Forscher aus Singapur haben erfolgreich einen vielversprechenden Prototyp für kultiviertes Fleisch entwickelt, indem sie Muskel- und Fettzellen von Schweinen in einem dezellularisierten Spargelgerüst kultiviert haben.
Die Entwicklung des Prototyps war Teil einer Studie, die darauf abzielte, die Verwendung dezellularisierter pflanzlicher Gerüste über die regenerative Medizin hinaus zu erweitern, insbesondere für die kultivierte Fleischproduktion. Den Forschern zufolge ahmt dieser Prototyp herkömmliches Fleisch in Textur und Geschmack sehr gut nach und könnte den Weg für die Herstellung von kultiviertem Fleisch in großem Maßstab ebnen.
Essbare Gerüste auf Pflanzenbasis bieten eine wesentliche physikalische und biologische Unterstützung für die Gewebeentwicklung und ermöglichen komplexere kultivierte Fleischprodukte mit Struktur und Volumen.
Allerdings müssen die Pflanzenzellen dieser Gerüste in einem langwierigen Prozess, der so genannten Dezellularisierung, entfernt werden, um nur die Mikrostruktur zu erhalten, die die extrazelluläre Matrix (die natürliche Struktur von tierischem Gewebe) nachahmt.
Den Wissenschaftlern zufolge ermöglicht die Dezellularisierung die Funktionalität des Gerüsts und verbessert die Ausrichtung der Muskelzellen, die Zelladhäsion und die Zellproliferation, was zu kultivierten Produkten führt, die herkömmlichen Fleischprodukten ähnlicher sind.
Darüber hinaus bieten dezellularisierte Gerüst-Biomaterialien eine höhere Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit, biologische Sicherheit und verschiedene Bioaktivitäten – ein Vorteil gegenüber synthetischen Gerüstmaterialien.
Spargelgerüste
Die Wissenschaftler verwendeten eine Entscheidungsmatrix, um geeignete Pflanzen- und Pilzmaterialien für die Dezellularisierung auszuwählen, wobei sie sich auf die Essbarkeit, die Verdaulichkeit und die Eigenschaften der Zellausrichtung konzentrierten.
Die Wahl fiel auf Spargel wegen seiner einzigartigen Anordnung der Gefäßbündel, die die für das Wachstum von Muskel- und Fettzellen erforderliche Steifheit und Zellausrichtung gewährleistet.
Die Forscher stellten zwei Prototypen her, bei denen Zellen und das dezellularisierte Spargelgerüst kombiniert wurden. Bei dem einen wurde eine C2C12-Maus-Myoblasten-Zelllinie (ATCC) als Modell verwendet, um die Wirksamkeit des DPS bei der Unterstützung der Zellproliferation und der Muskeldifferenzierung zu bewerten, da dieses Gerüst häufig in Muskelstudien verwendet wird und sich als zuverlässig erwiesen hat.
Das andere war ein Prototyp aus kultiviertem rotem Fleisch mit aus Schweinefett gewonnenen mesenchymalen Stammzellen (pADMSCs), nachdem frühere Forschungen die Lebensfähigkeit verschiedener Zelltypen auf dezellularisierten Spargelgerüsten gezeigt hatten.
Entscheidend für die Skalierung
Den Autoren zufolge zeigen die Ergebnisse das Potenzial für nachhaltiges Wachstum und Differenzierung von primären pADMSCs auf dezellularisierten Spargelgerüsten. Die Zellen konnten sich effizient anlagern und ausrichten, indem die Spargelstängel in Längsrichtung geschnitten wurden, um Gerüste mit spezifischen und porösen Strukturen zu schaffen, die einen Nährstoff- und Sauerstofffluss ermöglichen, der für das Wachstum von Muskelgewebe entscheidend ist. Darüber hinaus wurden in der Studie nur minimale zytotoxische Wirkungen festgestellt, so dass diese Zellen lange Zeit am Leben und gesund bleiben könnten.
Die Forscher testeten den Prototyp des kultivierten Fleisches auch unter trockenen und feuchten Bedingungen, um zu sehen, wie er sich in einer kommerziellen Umgebung verhalten würde. Sie experimentierten mit verschiedenen Größen und Strukturen, um sicherzustellen, dass das Fleisch wie herkömmliches Fleisch aussieht und sich auch so anfühlt, so dass es leichter in größerem Maßstab produziert werden kann.
Durchführbarkeit und Skalierbarkeit
Es sind jedoch weitere Untersuchungen erforderlich, um das Potenzial der Medienperfusion (kontinuierlicher Fluss) für die Produktion in größerem Maßstab zu ermitteln. Das dezellularisierte Spargelgerüst zeigte eine konsistente strukturelle Integrität und mechanische Unterstützung für die Bildung von Myotuben, im Gegensatz zu früheren Studien, in denen Gerüste aus texturiertem Sojaprotein verwendet wurden, die eine Degradation und eine geringere Festigkeit aufwiesen.
„Die Skalierbarkeit von strukturierten CM-Produkten hängt von vier Schlüsselelementen ab: Zellen, Medium, Gerüst und Bioprozessierung. Das Gerüst ist entscheidend für die Skalierung der CM-Produktion, da es eine Plattform für das Wachstum der kultivierten Zellen bietet. Makroporöse Gerüste unterstützen die Zellproliferation und bieten eine wichtige mechanische Unterstützung. Es besteht daher die Notwendigkeit, einzigartige makroporöse Gerüste zu entwickeln, die in Bezug auf Textur, Geschmack und Nährwert dem Fleisch ähneln“, so die Autoren.
Die Forschung wurde von der Nationalen Forschungsstiftung Singapurs und der Agentur für Wissenschaft, Technologie und Forschung (A*STAR) im Rahmen des Singapore Food Story R&D Programme unterstützt. Sie wurde in der Zeitschrift Science of Food veröffentlicht.
Weitere Informationen: nrf.gov.sg
