近期，我校生物工程学院陈坚院士团队在细胞培养肉研究方面取得重要进展，研究成果“Engineered streaky pork by 3D co-printing and co-differentiation of muscle and fat cells”正式发表于Food Hydrocolloids (IF = 11) (https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2024.110578)。
细胞培养肉技术通过体外培养动物细胞而非传统动物养殖进行肉制品生产。在二维培养条件下，肌肉和脂肪源干/祖细胞的体外增殖分化机理以及调控方法已经得到了广泛的研究。然而，如何构建最佳的三维培养体系，以制备出与真实动物肉具有相似组分、质构和纹理的细胞培养肉，仍有待进一步探究。3D生物打印技术因其灵活性、个性化定制以及组织结构仿生方面的显著优势，被认为是制造块状细胞培养肉的一种可行策略。目前，尽管已有采用3D生物打印技术成功制备肌肉或脂肪组织的报道，但如何进行多种细胞的共打印和共培养以实现整合肌肉和脂肪组织的细胞培养五花肉的工程化生产，仍然是当前研究面临的一项挑战。
陈坚院士团队针对此问题，江南大学食品合成生物学与生物制造团队研究人员以猪肌肉干细胞（pMuSCs）和猪间充质干细胞（pAMSCs）为研究对象，基于可食用生物材料构筑了适用于两种细胞的双网络水凝胶并将其与细胞组装成生物墨水，创新性地开发了3D 共打印和共分化技术制备出兼具肌肉和脂肪组织的细胞培养五花肉。在之前的工作中，研究人员已经确定了一种有效支持pMuSCs三维增殖和分化的胶原蛋白-壳聚糖复合水凝胶（COL-CS），在本研究中，通过评估pAMSCs在不同水凝胶中的黏附、增殖和分化效率，确定了由纤维蛋白原和海藻酸钠组成的复合水凝胶（FIB-SA）具有最佳效果。随后，用上述2种水凝胶分别包裹pMuSCs和pAMSCs制成生物墨水，通过优化细胞负载量、打印压力和速度，获得了2种生物墨水的最佳打印参数。进一步，研究人员开发了一种共分化策略，实现了pMuSCs分化形成肌纤维和pAMSCs分化形成脂肪的同时诱导。使用该策略，pMuSCs的肌管生成效率与传统方法相当，pAMSCs的脂滴生成面积比传统方法提高了155.5%。最后，研究人员通过两种生物墨水的交错打印构建了五花肉的三维结构，并使用共分化策略诱导肌管和脂肪细胞的同时生成，最终制造出包含肌肉和脂肪组织的细胞培养五花肉。进一步的质构和营养评估表明，细胞培养五花肉具备肉类产品的烹饪特性和食用品质。这项工作为更加灵活、精准、仿生制造含多种组分的细胞培养肉类产品提供了创新策略和技术参考。
上述研究得到了浙江大学上海高等研究院繁星科学基金（SN-ZJU-SIAS-1313）、国家自然科学基金（32102132）等的资助。
近年来陈坚院士团队以动物干细胞发育机理为理论指导，在动物肌纤维和脂肪细胞体外生成调控、组织构筑和细胞培养肉高效制备技术开发方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Food Research International、Food & Function、Food Bioscience、Trends in Biotechnology、Future Foods等本领域权威期刊。
