包立輝，周鳳，王向東，金巖

（1 西安組織工程與再生醫(yī)學研究所 西安710032 2 空軍軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院組織工程中心 西安 710032）

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的預測，預計到2050年，全世界對肉食產(chǎn)品的需求將增長73%。這是由于世界各地人口增長、收入增加和城市化進程加快引起的對肉類消費需求的增加所致[1]。全球日益增長的肉類消費需求，必然導致畜牧業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的持續(xù)擴大，而牲畜肉類行業(yè)的這種指數(shù)增長對生態(tài)、資源和糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的可持續(xù)性構成了巨大挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)系統(tǒng)對溫室氣體排放大量的二氧化碳、甲烷和一氧化二氮，同時，對土地資源占用、水和能源消耗產(chǎn)生了顯著影響[2]。另外，全球畜牧業(yè)的肉類生產(chǎn)能力趨于飽和狀態(tài)，在未來，傳統(tǒng)畜牧業(yè)的肉類產(chǎn)量可能難以滿足日益增長的消費和營養(yǎng)需求[1]。盡管素食主義者在各國人口中都占有一定比例，然而，在工業(yè)化社會中素食者的比例還很低，而且在過去35 年中沒有增加。另外，從全球龐大的且持續(xù)增長的人口基數(shù)以及人體飲食對優(yōu)質(zhì)動物蛋白的需求來看，通過放棄肉食消費，不太可能減少肉類需求[3]。從動物福利及倫理角度來看，大量屠宰動物以滿足人類的肉類消費行為，與當今高度發(fā)展的人類文明相悖。因此，一種基于細胞生物學及組織工程技術的新型肉類替代品——細胞培養(yǎng)肉，逐漸成為當前肉類食品體系危機的潛在解決方案。細胞培養(yǎng)肉也被稱為“試管肉”“離體肉”“細胞基人造肉”等，是采用動物來源的組織提取種子細胞，通過體外細胞培養(yǎng)的方式生產(chǎn)出的生物質(zhì)。該技術來源于再生醫(yī)學領域，其目標是利用體外培養(yǎng)的功能性組織恢復功能失調(diào)或器質(zhì)受損的器官[3]。

1 細胞培養(yǎng)肉的發(fā)展簡況

早在20 世紀30 年代，溫斯頓·丘吉爾（Winston Churchill）第1 次提出細胞培養(yǎng)肉的暢想，幾十年后，威廉·范·埃倫（Willem van Eelen）也提出同樣的想法[4]。在整個20 世紀，關于細胞培養(yǎng)肉的想法一直處于人們所關注的重點之外，然而，隨著傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)的弊端日益凸顯，特別是給生態(tài)和資源造成的沉重負擔以及動物福利，這一暢想正逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實。對細胞培養(yǎng)肉的研究項目最先由美國國家航天局（NASA）發(fā)起，目的是為長距離太空航行提供肉類來源。而真正把細胞培養(yǎng)肉從預想變?yōu)楝F(xiàn)實的則是荷蘭馬斯特里赫特大學生理學系教授馬克·波斯特（Mark Post），2013 年8 月，馬克·波斯特向媒體展示了一個細胞培養(yǎng)牛肉漢堡作為第1 個“概念證明”，證明了這一想法的可行[5]。隨后，國內(nèi)和國際細胞培養(yǎng)肉領域進入快速發(fā)展時期。從全球細胞培養(yǎng)肉企業(yè)數(shù)量來看，截止2021 年，涉及細胞培養(yǎng)肉研發(fā)的初創(chuàng)企業(yè)數(shù)量達到107 家，其中僅2021 年新增的細胞肉風投企業(yè)數(shù)量就達到21 家。國內(nèi)細胞培養(yǎng)肉行業(yè)也出現(xiàn)諸多進展，繼2019 年有研究團隊利用豬來源骨骼肌衛(wèi)星細胞成功培養(yǎng)細胞培養(yǎng)豬肉以來，2021 年又發(fā)布細胞培養(yǎng)豬五花肉等產(chǎn)品[6]。即便在細胞培養(yǎng)肉領域越來越多標志性事件的出現(xiàn)預示著其快速發(fā)展的勢頭，然而，距離細胞培養(yǎng)來源的新蛋白出現(xiàn)在大眾餐桌上仍有很長的路要走。

