培养肉类发展——利用微藻衍生物和哺乳动物细胞的生长因子改进无血清培养基

传统培养基通常使用谷物和动物源性胎牛血清（FBS）提供细胞生长所需的营养和因子。但由于气候变化和环境污染等问题，谷物和FBS等原料的使用存在限制。该研究提出了一种新的方法，使用高效生长、富含可用蛋白的微藻提供营养，同时利用动物细胞分泌的生长因子替代FBS。通过这种方法，可以在不使用动物血清的情况下，成功培养动物肌肉细胞。

利用 Chlorella vulgaris-derived nutrient media (CVNM) 作为营养来源，添加 Chlorella vulgaris extract (CVE) 制备培养基，并通过 RL34 细胞的培养，使其产生含有生长因子的上清液，即为条件培养基 (CM)。最后，将添加 CVE 的 CVNM-CM 用于牛肌肉细胞的培养。

传统的动物细胞培养基通常需要加入胎牛血清(FBS)，以提供细胞生长所需的各种因子。由于FBS是动物来源的，因此存在动物福利问题以及来自病原体的污染风险。不稳定的供应和高成本也是重要的问题。这些问题在培养肉生产中是不可避免的。微藻与谷物相比，其生物量中可用蛋白质含量更高且具有更高的生长能力。多种研究证实，微藻是为动物肌肉细胞提供营养的最有潜力物质来源。

该文章首先研究了两种提取Chlorella vulgaris营养成分的方法：酸水解提取和超声波碎化提取，并对其营养成分进行了表征。通过酸水解和超声波分离方法制备出C. vulgaris提取物（CVE），并将其添加到无机盐溶液中作为RL34细胞培养基（CVNM）。结果表明，添加CVE可以防止RL34细胞死亡，其中0.5 N的AHE和UFE的组合对细胞的生存率影响最大。

UFE（超声分级提取物）含有谷氨酰胺和天冬氨酸，而AHE（酸水解提取物）却没有检测到谷氨酰胺，可能是因为谷氨酰胺被氧化成谷酸。研究人员发现，将UFE添加到ISS中可以平衡AHE中缺失的氨基酸，从而提高RL34细胞的生存率。实验证明，添加谷氨酰胺和天冬氨酸可以提高细胞的生存率，但添加过多会降低细胞的生存率。因此，平衡CVNM中的氨基酸含量可以改善RL34细胞的生存率。同时作者优化了DMEM和CVNM的pH值，并确定了CVNM的适宜渗透压为260 mOsm/kg。在该范围内，RL34细胞的生存率最高。

接着探讨了CVNM对RL34细胞在无血清条件下的连续培养效果：在每日更换培养基的情况下，使用15% CVNM或DMEM培养4天后，细胞数量呈现上升趋势，其中在第3天达到峰值。虽然使用15% CVNM时细胞数量略有下降，但在DMEM中无血清培养时，细胞数量持续增加。可能由于营养成分的差异，RL34细胞在DMEM中的增殖优于在15% CVNM中的增殖。

作者使用含细胞生长因子和营养物质的CVNM-CM培养牛肌肉细胞，并优化了最佳CVNM配方，即含10%CVE的ISS。研究结果表明，CVNM-CM中添加10%CVE与含10% FBS的DMEM具有类似的代谢活性和肌肉细胞增殖能力，且细胞具有相似的肌肉分化能力。CVNM-CM中含有多种促进肌母细胞增殖的生长因子，其中IGF-1和IGF-2浓度较高。IGF-2是促进牛肌母细胞增殖的关键因子之一，在CVNM-CM中的浓度显著高于在DMEM-CM中的浓度。

最后探讨了肉类细胞培养中使用细胞培养上清液（CM）的可行性，结果表明，肝细胞和间充质干细胞分泌的生长因子和细胞因子可以促进肌细胞增殖和组织再生，但是使用CM培养的肌细胞增殖能力相对于含有胎牛血清（FBS）的培养基较低，因为CM中的因子不能完全取代FBS的功能，需要寻找适合的提供细胞来分泌不同的因子来弥补CM中的不足。

该研究使用微藻提取物作为替代谷物营养和动物血清的培养基，成功培养出肌肉细胞，并发现微藻提取物除了提供营养外，还具有细胞增殖和代谢活性的优点。该研究可为细胞培养提供重要参考，同时也为微藻营养素的利用提供了理论依据。而这也为可持续培养基生产技术的发展提供了新思路，有助于大幅度降低生产成本和减少环境影响，推动培养肉市场的扩大。

参考文献：https://www.nature.com/articles/s41598-023-27629-w