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日前(qian)，由浙(zhe)江(jiang)大(da)學生(sheng)物系(xi)統工(gong)程與(yu)食品科學學院副院長(chang)、浙(zhe)江(jiang)大(da)學長(chang)三角智慧綠洲創新(xin)中心未來食品實(shi)驗室主任劉(liu)東紅(hong)教授、生(sheng)命(ming)科學學院陳軍教授牽頭(tou)的細(xi)胞(bao)培(pei)養魚肉團隊聯合(he)大(da)連工(gong)業大(da)學朱蓓薇院士團隊對外宣布，通過干(gan)細(xi)胞(bao)分離(li)、工(gong)廠化培(pei)養與(yu)組(zu)織(zhi)化構建技術(shu)，成(cheng)功合(he)成(cheng)國內首例厘(li)米級細(xi)胞(bao)培(pei)養大(da)黃魚組(zu)織(zhi)仿真魚排。
科研人員以(yi)大黃魚為研究(jiu)對象，分離(li)出具有(you)高傳代能力的肌肉(rou)、脂肪干(gan)細胞，并通(tong)過調控兩種信(xin)號通(tong)路誘導肌肉(rou)干(gan)細胞分化。同時(shi)，基于(yu)可食用(yong)凝膠改造仿生建(jian)構魚肌支架，三維培(pei)養(yang)(yang)肌纖維束，成功實現組(zu)織狀細胞培(pei)養(yang)(yang)魚肉(rou)的制(zhi)造。
17天長成(cheng)，味腥、色白、質(zhi)彈，在浙江大(da)學的實驗室(shi)中，這款細胞培養的大(da)黃魚(yu)肉與同類自然魚(yu)肉別無二致(zhi)。劉東紅(hong)表示，海洋魚(yu)類所含(han)優(you)質(zhi)蛋白和不飽(bao)和脂肪酸，對于(yu)身體健(jian)康有積極作用，未來(lai)，這項技術或將(jiang)為解(jie)決(jue)人(ren)類餐桌(zhuo)肉品(pin)和動物蛋白供(gong)(gong)應提供(gong)(gong)更為廣(guang)闊的支(zhi)撐，并且對于(yu)海洋魚(yu)類資源的保護有著重要(yao)的意(yi)義。
這項(xiang)成果日前公(gong)開發表，并在中國輕工業聯合會組(zu)織的(de)鑒(jian)定會上，生(sheng)物合成細胞培養(yang)魚肉(rou)的(de)關(guan)鍵技術被(bei)評審組(zu)認(ren)定達到(dao)國際(ji)同領域先進水平。
“復刻”需要合適的“種子”與“土壤”
用(yong)細(xi)(xi)(xi)胞(bao)培養魚(yu)肉，本質(zhi)上是通過(guo)(guo)動物干細(xi)(xi)(xi)胞(bao)在體外進(jin)行細(xi)(xi)(xi)胞(bao)增殖和分(fen)化的過(guo)(guo)程。這(zhe)其中，細(xi)(xi)(xi)胞(bao)通過(guo)(guo)增殖不斷(duan)增加(jia)數量(liang)，再(zai)通過(guo)(guo)分(fen)化產生形態結構功能(neng)各異(yi)的細(xi)(xi)(xi)胞(bao)類群(qun)。
要“復刻”一塊魚肉，首先要先找(zhao)到(dao)種子(zi)細胞(bao)。
浙大(da)團隊(dui)在研究中發現，肌(ji)肉(rou)細胞(bao)和(he)脂肪(fang)(fang)細胞(bao)占(zhan)普通大(da)黃魚(yu)肉(rou)固(gu)形物成(cheng)分的(de)八成(cheng)以上。由此(ci)團隊(dui)從(cong)大(da)黃魚(yu)軸上肌(ji)和(he)腹側體腔脂肪(fang)(fang)中篩選分理出肌(ji)肉(rou)干(gan)細胞(bao)和(he)脂肪(fang)(fang)干(gan)細胞(bao)，作為細胞(bao)培養魚(yu)肉(rou)的(de)“種子(zi)”。
有了(le)(le)“種子”當然(ran)還少(shao)不了(le)(le)“土壤”，培養基便承擔了(le)(le)這個角(jiao)色，為細胞的增殖和分(fen)化提供(gong)養分(fen)。研究發現，脂肪干細胞能夠在培養基中較(jiao)好增殖分(fen)化，然(ran)而作為肉質的主要(yao)成分(fen)肌肉細胞到了(le)(le)體外培養卻困難重(zhong)(zhong)重(zhong)(zhong)。
陳軍(jun)和生(sheng)(sheng)命科學(xue)學(xue)院黃曉(xiao)副教授(shou)對肌肉細(xi)胞(bao)分化過程進行了(le)系(xi)統(tong)研究，找(zhao)到兩(liang)條(tiao)影響肌肉生(sheng)(sheng)成的(de)信號通路。為此研究團隊通過對培(pei)養基的(de)成分調整，提高了(le)成肌細(xi)胞(bao)的(de)分化效率。
此外，培(pei)養(yang)基是細胞培(pei)養(yang)肉生產(chan)流程(cheng)中最重要的成本控制(zhi)環節，浙大(da)生物系(xi)統工程(cheng)與食(shi)品科學學院陳啟(qi)和(he)教授篩選得到(dao)低血清的基礎(chu)培(pei)養(yang)基，大(da)大(da)降低成本，為將來大(da)規模化生產(chan)提供了(le)基礎(chu)。