2 基于組織工程技術的細胞工程肉構建

組織工程（tissue engineering）技術是使用活細胞、生物相容材料和合適的生化（例如：生長因子）和物理（例如：攪拌式生物反應器）因素，產(chǎn)生組織樣結構，用于修復或改善缺損組織、器官結構和功能的生物替代物的一門科學[7]。我國的組織工程技術在國家的大力支持下，在基礎研究方面取得了很大的成績，研究的重點主要是組織工程皮膚、軟骨、骨、肌腱、角膜、血管、微囊化細胞等.其中，金巖教授的團隊研發(fā)的由成纖維細胞、表皮細胞和膠原膜構成的組織工程皮膚[8]和基于脫細胞角膜基質(zhì)的生物工程角膜[9]已獲得國家醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊證，獲得了上市批準。在骨骼肌方面，最早在20 世紀60 年代Konigsberg 等[10]將原代雞胚肌肉細胞在培養(yǎng)皿上分化為一個具有交叉橫紋肌的纖維樣細胞群。2013 年，荷蘭生物學家Mark Post 用組織工程技術生產(chǎn)出有史以來的第1 塊人造肉，引起廣泛的關注[11]。隨著三維細胞培養(yǎng)技術和各種新型生物支架材料的發(fā)展，使利用組織工程技術生產(chǎn)質(zhì)量受控、無需飼養(yǎng)動物的肉類成為可能。而實現(xiàn)這一切的前提是動物細胞的有效擴增，更加廉價的生物材料，不同細胞合理排列的組織工程以及注重營養(yǎng)價值和感官特性的技術開發(fā)。

2.1 種子細胞

細胞培養(yǎng)肉的培養(yǎng)由多個環(huán)節(jié)組成，綜合來看多種類型的細胞培養(yǎng)肉，首要環(huán)節(jié)是種子細胞的制備。從健康的供體動物提取組織，經(jīng)原代培養(yǎng)后實現(xiàn)細胞體外擴增，對達到一定數(shù)量的細胞進行凍存形成種子細胞[12]。這一環(huán)節(jié)主要是針對種子細胞庫的建立，具備一定規(guī)模的種子細胞庫可為細胞培養(yǎng)肉的規(guī)模化生產(chǎn)提供穩(wěn)定的細胞供應，因此種子細胞的分離、培養(yǎng)及種子細胞庫的建立是細胞培養(yǎng)肉必不可少的重要環(huán)節(jié)。本文下面闡述細胞培養(yǎng)肉中常用的幾種細胞類型。

