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研究简介
随着对肉类需求的增加以及肉类产业对环境的显著影响，一种新型的食品生物技术应运而生，即基于在活体外培养骨骼肌卫星细胞（MuSCs）的培养肉技术，该技术理论上允许显著降低能源投入并具有高保护生态意义。
2022年，Mona Elisabeth Pedersen在《Biomaterials》杂志发表了题为“Production of food-grade microcarriers based on by-products from the food industry to facilitate the expansion of bovine skeletal muscle satellite cells for cultured meat production”的研究论文。
图文赏析
本研究旨在利用食品工业副产品（例如火鸡胶原和蛋壳膜）生产食品级微载体（MCs），以促进牛骨骼肌卫星细胞（MuSCs）的扩增，用于培养肉的生产。研究结果表明，所生产的食品级MCs具有良好的物理特性，能够支持MuSCs的附着、生长和代谢活动。通过基因表达分析，研究还发现MuSCs在不同MCs上保留了早期肌源性和增殖潜力。此外，研究还探讨了MuSCs与不同生物材料之间的特定相互作用，以及这些相互作用如何影响细胞黏附分子的表达模式。
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本研究成功开发了三种不同类型的食品级微载体（MCs），包括基于火鸡肌腱胶原的胶原MCs、火鸡胶原和蛋壳膜（ESM）混合MCs，以及纯ESM MCs。这些MCs是通过使用食品级、低成本和生物相容的材料制成的，具有相互连接的多孔结构，为MuSCs的扩增提供了理想的表面。通过物理特性的表征，包括尺寸、机械性能、膨胀能力和SEM分析，研究证实了这些MCs的适用性。
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在细胞培养实验中，MuSCs在所有类型的MCs上均显示出良好的附着和增殖能力。通过使用Picogreen dsDNA测定法测量DNA含量，以及通过CellTiter-Glo® Luminescent assay测量ATP产量，研究证实了MuSCs在MCs上的代谢活性和细胞增殖。此外，通过Cytotoxicity Detection Kit测量的LDH释放量表明，MuSCs在这些MCs上的培养过程中具有低细胞毒性。
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通过实时定量PCR（RT-qPCR）分析MuSCs的基因表达，研究发现，与细胞增殖相关的标记物MKI67在所有MCs上的表达随时间增加，表明MuSCs在这些载体上能够维持其增殖能力。此外，PAX7和MYF5的相对基因表达分析显示，MuSCs在不同MCs上的扩增过程中保留了早期肌源性标记物的表达，这与细胞增殖和分化能力密切相关。
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研究还观察到，MuSCs在不同MCs上的培养过程中，其代谢活动（如葡萄糖消耗和乳酸产生）表现出显著差异。胶原基MCs在葡萄糖和乳酸浓度变化上表现出最大的变化，这与通过dsDNA测量的细胞增殖水平相一致，表明在胶原基MCs上培养的MuSCs具有更高的细胞增殖率。
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此外，通过免疫细胞化学和荧光显微镜分析，研究还探讨了MuSCs在不同MCs上的形态和细胞骨架组织。结果表明，MuSCs在所有MCs上均能形成细胞间连接，并在培养过程中覆盖整个MCs表面。这些观察结果进一步证实了所开发的食品级MCs在培养肉生产中的潜力。
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最后，研究讨论了使用火鸡胶原和ESM作为MCs生产材料的优势。这些材料不仅广泛可用、成本低廉，而且具有食品级特性，使得它们在培养肉生产中具有巨大的应用潜力。通过进一步优化和开发基于这些材料的MCs，可以为培养肉的生产提供一种经济上可行的解决方案。
综上所述，本研究不仅成功开发了基于食品工业副产品的食品级MCs，而且还证实了这些MCs在MuSCs扩增中的应用潜力。通过详细的细胞培养实验和基因表达分析，研究为培养肉生产的未来发展提供了重要的科学依据。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2022.121602
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