随着全球人口持续增长，预计 2050 年全球肉类消费将大幅攀升，传统畜牧养殖模式因温室气体排放、土地破坏、资源消耗等问题，已难以兼顾粮食供给与生态环保双重需求，细胞培养肉作为低碳、高效的新型肉类生产方案，成为全球食品与生物产业的重点发展方向。细胞培养肉的核心环节是肌肉细胞体外大规模扩增，而传统培养体系高度依赖胎牛血清等动物血清，不仅采购成本高昂、批次质量不稳定，还存在病原体交叉污染、动物伦理争议等问题，血清依赖也成为制约培养肉、兽用生物制品等细胞培养相关产业规模化落地的核心瓶颈。

针对这一行业痛点，科研团队开展跨界技术融合研究，将哺乳动物细胞与基因工程蓝细菌结合，打造出一套创新的Transwell 共培养无血清生产体系。研究选用可分泌 IGF-2、PDGF 等多种生长因子的大鼠肝上皮 RL34 细胞作为生长因子来源，其培养液本身具备促进肌细胞增殖的能力，但 RL34 细胞长时间培养会不断积累乳酸、铵盐等毒性代谢物，同时消耗葡萄糖、丙酮酸等营养物质，反而抑制肌细胞活性，单纯依靠 RL34 细胞培养液无法直接替代血清使用。为此，团队通过基因编辑技术改造聚球藻，导入乳酸通透酶与乳酸转化酶基因，获得可高效同化乳酸、降解铵盐的重组蓝细菌 KC0110 菌株。

图 1 三组对照实验整体流程示意图

在共培养体系中，RL34 细胞与 KC0110 蓝细菌借助多孔膜实现分区共培养，二者细胞不会直接接触，但代谢物质可自由交换。实验数据显示，相较于 RL34 细胞单独培养，共培养体系可使培养液中乳酸含量下降 38%、铵盐含量降幅高达 93%，将毒性代谢物控制在安全阈值内；同时蓝细菌可将代谢废物转化为丙酮酸、丙氨酸、缬氨酸等营养物质，有效补充培养液养分，提升葡萄糖留存浓度。经过优化（KC0110 菌株 OD₇₅₀=2.0）的共培养上清液，无需稀释、无需额外补充营养，即可直接用于小鼠成肌细胞 C2C12 培养，细胞增殖倍数提升 3 倍以上，细胞活性、分化状态均表现优异，培养效果全面超越单纯 RL34 细胞培养液，真正实现了无动物血清细胞培养。

细胞培养产业的升级，既需要前沿科研技术突破，也离不开高性能国产培养基产品的落地应用。环凯生物无血清培养基的国产化落地，双向驱动培养肉、兽用生物制品等领域加速工业化，依托成熟的配方技术、规模化生产能力与严格的质量管控，打造适配不同细胞类型的标准化无血清培养基产品，完美匹配新型共培养体系、传统细胞扩增工艺等多元应用场景，有效降低企业生产成本、规避血清安全风险，让安全、高效、可持续的细胞培养技术惠及更多应用场景。

未来，随着共培养等新型细胞培养技术持续迭代，叠加环凯生物等国产企业在无血清培养基领域的技术深耕与产品创新，国内细胞培养肉、兽用生物制品、生物制药等产业将迎来快速发展期，逐步构建起自主可控、绿色低碳的细胞培养产业链，助力食品工业与生物医药产业高质量发展。

来源：Chu S, Haraguchi Y, Asahi T, Kato Y, Kondo A, Hasunuma T, Shimizu T. A serum-free culture medium production system by co-culture combining growth factor-secreting cells and L-lactate-assimilating cyanobacteria for sustainable cultured meat production. Sci Rep. 2024 Aug 23;14(1):19578. doi: 10.1038/s41598-024-70377-8. PMID: 39179636; PMCID: PMC11343879.