细胞培养肉降本增效的钥匙:重组细胞因子的精准应用
细胞培养肉的概念
细胞培养肉,也叫细胞肉、培养肉,是借助体外细胞培养技术生产的肉类产品。其核心原理是从动物体内提取少量具备较强增殖和分化潜力的干细胞,然后将这些细胞置于模拟体内生理环境的生物反应器中,通过提供营养供给和进行信号调控,诱导细胞增殖、分化并形成肌肉组织,最终得到在成分、口感和营养价值上与传统肉类高度相似的产品。
细胞培养肉的发展
图1.细胞培养肉的发展
细胞培养肉与传统肉类比较的优势
细胞培养肉作为一种颠覆传统畜牧业的创新食品生产方式,其优势体现在多个维度。
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环境保护:传统畜牧业是全球温室气体排放的重要来源之一,同时消耗大量土地和水资源。而细胞培养肉通过生物反应器内的精准化生产,可减少90%以上的土地使用,降低约30-50%的能源消耗,温室气体排放量更是能减少85%左右。
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动物保护:细胞培养肉从根源上改变了“为获取肉类而大规模养殖和屠宰动物”的传统模式。其生产仅需从动物身上获取少量种子细胞,无需饲养庞大数量的牲畜,也避免了屠宰过程中对动物造成的伤害。
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食品安全:传统肉类生产中,动物养殖过程可能面临抗生素滥用、病原体(如细菌、病毒、寄生虫)污染等问题,且疫病传播风险较高,如疯牛病、禽流感等都曾对肉类安全构成严重威胁。而细胞培养肉的生产全程在无菌可控的实验室环境中进行,培养液成分明确,生产过程可实时监测和调控,能有效规避上述安全隐患,为消费者提供更安全的肉类选择。
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营养定制:通过调控细胞培养过程中的营养供给和信号分子,可精准调整产品的营养成分。例如,能够生产出低脂、高蛋白的肉类,或富集Omega-3脂肪酸等特定功能性成分的产品,满足不同人群对健康饮食的个性化需求,为改善公众营养结构提供了新的途径。
细胞培养肉的生产
细胞培养肉的生产主要包括四个步骤:
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种子细胞的获取:利用各类蛋白酶如胶原酶、胰蛋白酶、分离酶等从动物组织中获得有分化潜力的种子细胞,如肌肉干细胞,间充质干细胞,成纤维细胞等。
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种子细胞的大规模增殖:获取的种子细胞需在生物反应器中进行大规模增殖,以获得足够数量的细胞。细胞被接种到含有葡萄糖、氨基酸、维生素等营养物质的培养液中,同时需精准控制温度(约37℃)、pH值(中性偏酸)、氧气和二氧化碳浓度(通常5%二氧化碳)等环境条件。在此过程中,通过添加重组细胞因子(如胰岛素样生长因子)可加速细胞分裂,使细胞数量在短时间内达到数十亿甚至上百亿级别,为后续组织形成提供充足“原料”。
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种子细胞诱导分化:当细胞数量达到阈值后,需诱导其向肌肉细胞、脂肪细胞等特定类型分化,并形成三维组织结构。通过调控细胞因子的种类和浓度,诱导细胞定向分化为成熟肌肉细胞。同时,利用支架材料或生物打印技术,让细胞在三维空间中有序排列、融合,逐渐形成具有类似天然肌肉纹理和韧性的组织块。
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食品化加工:添加调味调色的添加剂(如肌红蛋白,风味氨基酸等)或其他功能性成分,赋予细胞培养肉更加真实的颜色和香味。
图2.细胞培养肉的生产过程[1]
细胞培养肉的成本卡点
细胞培养肉的成本居高不下,是阻碍其从实验室走向大众餐桌的核心障碍。
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培养液的“天价门槛”
培养液成本占比超过50%,其中重组细胞因子是最突出的卡点。这类调控细胞增殖分化的关键物质,因需极高纯度和生物活性,生产工艺复杂(如哺乳动物细胞表达体系),导致单价较高。
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生物反应器的“规模不经济”
当前生物反应器面临“小试可行、放大即亏”的困境。实验室级反应器虽能精准控制环境,但产能极低;中试及规模化反应器则需攻克“放大效应”难题。
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种子细胞的“传代瓶颈”
种子细胞的长期传代能力直接影响成本。
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技术研发的“持续烧钱”
细胞培养肉处于技术快速迭代期,研发成本较高。
重组细胞因子的精准应用
细胞培养肉作为替代传统畜牧业的前沿方向,其商业化进程始终受限于成本高昂与生产效率低下两大核心难题。在细胞增殖、分化及组织成型的复杂过程中,细胞因子的调控作用至关重要。
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类别 |
名称 |
功能 |
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EGF family |
促进细胞增殖、分化 |
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FGF family |
促进细胞生长、增殖、分化、损伤修复 |
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促进细胞生长、分化 |
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HGF family |
促进细胞存活、生长、迁移和形态发生 |
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IGF family |
促进细胞增殖、肌管形成 |
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LIF family |
促进细胞增殖和维持 |
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PDGF family |
促进细胞生长、增殖、分化;防止细胞凋亡;稳定血管流量,并可能具有血流动力学恢复功能 |
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TGF family |
防止细胞凋亡;促进细胞生长、损伤修复和炎症反应;促进细胞生长和分化,但单独作用时对细胞增殖无显著影响;参与纤维化和肌肉质量的调节 |
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调控细胞分裂、分化及生理活动,同时还能促进软骨形成并提高细胞活力 |
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VEGF family |
促进内皮细胞生长 |
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保护细胞免受应激损伤并提高其活力 |
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Wnt family |
促进细胞增殖 |
重组细胞因子的精准应用,正成为破解产业瓶颈的关键技术突破口。
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细胞因子:培养肉生产的“信号指挥官”
在培养肉生产中,需模拟体内微环境以诱导干细胞向肌肉细胞定向分化,这一过程高度依赖细胞因子的精准调控。传统培养体系中,细胞因子多依赖动物源提取,存在批次差异大、纯度不足及潜在安全风险等问题。
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重组细胞因子:降本增效的核心利器
重组细胞因子通过基因工程技术实现体外表达,具有纯度高、活性稳定及可规模化生产等优势,其精准应用可从三方面推动培养肉产业降本增效:
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提升增殖效率 |
调整细胞因子配比,提高细胞密度 |
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定向诱导分化 |
FGF、TGF等可精准调控分化路径,提高肌肉细胞转化率 |
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降低单位成本 |
重组技术提高细胞因子生产效率 |