2.1.1 骨骼肌衛(wèi)星細胞 骨骼肌衛(wèi)星細胞是駐留在肌纖維基底膜下，生理條件下為靜息狀態(tài)，當肌肉損傷發(fā)生時，骨骼肌衛(wèi)星細胞能夠分化成肌細胞，進一步形成多核肌管，填充到肌纖維中[13-14]，因此，骨骼肌衛(wèi)星細胞是目前公認的細胞培養(yǎng)肉最適合的種子細胞來源[15]。骨骼肌衛(wèi)星細胞是肌肉中存在一種特異性的干細胞，隨著骨骼肌衛(wèi)星細胞的分化特性被發(fā)現(xiàn)，它能高效地再現(xiàn)肌肉生成過程，這為通過在體外培養(yǎng)動物肌肉組織提供了證據(jù)支持[16]。目前已形成成熟的骨骼肌衛(wèi)星細胞來源的細胞肉培養(yǎng)策略，包括用于細胞分離的肌肉組織取樣、肌肉組織處理方法和骨骼肌衛(wèi)星細胞分離、原代細胞培養(yǎng)、細胞傳代培養(yǎng)、肌肉分化和成熟、肌肉組織收獲[17]。骨骼肌衛(wèi)星細胞體外培養(yǎng)過程是：從供體動物組織樣本中分離骨骼肌衛(wèi)星細胞，將這些細胞置于含有多種因子的培養(yǎng)液中分別經(jīng)過原代培養(yǎng)和傳代擴增培養(yǎng)，肌衛(wèi)星細胞逐漸成為增殖性成肌細胞，當細胞擴增至一定數(shù)量時，向培養(yǎng)液中添加具有定向誘導能的因子，使成肌細胞融合成不可增殖的肌細胞，這些肌細胞繼續(xù)融合成多核肌管，隨著細胞中蛋白質(zhì)的合成和積累，多核肌管體積逐漸增大[18-20]。自首個細胞培養(yǎng)牛肉漢堡餅是基于骨骼肌衛(wèi)星細胞培養(yǎng)的報道以來，后續(xù)大多細胞數(shù)培養(yǎng)肉的研究主要集中于骨骼肌衛(wèi)星細胞的體外培養(yǎng)和分化[19]。雖然骨骼肌衛(wèi)星細胞的研究是一個成熟的領域，但是這些步驟仍有待優(yōu)化，以適應細胞培養(yǎng)肉規(guī)模化培養(yǎng)的要求。例如，在延長肌肉組織儲存時間后，分離出的牛骨骼肌衛(wèi)星細胞的增殖和肌源性分化特性的變化，將影響細胞培養(yǎng)肉生產(chǎn)中對組織樣本驗收標準的制定和肌肉組織樣本儲存方法的確定[21]。

2.1.2 干細胞及誘導多能干細胞 雖然骨骼肌衛(wèi)星細胞被較多地采用為細胞培養(yǎng)肉種子細胞，但是其屬于單能干細胞，分化方向單一，不能分化為骨骼肌以外的組織，并且在培養(yǎng)中很難保持其干性，經(jīng)歷一定次數(shù)的傳代后很容易自發(fā)分化為肌管和更成熟的肌原纖維[22]。干細胞是一種未分化的細胞群，其特征是具有自我更新的能力，可在相當數(shù)量的細胞中保持未分化的狀態(tài)，在一定誘導條件下分化為不同類型的細胞和組織。干細胞有多種來源，其效力各不相同。有幾種干細胞已被鑒定并用于體外培養(yǎng)肉。根據(jù)發(fā)育來源不同，干細胞分為兩類：源自植入前胚胎的干細胞被稱為胚胎干細胞，源自出生后組織的干細胞被稱為成體干細胞。誘導多能干細胞是通過在體細胞中強制表達確定的轉(zhuǎn)錄因子而分化的特定細胞類型，例如，通過轉(zhuǎn)錄Oct4、Sox2、KLF4 和c-Myc 等特定轉(zhuǎn)錄因子，可以成功誘導小鼠成纖維細胞的多能性[23]。干細胞和誘導多能干細胞被認為是細胞培養(yǎng)肉的另一種子細胞來源。雖然這兩類細胞都具備向肌肉纖維分化的潛力，但是與肌肉衛(wèi)星細胞不同的是：前者需在含有定向誘導分化劑的條件培養(yǎng)液作用下才能調(diào)動潛在的分化機制。因此，要尋找符合食品安全要求的干細胞分化誘導成分或者從植物中提取合適的天然成分以對其進行定向分化誘導。另外，由于涉及因子轉(zhuǎn)錄，誘導多能干細胞的安全性和在細胞培養(yǎng)肉大規(guī)模生產(chǎn)中的適用性尚未得到充分證實，因此在干細胞和誘導多能干細胞的成肌分化誘導過程中，非預期分化的可能性仍是需要重點關注的問題。

2.2 基于微載體的細胞工程肉規(guī)模化培養(yǎng)策略

無論是通過飼養(yǎng)動物生產(chǎn)的傳統(tǒng)肉還是細胞培養(yǎng)肉，其產(chǎn)生的最基本的生理活動都離不開細胞的分裂增殖及其伴隨的蛋白質(zhì)與其它物質(zhì)的合成。因此，細胞培養(yǎng)肉需要首先解決的問題是細胞如何在體外環(huán)境中實現(xiàn)規(guī)?；鲋?。雖然細胞體外培養(yǎng)技術經(jīng)過多年發(fā)展逐漸成為一項成熟的技術，在基礎醫(yī)學、制藥、生物學等領域被廣泛應用，但是這一細胞體外培養(yǎng)技術多采用平皿方式，其出發(fā)點是更多的為實驗室研究提供所需要的細胞模型，從規(guī)?；尚行苑矫鎭碇v其并不具備產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化落地的條件，因此在細胞培養(yǎng)肉的研發(fā)過程中仍需尋找一種可以在產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化中適合規(guī)模放大的細胞體外生產(chǎn)方式。

