从牛细胞到生物制造脂肪：培养肉的创新突破与未来展望

《BIOspektrum》：Kultiviertes Fleisch – von Rinderzellen zu biofabriziertem Fett

为解决培养肉生产难题，研究人员聚焦培养脂肪，成功建立单步协议，对培养肉发展意义重大。

　　

培养肉研究：从牛细胞到生物制造脂肪的探索之旅

在当今科技飞速发展的时代，食品领域也掀起了一场创新革命 —— 培养肉（cultivated meat，CM）逐渐走进大众视野。传统肉类生产方式面临诸多困境，全球人口增长使得对动物蛋白的需求不断攀升，传统畜牧业不仅消耗大量土地、水资源，还产生了巨量温室气体，同时动物福利问题也备受关注 。而且，在养殖过程中抗生素的大量使用，引发了耐药性等公共卫生隐患。培养肉作为一种新兴的生物技术替代方案，有望化解这些难题，它通过在体外培养动物细胞来生产肉类，避免了屠宰动物，减少资源消耗和环境负担，还能提升动物福利。

然而，培养肉走向市场的道路布满荆棘。大规模生产所需的新型细胞源有待开发，培养过程要摆脱动物成分依赖，产品的结构、质地、口感需要优化，其审批和市场接受度也需要进一步提高。其中，培养脂肪在最终产品中至关重要，它对牛肉的口感、质地和品质起着决定性作用，因此成为研究的关键焦点。

来自德国罗伊特林根应用技术大学（Hochschule Reutlingen）的研究人员 Franziska Albrecht、Jannis Wollschlaeger 和 Petra Kluger，针对培养肉生产中培养脂肪的相关问题展开了深入研究，其成果发表在《BIOspektrum》杂志上。

研究人员采用了一系列关键技术方法。首先，从牛脂肪组织中分离出原代干细胞，并对其进行鉴定和培养。为实现大规模生产的需求，将贴壁细胞适应悬浮培养，制备细胞球（spheroids）。随后，利用无抗生素培养基培养细胞球，并使其分化为脂肪细胞。最后，将分化后的脂肪细胞球与可食用的结冷胶（gellan gum）混合，通过基于挤出的 3D 生物打印技术，构建出类似肉类的产品结构。

在细胞特性研究方面，研究人员从利木赞牛屠宰废弃物中分离出细胞，这些细胞具有典型的成纤维细胞形态，表面标记为 CD73⁺、90⁺、105⁺且 CD56^-，细胞倍增时间为 25.7±3.6 小时。在优化干细胞向脂肪细胞分化的过程中，研究人员开发了一种细胞培养基，向其中添加罗格列酮、地塞米松和牛胰岛素后，在 14 天内细胞内脂质积累增加，形成了典型的脂肪滴。

细胞球培养与分化实验显示，通过制备干细胞来源的细胞球，使其适应悬浮培养。实验表明，细胞球在静态和动态振荡培养条件下都具有高活力，且没有缺氧（Hif-1α）和坏死（Cleaved Caspase 3 和 RIPK3）的标记。在新培养基中培养后，细胞球成功分化为脂肪细胞，不仅可以通过脂质染色观察到，还能通过特征蛋白 Perilipin 1 和 PPARγ（过氧化物酶体增殖物激活受体 γ）的表达来验证。

3D 生物打印与分析方面，将分化后的脂肪细胞球与结冷胶混合，进行 3D 生物打印。构建物中紧密排列的细胞球在透明的结冷胶水凝胶中肉眼可见。显微镜分析发现，生物打印后 1 小时和 3 天后细胞活力依然很高，且脂质积累未受打印过程负面影响。研究人员还对成熟的、充满脂肪的细胞球生物量进行收集，分析其中储存的脂肪酸组成，结果显示，成熟脂肪细胞球的脂肪酸组成与天然牛肉脂肪相似。

这项研究成功建立了一种单步培养方案，使细胞球在可食用的结冷胶中成功分化，并在 3D 生物打印过程中保持稳定。这些细胞球可作为 3D 系统中高密度培养脂肪的构建模块。其意义重大，一方面，开发的无抗生素培养方案、简单的分化和 3D 生物打印协议，有利于培养肉的规模化生产；另一方面，细胞球与天然牛肉脂肪相似的脂肪酸组成，以及其类似体内的 3D 结构和高细胞密度，使其成为未来替代肉类产品中培养脂肪生产的理想基础材料，为培养肉走向市场迈出了坚实的一步，有望推动整个培养肉产业的发展，为解决全球食品可持续性问题提供新的方向和可能。