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精准应用的关键路径
重组细胞因子的精准应用需依托“剂量—时效—细胞状态”的动态匹配模型:通过高通量筛选确定不同细胞类型对细胞因子的敏感阈值;利用缓释载体技术实现细胞因子的时序释放;构建“基础因子+诱导因子”的复合体系,协同提升肌肉组织的成型效率。
翌圣重组细胞因子
重组细胞因子是细胞培养肉生产体系中的信号调节器,贯穿从种子细胞培养到肌管成熟的全流程,对生产效率、产品品质及成本结构具有决定性影响。翌圣生物开发了一系列专为细胞培养而设计的HiActi®重组细胞因子,经过严格的质量控制及细胞功能的验证,确保产品具有高活性、高纯度、高稳定性、低内毒素水平。
产品数据
Bioactivity of Mouse bFGF/FGF-2
图3. The ED50 as determined by a cell proliferation assay using murine balb/c 3T3 cells is less than 1.0 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 1.0 × 106 IU/mg. Fully biologically active when compared to standard.
Bioactivity of Human EGF
图4. The ED50 as determined by a cell proliferation assay using murine Balb/c 3T3 cells is less than 1 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 1.0 × 106 IU/mg. Fully biologically active when compared to standard.
Bioactivity of Human HGF
图5. The ED50 as determined by a cell proliferation assay using 4MBr5 cells is less than 10 ng/mL, corresponding to a specific activity of > 1.0 × 105 IU/mg. Fully biologically active when compared to standard.
Bioactivity of Human VEGF165
图6. Fully biologically active when compared to standard. Determined by the dose-dependent stimulation of the proliferation of human umbilical vein endothelial cells (HUVEC) using a concentration range of 1.0-8.0 ng/mL.
相关产品信息
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产品名称 |
货号 |
规格 |
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92708ES |
100μg/500μg/1mg |
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92703ES |
100μg/500μg/1mg |
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92717ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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92718ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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91330ES |
10μg/100μg/500μg/1mg |
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91315ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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91340ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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91329ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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91303ES |
5μg/50μg/100μg/500μg |
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91331ES |
5μg/25μg/50μg/100μg/500μg |
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92055ES |
10μg/50μg/100μg/500μg/1mg |
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92057ES |
10μg/100μg/1mg |
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92211ES |
10μg/100μg/500μg/1mg |
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92208ES |
10μg/100μg/500μg |
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92215ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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92111ES |
5μg/50μg/100μg/500μg |
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92256ES |
5μg/50μg/100μg/500μg |
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91605ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/500μg |
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91602ES |
10μg/50μg/100μg/500μg |
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Recombinant Human/Mouse/Rat TGF-beta 1/TGF-β1 Protein 重组人/小鼠/大鼠 转化生长因子-β1 |
91701ES |
2μg/10μg/100μg |
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91711ES |
5μg/20μg |
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91705ES |
10μg/50μg/100μg |
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91512ES |
10μg/100μg/500μg |
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91517ES |
2μg/10μg/50μg/100μg/1mg |
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92294ES |
10μg/100μg/500μg/1mg |
参考文献:
1. Seah JSH, Singh S, Tan LP, Choudhury D. Scaffolds for the manufacture of cultured meat. Critical Reviews in Biotechnology 2021; 42(2):311-323.
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