三維培養(yǎng)系統(tǒng)的引入是細胞培養(yǎng)技術的一項重要進展，其中，基于微載體的細胞規(guī)?；囵B(yǎng)是一種具有良好應用前景的方式[24]。微載體細胞培養(yǎng)方式的本質(zhì)是通過制備具有表面微結構的微球，為細胞黏附提供更多的表面積，而微載體本身可以在攪拌罐式生物反應器中實現(xiàn)懸浮，通過這種方式來提高細胞的增殖效率，同時微載體材料本身的生物相容性和機械特性也為細胞模擬出類似體內(nèi)環(huán)境的體外擴增微環(huán)境[25]。近年來，微載體經(jīng)歷了多次修改和創(chuàng)新以適應多種細胞類型對基質(zhì)的要求，目前已有多種商品化的微載體可從市場上購買。雖然細胞培養(yǎng)微載體已經(jīng)發(fā)展到相對成熟的階段，但是細胞培養(yǎng)肉的應用場景使其面臨一系列特有的限制。例如，為了滿足細胞培養(yǎng)肉的食品屬性和規(guī)?；a(chǎn)的要求，應用細胞培養(yǎng)肉中的支架材料在具備良好生物相容性的同時還需兼顧可食用、低成本及易批量制備等創(chuàng)新屬性，這對新型材料的研發(fā)和原料的篩選帶來了更多的挑戰(zhàn)。若將這些考量融入微載體研發(fā)的初始設計階段，則會顯著縮短微載體的研發(fā)周期。

2.3 基于無血清條件培養(yǎng)液的細胞外基質(zhì)自分泌

微載體技術解決了細胞工程肉構建所需的細胞數(shù)量問題，然而，通過分析傳統(tǒng)肉的成分可以得知，傳統(tǒng)肉的食用部分并不單獨由細胞數(shù)量的疊加形成，而是通過一種復雜的空間排布形成傳統(tǒng)肉的特殊紋理，由細胞分泌的細胞外基質(zhì)填充在細胞間的空隙部位，這一生理結構賦予肉類特有的質(zhì)感，而細胞外基質(zhì)也是肉類芳香成分及多汁風味的重要來源。由于細胞外基質(zhì)某些成分的改變會影響傳統(tǒng)肉的感官品質(zhì)[26]，因此隨著細胞在微載體黏附并增殖達到一定融合率時，細胞工程肉構建的重點將轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑤d體-細胞球基質(zhì)的重塑。

