Νέα επιστημονική ανακάλυψη επεκτείνει τις δυνατότητες παραγωγής κρέατος εργαστηρίου
Ένας βιοαντιδραστήρας που μιμείται το κυκλοφορικό σύστημα μπορεί να μεταφέρει θρεπτικά συστατικά και οξυγόνο σε τεχνητό ιστό, επιτρέποντας την παραγωγή πάνω από 10 γραμμαρίων μυών κοτόπουλου για εφαρμογές καλλιέργειας κρέατος. Αυτά τα αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό Cell Press Trends in Biotechnology στις 16 Απριλίου.
«Η μελέτη μας παρουσιάζει μια επεκτάσιμη, από πάνω προς τα κάτω στρατηγική για την παραγωγή ολικής κοπής καλλιεργημένου κρέατος χρησιμοποιώντας έναν διαχύσιμο βιοαντιδραστήρα κοίλων ινών», λέει ο ανώτερος συγγραφέας Shoji Takeuchi του Πανεπιστημίου του Τόκιο. “Αυτό το σύστημα επιτρέπει την κατανομή, την ευθυγράμμιση, τη συσταλτικότητα και τις βελτιωμένες ιδιότητες που σχετίζονται με τα τρόφιμα. Προσφέρει μια πρακτική εναλλακτική λύση στις μεθόδους που βασίζονται σε αγγεία και μπορεί να επηρεάσει όχι μόνο την παραγωγή τροφίμων αλλά και την αναγεννητική ιατρική, τις δοκιμές φαρμάκων και τη βιοϋβριδική ρομποτική.” Οι συγγραφείς έχουν κάνει αιτήσεις διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας (PCT/JP2022/047671 και WO2023120710A1) που σχετίζονται με αυτήν την εργασία.
«Το καλλιεργημένο κρέας προσφέρει μια βιώσιμη, ηθική εναλλακτική στο συμβατικό κρέας», λέει ο Takeuchi. “Ωστόσο, η αναπαραγωγή της υφής και της γεύσης του ολόκληρου κρέατος παραμένει δύσκολη. Η τεχνολογία μας επιτρέπει την παραγωγή δομημένου κρέατος με βελτιωμένη υφή και γεύση, επιταχύνοντας ενδεχομένως την εμπορική βιωσιμότητά του. Πέρα από τα τρόφιμα, αυτή η πλατφόρμα μπορεί επίσης να επηρεάσει την αναγεννητική ιατρική και τη μαλακή ρομποτική.”
Ένα σημαντικό εμπόδιο για την αναδόμηση ιστών μεγάλης κλίμακας είναι η δημιουργία καλά κατανεμημένων αγγειακών δικτύων επειδή η διάχυση από μόνη της δεν μπορεί να διατηρήσει τα κύτταρα σε μεγάλες αποστάσεις. Το πάχος των ιστών χωρίς ενσωματωμένο κυκλοφορικό σύστημα έχει γενικά περιοριστεί σε λιγότερο από 1 mm, γεγονός που καθιστά δύσκολη την παραγωγή ιστών κλίμακας εκατοστών ή μεγαλύτερου μεγέθους με πυκνά συσσωρευμένα κύτταρα.
«Χρησιμοποιούμε ημιπερατές κοίλες ίνες, οι οποίες μιμούνται τα αιμοφόρα αγγεία στην ικανότητά τους να παρέχουν θρεπτικά συστατικά στους ιστούς», λέει ο Takeuchi. “Αυτές οι ίνες χρησιμοποιούνται ήδη συνήθως σε οικιακά φίλτρα νερού και μηχανήματα αιμοκάθαρσης για ασθενείς με νεφρική νόσο. Είναι συναρπαστικό να ανακαλύπτουμε ότι αυτές οι μικροσκοπικές ίνες μπορούν επίσης να βοηθήσουν αποτελεσματικά στη δημιουργία τεχνητών ιστών και, πιθανώς, ολόκληρων οργάνων στο μέλλον.”
Οι συγγραφείς κατέδειξαν τη βιοκατασκευή ιστών σκελετικών μυών κοτόπουλου κλίμακας εκατοστών χρησιμοποιώντας έναν βιοαντιδραστήρα Hollow Fiber (HFB) που αποτελείται από μια σειρά 50 κοίλων ινών. Επιπλέον, εφάρμοσαν ένα σύστημα συναρμολόγησης με τη βοήθεια ρομπότ για την κατασκευή ενός HFB 1.125 ινών και παρήγαγαν κομμένο κρέας κοτόπουλου βάρους άνω των 10 g χρησιμοποιώντας κύτταρα ινοβλαστών κοτόπουλου, τα οποία αποτελούν τον συνδετικό ιστό.
Σύμφωνα με τον Takeuchi, πρόσθετες προκλήσεις για μελλοντική έρευνα περιλαμβάνουν τον προσδιορισμό των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της αιμάτωσης στην ποιότητα των ιστών, την προσαρμογή της τεχνολογίας για την κατασκευή οργάνων και τη βιοϋβριδική ρομποτική και περαιτέρω βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων και της δομικής ακεραιότητας του ιστού για καλύτερη μίμηση των χαρακτηριστικών του φυσικού μυϊκού ιστού.
«Ξεπεράσαμε την πρόκληση της επίτευξης αιμάτωσης σε παχείς ιστούς τοποθετώντας κοίλες ίνες με ακρίβεια μικροκλίμακας», λέει ο Takeuchi. “Οι προκλήσεις που απομένουν περιλαμβάνουν τη βελτίωση της παροχής οξυγόνου σε μεγαλύτερους ιστούς, την αυτοματοποίηση της αφαίρεσης ινών και τη μετάβαση σε υλικά ασφαλή για τρόφιμα. Οι λύσεις μπορεί να περιλαμβάνουν τη χρήση τεχνητών φορέων οξυγόνου για μίμηση των ερυθρών αιμοσφαιρίων, μηχανισμούς αφαίρεσης δεσμίδων που αφαιρούν αποτελεσματικά τις ίνες με μία μόνο λειτουργία και βρώσιμες ή ανακυκλώσιμες κοίλες ίνες.”