隨(sui)著肌肉(rou)(rou)細(xi)胞的(de)生長、分化，越(yue)來越(yue)多的(de)魚(yu)肉(rou)(rou)產生，但(dan)此時的(de)魚(yu)肉(rou)(rou)還只是“肉(rou)(rou)泥(ni)”。“此時的(de)魚(yu)肉(rou)(rou)還是無固定外形(xing)的(de)松(song)散細(xi)胞團(tuan)，不是大家說認知中的(de)肉(rou)(rou)的(de)組織結構。”陳軍說。
怎么(me)把魚(yu)肉搭建起來?浙大生物系(xi)統(tong)工程與食品科(ke)學學院徐恩波(bo)副研究員通過構(gou)建生魚(yu)塊(kuai)數(shu)字化結構(gou)模(mo)型(xing)，打印支架模(mo)擬天然魚(yu)肌肉組織。
魚肉(rou)在3D支架中的(de)生(sheng)長(chang)(chang)(chang)，好比是公園月季花沿著搭建好拱門生(sheng)長(chang)(chang)(chang)形成花束(shu)，肌(ji)肉(rou)細胞則沿著3D打印的(de)仿(fang)生(sheng)結(jie)構有(you)規則的(de)生(sheng)長(chang)(chang)(chang)，形成三維培養肌(ji)纖(xian)維束(shu)，產生(sheng)類似自然魚肉(rou)該(gai)有(you)的(de)結(jie)構和紋路。
當然這個(ge)3D打印材(cai)料的制作也非易(yi)事，研究(jiu)團隊通過(guo)調整配方，降低打印溫度(du)，并找到能(neng)將成肌細(xi)胞(bao)牢(lao)(lao)牢(lao)(lao)抓住的可食用膠體材(cai)料，才實現了(le)仿(fang)生(sheng)生(sheng)長。后續浙大(da)團隊通過(guo)注入(ru)脂肪細(xi)胞(bao)，便可組裝成一塊組織狀的細(xi)胞(bao)培養(yang)魚肉。
那(nei)么(me)，問題也(ye)隨之而(er)來，這到(dao)底是(shi)不是(shi)一塊魚肉呢(ni)?
科研人員進一(yi)步分(fen)(fen)析了培養魚(yu)(yu)排的(de)外形，并對(dui)其(qi)中細(xi)(xi)胞(bao)數、肌肉細(xi)(xi)胞(bao)和脂肪細(xi)(xi)胞(bao)的(de)比例、硬度、粘性、彈性等特征與真實大(da)黃魚(yu)(yu)的(de)肌肉組(zu)織進行對(dui)比研究。“從(cong)這些指標看，兩者十分(fen)(fen)相(xiang)似(si)。”劉東紅說(shuo)，這也將為(wei)未來(lai)開展不同魚(yu)(yu)類乃至(zhi)其(qi)他經濟動物的(de)細(xi)(xi)胞(bao)培養獲取優質蛋白提供新(xin)的(de)思路，在(zai)解決(jue)可持續肉類供應(ying)方面(mian)發揮(hui)更大(da)潛力。
學科交叉會聚，走上餐桌還有多遠？
細胞培養肉被認為是最(zui)有潛力解決未來人(ren)類餐桌(zhuo)肉品和蛋白供應(ying)、減少人(ren)工(gong)養殖(zhi)肉類動物對水資源、土地資源高度(du)依賴的技術之(zhi)一。
面對這(zhe)樣(yang)一項(xiang)新技術(shu)，陳軍(jun)認為(wei)學(xue)(xue)(xue)科(ke)的(de)大(da)會聚是重要基礎。“我們的(de)研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)中除了(le)生物系統工程(cheng)與食品科(ke)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)院、生命科(ke)學(xue)(xue)(xue)學(xue)(xue)(xue)院參(can)與，還吸引(yin)了(le)來自機(ji)械(xie)工程(cheng)學(xue)(xue)(xue)院尹俊研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)員(yuan)和高分子(zi)科(ke)學(xue)(xue)(xue)與工程(cheng)學(xue)(xue)(xue)系朱(zhu)旸研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)員(yuan)團隊(dui)的(de)師生參(can)與前沿探索和交叉研(yan)究(jiu)(jiu)(jiu)。”
“細胞培養魚(yu)肉(rou)走向餐桌還要進行(xing)大量的(de)(de)安全(quan)性(xing)評估(gu)，相信(xin)不斷的(de)(de)深化(hua)技術一(yi)定能在可見(jian)的(de)(de)未來(lai)(lai)批(pi)量化(hua)大生產(chan)。”對于研究未來(lai)(lai)的(de)(de)應(ying)用，劉(liu)東(dong)紅說，“我們還要從這塊(kuai)魚(yu)肉(rou)看到(dao)隱藏背(bei)后的(de)(de)技術突破與創新(xin)，這些也(ye)將對未來(lai)(lai)食品(pin)行(xing)業(ye)發展開辟新(xin)的(de)(de)道路。”
這項研究得到繁星科學基金(jin)的(de)資助，在浙(zhe)大紫金(jin)科創小鎮得到技術轉化與市(shi)場化指導，在浙(zhe)江大學長(chang)三角智慧綠洲創新中(zhong)心(xin)得到全(quan)方(fang)位的(de)支(zhi)持。
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