2.3.1 無血清培養(yǎng) 培養(yǎng)基通常由水、葡萄糖、氨基酸、脂質(zhì)、生長因子、維生素和無機鹽和微量元素組成，為了維持培養(yǎng)液穩(wěn)定的pH，還會加入pH緩沖系統(tǒng)[27]。此外，動物血清經(jīng)常被添加到細胞培養(yǎng)液中，這是因為它含有許多細胞附著、生長和增殖所需的因子和其它營養(yǎng)成分[28]。大多數(shù)細胞的傳統(tǒng)培養(yǎng)方法依賴于動物血清，這些血清成分的確切性質(zhì)尚不清楚，存在眾所周知的弊端，包括成本高，供應不穩(wěn)定，批次變化以及可能傳播性疾病等[28]。另外，從動物供體制備血清用于細胞培養(yǎng)肉，本質(zhì)上是不可持續(xù)的，在動物福利問題和細胞肉“清潔”屬性的問題上也是相悖的[29]。因此，在細胞培養(yǎng)肉的研發(fā)和生產(chǎn)中，無血清培養(yǎng)基比動物血清更加符合對食品安全以及細胞培養(yǎng)肉中涉及動物福利的要求。隨著這一問題被越來越多地關注，目前開發(fā)了用于多種細胞類型的無血清培養(yǎng)液和培養(yǎng)方法，這些培養(yǎng)液不含動物源成分，而是采用重組蛋白或植物來源蛋白，如酵母、大米、大豆和其它植物和微生物材料的水解物（酶解物或酸消化物），作為氨基酸、肽、維生素和微量元素的補充來源添加到培養(yǎng)液中，替代原來的動物成分和有食品安全爭議的成分。近期有研究[30]報道一種用于多能干細胞的低成本無血清培養(yǎng)基被應用在牛骨骼肌衛(wèi)星細胞的培養(yǎng)中，這種培養(yǎng)基通過添加單一組分在大米中表達的重組白蛋白，可以支持骨骼肌衛(wèi)星細胞高效擴增，并且無血清培養(yǎng)的骨骼肌衛(wèi)星細胞經(jīng)多次傳代仍能保持肌源性。天然來源的植物提取物也被建議用作細胞培養(yǎng)肉的血清替代物，如將1-磷酸鞘氨醇脂質(zhì)和富含氨基酸的蘑菇提取物作為血清培養(yǎng)基[27]。

2.3.2 細胞外基質(zhì)重塑與組織再生 在肌肉再生過程中，組織中巨噬細胞的極化表型介導肌肉再生所需的免疫微環(huán)境。豬心臟脫細胞ECM 支架材料和臍帶來源的間充質(zhì)干細胞混合物，通過調(diào)節(jié)肌肉再生中巨噬細胞的M2 表型極化，為再生與修復過程介導了適宜的免疫微環(huán)境，這表明，在修復與再生過程中，細胞外基質(zhì)的重塑與組織再生往往是伴隨著密切相互作用的[31]。天然脫細胞組織來源的細胞外基質(zhì)支架材料，在模擬再生微環(huán)境方面表現(xiàn)出強大的天然優(yōu)勢，然而天然組織來源的脫細胞支架材料對于細胞培養(yǎng)肉來說是不可持續(xù)的，并且也與細胞培養(yǎng)肉的初衷相悖。因此，細胞膜片技術和細胞聚合體技術等無支架技術，以及細胞外囊泡介導的無細胞再生系統(tǒng)等同樣在組織工程與再生醫(yī)學領域展現(xiàn)出廣泛的應用前景。富含血小板的血漿與牙周膜干細胞生物膜片的混合物，可顯著增強骨再生部位的細胞外基質(zhì)蛋白表達和細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生及沉積，為骨組織的修復提供了高度仿生的再生環(huán)境[32]。鈦+牙周膜干細胞膜片+羥基磷灰石的復合物促進牙周再生，鈦納米管的加入有效提高牙周膜干細胞的初始黏附和擴散，以及膠原的分泌[33]。細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生改善了組織工程中種子細胞的黏附、遷移和增殖，并有助于種子細胞實現(xiàn)原生組織中的空間排布方式[34]。無論在組織工程與再生醫(yī)學領域還是細胞培養(yǎng)肉領域，細胞外基質(zhì)為改善移植的種子細胞生態(tài)位的生物相容性發(fā)揮了關鍵的調(diào)節(jié)作用。然而，出于醫(yī)療或?qū)嶒炇已芯磕康牡募毎饣|(zhì)重塑策略，可能不適合細胞培養(yǎng)肉對規(guī)?；糯蟮囊?。采用可食用、易于大規(guī)模制備的且低成本的原料構建生物支架來還原天然細胞外基質(zhì)微環(huán)境，將成為解決這一問題的關鍵途徑。

