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为提升人造肉产量，研究人员优化细胞源与组织过程，发现 MSTN 敲除可增强 MYOD1 介导的人造肉生产，意义重大。
随着全球人口的持续增长，对蛋白质的需求也在不断攀升，牛肉作为备受欢迎的蛋白质来源，其消费量预计在未来十年还会继续增长。然而，传统的牛肉生产方式面临着诸多挑战，比如资源消耗大、环境压力大等。与此同时，现有的人造肉生产也存在一些问题，像是细胞来源受限、生产效率不高等。在这样的背景下，为了满足人们对牛肉日益增长的需求，同时解决传统牛肉生产和现有人造肉生产的困境，来自首尔国立大学（Seoul National University）和 Konkuk University 等机构的研究人员开展了一项旨在提高人造牛肉生产力的研究。该研究成果发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》上，为未来人造肉的发展提供了新的方向和可能。
研究人员在这项研究中主要运用了以下几种关键技术方法：一是基因编辑技术，利用 CRISPR/Cas9 系统对 MSTN 基因进行敲除，以此来探究其对人造肉生产的影响；二是数字光处理（DLP）3D 打印技术，通过该技术制造具有特定结构的水凝胶支架，用于细胞的培养和组织构建；三是细胞培养与转染技术，培养多种细胞并进行基因转染，观察细胞的变化和特性 。
研究结果如下：
- 非病毒过表达 bMYOD1 诱导成肌细胞转化：研究人员将牛 MYOD1 编码序列克隆到 PiggyBac 载体中，转染原代牛成纤维细胞。结果发现，GFP 阳性细胞产生了多核、结蛋白（desmin）阳性细胞，表明成纤维细胞转化为了成肌细胞。但这些细胞无法传代，于是研究人员设计了一种依赖强力霉素（doxycycline）的条件性 MYOD1 过表达载体，解决了这一问题。此外，通过对原代细胞和永生细胞系的研究，证实了新构建载体的功能性，且在 mRNA 水平上，强力霉素处理后 MYOD1 和其他成肌标记物的表达增加12。
- MSTN 敲除牛的成纤维细胞高效转化为成肌细胞：研究人员使用来自野生型（WT）和 MSTN 敲除（KO）牛的皮肤成纤维细胞进行成肌转化实验。结果显示，MSTN KO 细胞的 MSTN 表达较低，而 DESMIN 和 ACTN2 表达较高，融合指数也更高。并且，KO 牛的细胞在低浓度强力霉素处理下也能表现出更高的转化效率3。
- Myostatin 对成肌转化的影响：在永生成纤维细胞中，研究人员发现 Myostatin 处理会降低 MYOD1 诱导的成肌转化，而 MSTN 敲除则会增加这种转化。具体表现为，Myostatin 处理导致融合指数降低，成肌相关基因表达减少；MSTN 敲除后，pSmad3 蛋白表达显著下降，成肌相关指标显著增加45。
- 优化 3D 打印制备人造肉：研究人员利用 DLP 3D 打印技术，以 GelMA 水凝胶等为生物墨水，打印出具有微通道和 100-μm 尺度凹槽结构的牛排型人造肉。这种结构促进了肌肉细胞的对齐和组织，提高了细胞活力。MSTN KO 细胞在凹槽形水凝胶（GSH）中表现出更高的成肌分化能力，形成的肌管数量更多、长度更长且排列更紧密67。
- 人造肉的制备与烹饪特性：研究人员打印出含有 MSTN KO 细胞的牛排型水凝胶构建体，经过培养和诱导分化后进行烹饪。结果发现，烹饪后的人造肉颜色变白，形状保持良好，质地和弹性得到改善，其压缩模量和应变 - 应力曲线显示出与牛肉相似的特性89。
在研究结论和讨论部分，研究人员通过将细胞基因编辑和带有凹槽图案水凝胶的 3D DLP 打印技术相结合，成功生产出了高质量、肌肉排列整齐的人造肉。这种方法显著提高了人造肉生产的效率和可扩展性，为未来人造肉的工业化生产奠定了坚实基础。不过，该研究也存在一些局限性，比如细胞的安全性还需要进一步评估，目前使用的动物源生物墨水需要寻找合适的非动物基替代物，DLP 打印水凝胶的结构也有待进一步优化等。但总体而言，这项研究成果为解决全球蛋白质需求问题提供了新的思路和方法，在人造肉领域具有重要的科学意义和应用价值。
