身體健康有積極作用，未來(lái)，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。
這項(xiàng)成果日前公開(kāi)發(fā)表，并在中國(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。
“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(guò)動(dòng)物干細(xì)胞在體外進(jìn)行細(xì)胞增殖和分化的過(guò)程。這其中，細(xì)胞通過(guò)增殖不斷增加數(shù)量，再通過(guò)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，首先要先找到種子細(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)體腔脂肪中篩選分理出肌肉干細(xì)胞和脂肪干細(xì)胞，作為細(xì)胞培養(yǎng)魚肉的“種子”。
有了“種子”當(dāng)然還少不了“土壤”，培養(yǎng)基便承擔(dān)了這個(gè)角色，為細(xì)胞的增殖和分化提供養(yǎng)分。研究發(fā)現(xiàn)，脂肪干細(xì)胞能夠在培養(yǎng)基中較好增殖分化，然而作為肉質(zhì)的主要成分肌肉細(xì)胞到了體外培養(yǎng)卻困難重重。
陳軍和生命科學(xué)學(xué)院黃曉副教授對(duì)肌肉細(xì)胞分化過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)研究，找到兩條影響肌肉生成的信號(hào)通路。為此研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)培養(yǎng)基的成分調(diào)整，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)院陳啟和教授篩選得到低血清的基礎(chǔ)培養(yǎng)基，大大降低成本，為將來(lái)大規(guī)模化生產(chǎn)提供了基礎(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(lái)越多的魚肉產(chǎn)生，但此時(shí)的魚肉還只是“肉泥”?！按藭r(shí)的魚肉還是無(wú)固定外形的松散細(xì)胞團(tuán)，不是大家說(shuō)認(rèn)知中的肉的組織結(jié)構(gòu)?！标愜娬f(shuō)。
怎么把魚肉搭建起來(lái)？浙大生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院徐恩波副研究員通過(guò)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。
魚肉在3D支架中的生長(zhǎng)，好比是公園月季花沿著搭建好拱門生長(zhǎng)形成花束，肌肉細(xì)胞則沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則的生長(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。
當(dāng)然這個(gè)3D打印材料的制作也非易事，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)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，才實(shí)現(xiàn)了仿生生長(zhǎng)。后續(xù)浙大團(tuán)隊(duì)通過(guò)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(wèn)題也隨之而來(lái)，這到底是不是一塊魚肉呢？
科研人員進(jìn)一步分析了培養(yǎng)魚排的外形，并對(duì)其中細(xì)胞數(shù)、肌肉細(xì)胞和脂肪細(xì)胞的比例、硬度、粘性、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。“從這些指標(biāo)看，兩者十分相似?！眲|紅說(shuō)，這也將為未來(lái)開(kāi)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。
學(xué)科交叉會(huì)聚，走上餐桌還有多遠(yuǎn)？
細(xì)胞培養(yǎng)肉被認(rèn)為是最有潛力解決未來(lái)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、土地資源高度依賴的技術(shù)之一。
面對(duì)這樣一項(xiàng)新技術(shù)，陳軍認(rèn)為學(xué)科的大會(huì)聚是重要基礎(chǔ)。“我們的研究中除了生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院參與，還吸引了來(lái)自機(jī)械工程學(xué)院尹俊研究員和高分子科學(xué)與工程學(xué)系朱旸研究員團(tuán)隊(duì)的師生參與前沿探索和交叉研究?！?/span>
“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，相信不斷的深化技術(shù)一定能在可見(jiàn)的未來(lái)批量化大生產(chǎn)?！睂?duì)于研究未來(lái)的應(yīng)用，劉東紅說(shuō)，“我們還要從這塊魚肉看到隱藏背后的技術(shù)突破與創(chuàng)新，這些也將對(duì)未來(lái)食品行業(yè)發(fā)展開(kāi)辟新的道路。”
這項(xiàng)研究得到繁星科學(xué)基金的資助，在浙大紫金科創(chuàng)小鎮(zhèn)得到技術(shù)轉(zhuǎn)化與市場(chǎng)化指導(dǎo)，在浙江大學(xué)長(zhǎng)三角智慧綠洲創(chuàng)新中心得到全方位的支持。