2.3.3 構建生物支架材料，還原天然細胞外基質(zhì)環(huán)境 在3D 支架材料上接種細胞是許多現(xiàn)有和假設的細胞培養(yǎng)肉生物過程的關鍵步驟。細胞培養(yǎng)肉生物質(zhì)的體外形成，是基于種子細胞在三維空間下的增殖和細胞外基質(zhì)的分泌與積累。支架材料對細胞間氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運及代謝產(chǎn)物的排出起著至關重要的作用，需要考慮支架材料對細胞的黏附性、生物相容性以及其本身的生物力學特性、機械強度和結構穩(wěn)定性。組織培養(yǎng)支架材料控制著細胞培養(yǎng)肉生物質(zhì)的外部幾何形狀和生物質(zhì)內(nèi)的細胞類型及分布，并對生物質(zhì)的結構和質(zhì)地產(chǎn)生直接影響[35-37]。在細胞培養(yǎng)肉支架材料研發(fā)的初始設計階段，盡管支架材料技術在再生醫(yī)學和組織工程領域的應用已十分廣泛，然而，用于細胞培養(yǎng)肉的支架材料還面臨著一系列的獨有的限制。例如，為了滿足細胞培養(yǎng)肉的食品屬性和規(guī)模化生產(chǎn)的要求，應用在細胞培養(yǎng)肉中的支架材料在具備良好生物相容性的同時還需兼顧可食用、低成本及易批量制備等創(chuàng)新屬性，這對新型材料的研發(fā)和原料的篩選工作帶來更多的挑戰(zhàn)。富含植物蛋白的多糖水凝膠支架已被用于細胞培養(yǎng)肉支架材料的研究中，如結冷膠和瓊脂糖凝膠混合大豆和豌豆蛋白制備的支架材料，對C2C12 成肌細胞系表現(xiàn)出良好的生物相容性和細胞分布，可在未來細胞培養(yǎng)肉工業(yè)中的細胞封裝型支架材料領域表現(xiàn)出良好的應用前景[37]。使用明膠和豆?jié){制備復合支架，對共培養(yǎng)的C2C12 成肌細胞系和3T3-L1 前脂肪細胞系表現(xiàn)出良好的生物相容性，通過層疊接種這兩種細胞，形成了含有肌肉樣層和脂肪樣層的培養(yǎng)肉，表達肌球蛋白的肌樣層和富含脂肪的脂肪樣層被夾在中間以形成含脂肪的肌肉組織。這種支架材料為肌肉樣質(zhì)地的多汁細胞肉的開發(fā)提供了思路[38]。紋理大豆蛋白作為可食用的多孔蛋白質(zhì)基生物材料，可以支持牛骨骼肌細胞的附著和增殖，實現(xiàn)了基于細胞-支架材料的肌生成和ECM 沉積的升高，并具備牛肉的風味和感官特性，這為工程化構建3D 牛骨骼肌培養(yǎng)肉提供了新的思路[39]。采用花生拉絲蛋白作為支架材料體外培養(yǎng)平滑肌細胞，可以在花生拉絲蛋白上黏附，獲取同時含有動物蛋白和植物蛋白的培養(yǎng)肉制品，從而形成具有豐富蛋白質(zhì)組成的培養(yǎng)肉制品[40]。大蔥脫細胞支架材料具有適當?shù)谋砻嫘蚊?，這一天然結構引導C2C12 成肌細胞分化成排列的肌管的微結構。這為細胞培養(yǎng)肉提供了一種簡單且低成本的基質(zhì)[41]?；谔烊谎苌锞酆衔锏闹Ъ懿牧?，如纖維蛋白、膠原蛋白、透明質(zhì)酸等，在組織工程和再生醫(yī)學領域被廣泛研究和應用，這些材料不僅具有高度生物相容性，還具有支持細胞黏附的特性[37，42]。然而，高昂的成本限制了這些聚合物在細胞培養(yǎng)肉中大規(guī)模應用的可能性。另一方面，這些能夠更好模擬體內(nèi)環(huán)境的聚合物材料，在小體積或者較薄的生物質(zhì)培養(yǎng)中能夠?qū)崿F(xiàn)營養(yǎng)灌注和細胞附著，然而，人工毛細血管往往是被忽略的重要環(huán)節(jié)，尤其是在大體積的細胞支架聚合物上[36，43-44]。人工毛細血管可使培養(yǎng)液中的各種營養(yǎng)因子有效擴散至聚合物內(nèi)部，滋養(yǎng)深層的細胞，同時也是代謝終產(chǎn)物去除的通道。缺乏毛細血管的聚合物將帶來細胞新陳代謝的局限性，并最終阻礙細胞三維結構的形成。因此，未來細胞培養(yǎng)肉大塊生物質(zhì)的支架材料設計中，細胞代謝通道的設計或者成管腔細胞共培養(yǎng)體系的加入是值得深入探究的方向。

