中国海洋大学薛长湖院士团队成功制备厘米级细胞培养鱼肉！

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利用可食用多孔微载体扩大鲫鱼骨骼肌细胞规模的细胞培养鱼肉及其品质评价

导读

2024年7月10日，中国海洋大学薛长湖院士团队在国际食品Top期刊《Journal of Agricultural and Food Chemistry》（Q1，中科院一区，IF₂₀₂₃=5.7）发表题为“Cell-Cultured Fish Meat via Scale-Up Expansion of Carassius auratus Skeletal Muscle Cells Using Edible Porous Microcarriers and Quality Evaluation”的研究性论文。该文通讯作者为中国海洋大学郑洪伟副教授和薛长湖院士。

由于环境污染、粮食短缺、人畜共患疾病、动物福利和可持续发展等问题，人们对传统畜牧业的负面态度越来越强烈。研究表明，从 2005 年到本世纪中期，财富的增加将导致肉类消费量增加约一倍。作为一项新兴技术，细胞培养肉是在实验室中通过培养动物组织干细胞（如牛、猪、鸡、三文鱼等）生产可食用肉制品的理想策略，可提供与传统肉制品相似的风味、营养和口感。Mark Post于2013年通过一档现场烹饪节目掀起了一场细胞培养肉类的伟大革命。此后的十年间，许多关于细胞培养肉的创新文章相继发表，将植物蛋白支架、3D打印、静电纺丝等技术应用于细胞培养肉领域。此外，细胞增殖在2D培养系统中受到限制，导致大多数实验室级细胞培养肉的尺寸仅限于几毫米，远远不能满足商业细胞培养肉的需求。

建立细胞培养肉平台面临许多挑战，包括使用高效可食用的细胞外基质或生物可降解支撑材料构建细胞支架，使细胞具有高度的适应性、粘附性、易位性、增殖性、分化性和融合性。微载体是一种直径为 150-300 μm 的大孔球形支架，可为细胞培养肉的商业化生产提供新的视角。微载体是制药领域广泛使用的细胞扩增平台，因为它比2D培养更便于细胞取样、孔径大、比表面积大，例如Corning、MBL Beijing Biotech 和 Cytoniche。Yang等描述了一种新型核壳微载体培养细胞，细胞存活率高，生物相容性好，对骨缺损有治疗作用。Below 等报告了一种新合成的水凝胶支架，旨在激发胰腺培养环境的关键表型特征。此外，细胞培养肉类领域的微载体必须具备以下特点：细胞亲和性好、比表面积大、可安全食用。具有一定营养价值的可食用微载体被认为在细胞培养肉的生产中是可接受的，这可以降低收获阶段分离细胞的成本，减少细胞浪费。装载细胞的微载体可直接组装成产品，使大规模微组织生产具有延展性和可扩展性。鱼明胶基微载体是细胞培养肉类中最有前景的支架之一。鱼明胶是从鱼骨和鱼皮中提取的一种可直接食用的蛋白质，它带有促进细胞粘附的精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸粘附序列，是最接近细胞外基质的非哺乳动物材料。鱼明胶在食品加工业中的广泛应用具有来源广泛和价格相对便宜的特点。它不需要考虑与哺乳动物明胶相关的宗教和健康问题。

淡水鱼在保障居民营养方面发挥着重要作用，因其味道鲜美、富含蛋白质和微量元素而闻名。随着养殖规模的扩大，环境的恶化和疾病的频发对淡水鱼养殖构成了巨大威胁。黄金鲫（Carassius auratus）属于鲤科，鲫鱼属，因其具有较高的食用、观赏和经济价值而在中国被广泛养殖。迄今为止，尚未有关于鲫鱼培养肉的报道。该研究评估了可食用多孔微载体能否支持黄金鲫卫星细胞的可扩展性，同时用于厘米级细胞培养鱼肉（CCM）的生物组装。该研究还对细胞培养鱼肉的质地、营养、风味和安全性进行了评估。

成果介绍

细胞培养鱼肉作为人类环保蛋白质来源的新兴技术仍然存在许多障碍，包括高质量细胞的大规模生产、细胞材料的分化和生物组装以及肉制品质量的提高。该研究团队首次利用可食用的多孔微载体作为支架来支持可扩展的骨骼肌细胞扩增，并制备了鲫鱼的厘米级细胞培养鱼肉（CCM）。通过分析CCM的质地、营养、风味和安全性来评估CCM的品质。结果表明，由于含水量高，CCM的质地比天然鱼更柔软。CCM含有较高的蛋白质和较低的脂肪含量，与天然黄金鲫鱼肉（NGM）的能量没有显著差异。CCM具有更好的消化特性，CCM中鉴定出17种挥发性成分，与NGM相比，含有10种共同的挥发性化合物。通过酶联免疫吸附测定，青霉素、链霉素、维生素D和胰岛素残留可作为CCM的危险因素。
综上所述，该研究团队利用可食用多孔微载体扩大了鲫鱼骨骼肌细胞的扩增规模，并首次采用生物方法组装了高品质的鲫鱼CCM，这是一种适用于不同鱼类甚至其他经济动物的先进方案，为扩大细胞培养肉类的生产规模提供了理论依据。

图文赏析

图形摘要

图 1. 可食用多孔微载体上 SCs 的扩增和分化。(A) 实验过程示意图。(B) 在可食用多孔微载体上生长的 SCs 随时间进行的代表性钙黄绿素 AM 染色。比例尺：200 微米。(C) 在可食用多孔微载体上生长 5 天的 SCs 的代表性扫描电子显微镜图像。比例尺：50 微米。(D) SCs 在可食用多孔微载体上的生长曲线和 PDL。(E）终端分化标志物 MYHC 的代表性染色。标尺条：400 微米。