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、浙江大學(xué)長三角智慧綠洲創(chuàng)新中心未來食品實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(yǎng)魚肉團隊聯(lián)合大連工業(yè)大學(xué)朱蓓薇院士團隊對外宣布，通過干細胞分離、工廠化培養(yǎng)與組織化構(gòu)建技術(shù)，成功合成國內(nèi)首例厘米級細胞培養(yǎng)大黃魚組織仿真魚排。
科研人員以大黃魚為研究對象，分離出具有高傳代能力的肌肉、脂肪干細胞，并通過調(diào)控兩種信號通路誘導(dǎo)肌肉干細胞分化。同時，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，成功實現(xiàn)組織狀細胞培養(yǎng)魚肉的制造。
17天長成，味腥、色白、質(zhì)彈，在浙江大學(xué)的實驗室中，這款細胞培養(yǎng)的大黃魚肉與同類自然魚肉別無二致。劉東紅表示，海洋魚類所含優(yōu)質(zhì)蛋白和不飽和脂肪酸，對于身體健康有積極作用，未來，這項技術(shù)或?qū)榻鉀Q人類餐桌肉品和動物蛋白供應(yīng)提供更為廣闊的支撐，并且對于海洋魚類資源的保護有著重要的意義。
這項成果日前公開發(fā)表，并在中國輕工業(yè)聯(lián)合會組織的鑒定會上，生物合成細胞培養(yǎng)魚肉的關(guān)鍵技術(shù)被評審組認定達到國際同領(lǐng)域先進水平。
“復(fù)刻”需要合適的“種子”與“土壤”
用細胞培養(yǎng)魚肉，本質(zhì)上是通過動物干細胞在體外進行細胞增殖和分化的過程。這其中，細胞通過增殖不斷增加數(shù)量，再通過分化產(chǎn)生形態(tài)結(jié)構(gòu)功能各異的細胞類群。
要“復(fù)刻”一塊魚肉，首先要先找到種子細胞。
浙大團隊在研究中發(fā)現(xiàn)，肌肉細胞和脂肪細胞占普通大黃魚肉固形物成分的八成以上。由此團隊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胞和脂肪干細胞，作為細胞培養(yǎng)魚肉的“種子”。
有了“種子”當然還少不了“土壤”，培養(yǎng)基便承擔(dān)了這個角色，為細胞的增殖和分化提供養(yǎng)分。研究發(fā)現(xiàn)，脂肪干細胞能夠在培養(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)院黃曉副教授對肌肉細胞分化過程進行了系統(tǒng)研究，找到兩條影響肌肉生成的信號通路。為此研究團隊通過對培養(yǎng)基的成分調(diào)整，提高了成肌細胞的分化效率。
此外，培養(yǎng)基是細胞培養(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，為將來大規(guī)?；a(chǎn)提供了基礎(chǔ)。
在3D打印的仿生結(jié)構(gòu)中“長”出魚肉
隨著肌肉細胞的生長、分化，越來越多的魚肉產(chǎn)生，但此時的魚肉還只是“肉泥”?！按藭r的魚肉還是無固定外形的松散細胞團，不是大家說認知中的肉的組織結(jié)構(gòu)。”陳軍說。
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)院徐恩波副研究員通過構(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。
魚肉在3D支架中的生長，好比是公園月季花沿著搭建好拱門生長形成花束，肌肉細胞則沿著3D打印的仿生結(jié)構(gòu)有規(guī)則的生長，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。
當然這個3D打印材料的制作也非易事，研究團隊通過調(diào)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，才實現(xiàn)了仿生生長。后續(xù)浙大團隊通過注入脂肪細胞，便可組裝成一塊組織狀的細胞培養(yǎng)魚肉。
那么，問題也隨之而來，這到底是不是一塊魚肉呢？
科研人員進一步分析了培養(yǎng)魚排的外形，并對其中細胞數(shù)、肌肉細胞和脂肪細胞的比例、硬度、粘性、彈性等特征與真實大黃魚的肌肉組織進行對比研究。“從這些指標看，兩者十分相似?！眲|紅說，這也將為未來開展不同魚類乃至其他經(jīng)濟動物的細胞培養(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)科交叉會聚，走上餐桌還有多遠？
細胞培養(yǎng)肉被認為是最有潛力解決未來人類餐桌肉品和蛋白供應(yīng)、減少人工養(yǎng)殖肉類動物對水資源、土地資源高度依賴的技術(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?！?/span>
“細胞培養(yǎng)魚肉走向餐桌還要進行大量的安全性評估，相信不斷的深化技術(shù)一定能在可見的未來批量化大生產(chǎn)?！睂τ谘芯课磥淼膽?yīng)用，劉東紅說，“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，這些也將對未來食品行業(yè)發(fā)展開辟新的道路。”
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(zhèn)得到技術(shù)轉(zhuǎn)化與市場化指導(dǎo)，在浙江大學(xué)長三角智慧綠洲創(chuàng)新中心得到全方位的支持。