2.4 組織工程技術對細胞培養(yǎng)肉質(zhì)構的改善應用

由于細胞培養(yǎng)肉的種子細胞來源于生產(chǎn)牲畜產(chǎn)品的相同動物，因此理論上可以在體外環(huán)境下創(chuàng)造出完全復制所有肉類特征的表型，包括在風味、外觀、質(zhì)地和營養(yǎng)價值方面。實際上，細胞培養(yǎng)肉在這些方面正處在與傳統(tǒng)肉無限接近漫長進程中的起點位置。盡管有研究在嘗試使用脂肪組織補充肌肉組織，并增強蛋白質(zhì)的生產(chǎn)，特別是肌紅蛋白和肌球蛋白及肌動蛋白[5]，然而，距離與傳統(tǒng)肉具有類似質(zhì)構和口感的細胞培養(yǎng)肉的產(chǎn)生還有很長的路要走。日本大阪大學構建了肌腱凝膠，并與肌細胞纖維形成連續(xù)連接，肌腱作為促進肌肉組織成熟的重要結構，通過這種肌腱凝膠集成生物打印系統(tǒng)形成的生物質(zhì)，具備誘導成為排列的成熟肌肉纖維的潛力[45]。生物3D 打印技術可以實現(xiàn)種子細胞在固化后的生物墨水中的有序空間排布，這種排布高度還原了原生組織的自然狀態(tài)，因此，生物3D 技術可以作為提升細胞培養(yǎng)肉質(zhì)構和口感的有效途徑。另外，生物3D 打印技術在組織工程與再生醫(yī)學領域已被廣泛的研究，如何實現(xiàn)這些技術在細胞培養(yǎng)肉領域的轉(zhuǎn)化和大規(guī)模應用以及相應大型生物打印機的設計和建造，則是一項充滿挑戰(zhàn)的命題。

3 總結與展望

總之，細胞培養(yǎng)肉技術是一項具有巨大潛力的技術。細胞培養(yǎng)肉作為一種替代動物蛋白質(zhì)的新來源，它能夠緩解傳統(tǒng)肉類生產(chǎn)中的相關動物福利、環(huán)境和公共健康問題，包括溫室氣體 排放，土地和水的使用，抗生素耐藥性，食物傳播人畜共患疾病等。然而，這項技術仍處于起步階段，面臨著技術完善和社會認知的挑戰(zhàn)。在技術層面，細胞培養(yǎng)肉行業(yè)最需要解決的問題是降低成本，消除與傳統(tǒng)肉類的價格障礙，這需要多學科領域共同研究來解決。在社會層面，最重要和最艱巨的挑戰(zhàn)是實現(xiàn)消費者對養(yǎng)殖肉類的接受。這涵蓋了食物吸引力的不同方面，如外觀、味道、營養(yǎng)價值、質(zhì)地、口感等。由于這種食物的新穎性，因此需要更多的研究來彌補這些方面的空白。

組織工程技術在再生醫(yī)學領域被廣泛研究和應用，已有多種源于組織工程技術的醫(yī)療器械產(chǎn)品進入成熟的批量生產(chǎn)階段并造福于人類健康。由于細胞培養(yǎng)肉的食品屬性與醫(yī)療器械產(chǎn)品的醫(yī)用屬性之間的固有差異，利用組織工程技術實現(xiàn)細胞培養(yǎng)肉的規(guī)?；慨a(chǎn)還面臨著諸多挑戰(zhàn)，然而，隨著國家有關部門對細胞培養(yǎng)肉監(jiān)管政策法規(guī)的出臺以及未來的市場消費需求，勢必會成為推動組織工程技術在細胞培養(yǎng)肉領域廣泛研究并應用的重要推動力。