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日前，由浙江大學(xué)生物系統工程與食品科學(xué)學(xué)院副院長(cháng)、浙江大學(xué)長(cháng)三角智慧綠洲創(chuàng )新中心未來(lái)食品實(shí)驗室主任劉東紅教授、生命科學(xué)學(xué)院陳軍教授牽頭的細胞培養魚(yú)肉團隊聯(lián)合大連工業(yè)大學(xué)朱蓓薇院士團隊對外宣布，通過(guò)干細胞分離、工廠(chǎng)化培養與組織化構建技術(shù)，成功合成國內首例厘米級細胞培養大黃魚(yú)組織仿真魚(yú)排。
科研人員以大黃魚(yú)為研究對象，分離出具有高傳代能力的肌肉、脂肪干細胞，并通過(guò)調控兩種信號通路誘導肌肉干細胞分化。同時(shí)，基于可食用凝膠改造仿生建構魚(yú)肌支架，三維培養肌纖維束，成功實(shí)現組織狀細胞培養魚(yú)肉的制造。
17天長(cháng)成，味腥、色白、質(zhì)彈，在浙江大學(xué)的實(shí)驗室中，這款細胞培養的大黃魚(yú)肉與同類(lèi)自然魚(yú)肉別無(wú)二致。劉東紅表示，海洋魚(yú)類(lèi)所含優(yōu)質(zhì)蛋白和不飽和脂肪酸，對于身體健康有積極作用，未來(lái)，這項技術(shù)或將為解決人類(lèi)餐桌肉品和動(dòng)物蛋白供應提供更為廣闊的支撐，并且對于海洋魚(yú)類(lèi)資源的保護有著(zhù)重要的意義。
這項成果日前公開(kāi)發(fā)表，并在中國輕工業(yè)聯(lián)合會(huì )組織的鑒定會(huì )上，生物合成細胞培養魚(yú)肉的關(guān)鍵技術(shù)被評審組認定達到國際同領(lǐng)域先進(jìn)水平。
“復刻”需要合適的“種子”與“土壤”
用細胞培養魚(yú)肉，本質(zhì)上是通過(guò)動(dòng)物干細胞在體外進(jìn)行細胞增殖和分化的過(guò)程。這其中，細胞通過(guò)增殖不斷增加數量，再通過(guò)分化產(chǎn)生形態(tài)結構功能各異的細胞類(lèi)群。
要“復刻”一塊魚(yú)肉，首先要先找到種子細胞。
浙大團隊在研究中發(fā)現，肌肉細胞和脂肪細胞占普通大黃魚(yú)肉固形物成分的八成以上。由此團隊從大黃魚(yú)軸上肌和腹側體腔脂肪中篩選分理出肌肉干細胞和脂肪干細胞，作為細胞培養魚(yú)肉的“種子”。
有了“種子”當然還少不了“土壤”，培養基便承擔了這個(gè)角色，為細胞的增殖和分化提供養分。研究發(fā)現，脂肪干細胞能夠在培養基中較好增殖分化，然而作為肉質(zhì)的主要成分肌肉細胞到了體外培養卻困難重重。
陳軍和生命科學(xué)學(xué)院黃曉副教授對肌肉細胞分化過(guò)程進(jìn)行了系統研究，找到兩條影響肌肉生成的信號通路。為此研究團隊通過(guò)對培養基的成分調整，提高了成肌細胞的分化效率。
此外，培養基是細胞培養肉生產(chǎn)流程中最重要的成本控制環(huán)節，浙大生物系統工程與食品科學(xué)學(xué)院陳啟和教授篩選得到低血清的基礎培養基，大大降低成本，為將來(lái)大規?；a(chǎn)提供了基礎。
在3D打印的仿生結構中“長(cháng)”出魚(yú)肉隨著(zhù)肌肉細胞的生長(cháng)、分化，越來(lái)越多的魚(yú)肉產(chǎn)生，但此時(shí)的魚(yú)肉還只是“肉泥”。“此時(shí)的魚(yú)肉還是無(wú)固定外形的松散細胞團，不是大家說(shuō)認知中的肉的組織結構。”陳軍說(shuō)。
怎么把魚(yú)肉搭建起來(lái)?浙大生物系統工程與食品科學(xué)學(xué)院徐恩波副研究員通過(guò)構建生魚(yú)塊數字化結構模型，打印支架模擬天然魚(yú)肌肉組織。
魚(yú)肉在3D支架中的生長(cháng)，好比是公園月季花沿著(zhù)搭建好拱門(mén)生長(cháng)形成花束，肌肉細胞則沿著(zhù)3D打印的仿生結構有規則的生長(cháng)，形成三維培養肌纖維束，產(chǎn)生類(lèi)似自然魚(yú)肉該有的結構和紋路。
當然這個(gè)3D打印材料的制作也非易事，研究團隊通過(guò)調整配方，降低打印溫度，并找到能將成肌細胞牢牢抓住的可食用膠體材料，才實(shí)現了仿生生長(cháng)。后續浙大團隊通過(guò)注入脂肪細胞，便可組裝成一塊組織狀的細胞培養魚(yú)肉。
那么，問(wèn)題也隨之而來(lái)，這到底是不是一塊魚(yú)肉呢?
科研人員進(jìn)一步分析了培養魚(yú)排的外形，并對其中細胞數、肌肉細胞和脂肪細胞的比例、硬度、粘性、彈性等特征與真實(shí)大黃魚(yú)的肌肉組織進(jìn)行對比研究。“從這些指標看，兩者十分相似。”劉東紅說(shuō)，這也將為未來(lái)開(kāi)展不同魚(yú)類(lèi)乃至其他經(jīng)濟動(dòng)物的細胞培養獲取優(yōu)質(zhì)蛋白提供新的思路，在解決可持續肉類(lèi)供應方面發(fā)揮更大潛力。
學(xué)科交叉會(huì )聚，走上餐桌還有多遠？
細胞培養肉被認為是最有潛力解決未來(lái)人類(lèi)餐桌肉品和蛋白供應、減少人工養殖肉類(lèi)動(dòng)物對水資源、土地資源高度依賴(lài)的技術(shù)之一。
面對這樣一項新技術(shù)，陳軍認為學(xué)科的大會(huì )聚是重要基礎。“我們的研究中除了生物系統工程與食品科學(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)系朱旸研究員團隊的師生參與前沿探索和交叉研究。”
“細胞培養魚(yú)肉走向餐桌還要進(jìn)行大量的安全性評估，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)。”對于研究未來(lái)的應用，劉東紅說(shuō)，“我們還要從這塊魚(yú)肉看到隱藏背后的技術(shù)突破與創(chuàng )新，這些也將對未來(lái)食品行業(yè)發(fā)展開(kāi)辟新的道路。”
這項研究得到繁星科學(xué)基金的資助，在浙大紫金科創(chuàng )小鎮得到技術(shù)轉化與市場(chǎng)化指導，在浙江大學(xué)長(cháng)三角智慧綠洲創(chuàng )新中心得到全方位的支持。
