Выращенное в лаборатории или культивируемое мясо может произвести революцию в производстве продуктов питания, предоставив более экологичную, устойчивую и этичную альтернативу крупномасштабному производству мяса. Но для того, чтобы доставить выращенное в лаборатории мясо из чашки Петри на обеденную тарелку, необходимо решить несколько серьезных проблем, в том числе, как приготовить его в больших количествах и как сделать так, чтобы оно на ощупь и на вкус больше напоминало настоящее мясо.
Теперь исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) вырастили клетки мышц кролика и коровы на съедобных желатиновых каркасах, которые имитируют текстуру и консистенцию мяса, демонстрируя, что реалистичные мясные продукты могут в конечном итоге производиться без необходимости выращивания и забоя животных.
Исследование опубликовано в журнале Nature Science of Food.
Кит Паркер, семейный профессор Тарр биоинженерии и прикладной физики в SEAS и старший автор исследования, начал свое знакомство с продуктами питания после того, как судил конкурсное шоу на Food Network.
«Материаловедение поваров было впечатляющим», - сказал Паркер. «После обсуждения с ними я начал задаваться вопросом, можем ли мы применить все, что мы знали о регенеративной медицине, к разработке синтетических пищевых продуктов. В конце концов, все, что мы узнали о создании органов и тканей для регенеративной медицины, применимо к пище: здоровые клетки и здоровые леса - это строительная основа, правила проектирования те же, и цели те же: здоровье человека. Это наша первая попытка привнести жесткий инженерный дизайн и масштабируемое производство в создание продуктов питания».
Мясо животных состоит в основном из скелетных мышц (и жировой ткани), которые растут в виде длинных тонких волокон, что можно увидеть на зерне стейка или при нарезке свинины или курицы. Воспроизведение этих волокон является одной из самых больших проблем в биоинженерии мяса.
«Мышечные клетки представляют собой прикрепленные типы клеток, а это означает, что им нужно что-то, за что они будут держаться во время роста», - сказал Люк Маккуин, первый автор исследования и научный сотрудник SEAS и Института биоинженерии Висса. «Чтобы вырастить мышечные ткани, напоминающие мясо, нам нужно было найти съедобный «каркас», который позволял бы мышечным клеткам прикрепляться и расти в трехмерном пространстве. Было важно найти эффективный способ производства большого количества этих каркасов, чтобы оправдать их использование. потенциальное использование в производстве продуктов питания."
Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи использовали метод, разработанный Паркером и его группой по биофизике заболеваний, известный как иммерсионное вращательное струйное вращение (iRJS), в котором используется центробежная сила для скручивания длинных нановолокон определенных форм и размеров. Команда сплела безопасные для пищевых продуктов желатиновые волокна, чтобы сформировать основу для растущих клеток. Волокна имитируют внеклеточный матрикс естественной мышечной ткани - клей, который удерживает ткань вместе и способствует ее текстуре.
Команда засеяла волокна мышечными клетками кролика и коровы, которые прикрепились к желатину и выросли в длинные тонкие структуры, похожие на настоящее мясо. Исследователи использовали механические испытания, чтобы сравнить текстуру выращенного в лаборатории мяса с настоящим кроликом, беконом, говяжьей вырезкой, прошутто и другими мясными продуктами.
«Когда мы проанализировали микроструктуру и текстуру, мы обнаружили, что, хотя культивированные и натуральные продукты имеют сопоставимую текстуру, натуральное мясо содержит больше мышечных волокон, а значит, оно более зрелое», - сказал Маккуин. «Созревание мышечных и жировых клеток in vitro по-прежнему является действительно большой проблемой, для преодоления которой потребуется сочетание передовых источников стволовых клеток, составов питательных сред без сыворотки, съедобных каркасов, таких как наши, а также достижений в методах культивирования в биореакторах».
Тем не менее, это исследование показывает, что полностью выращенное в лаборатории мясо возможно.
Наши методы постоянно совершенствуются, и у нас есть четкие цели, потому что наши правила дизайна основаны на натуральном мясе. В конце концов, мы думаем, что можно создавать мясо с определенной текстурой, вкусом и питательной ценностью - что-то вроде пивоварения», - сказал Маккуин.
«Двигаясь вперед, мы ставим перед собой цели по содержанию питательных веществ, вкусу, текстуре и доступной цене. Долгосрочной целью является снижение воздействия продуктов питания на окружающую среду», - сказал Паркер.
«Разработка культивируемого мяса включает в себя ряд технических задач, в том числе разработку каркасного материала, который может успешно поддерживать клетки, и разработку клеточных линий, пригодных для культивирования для потребления в больших масштабах», - сказала Кейт Крюгер., директор по исследованиям в New Harvest, научно-исследовательском институте клеточного сельского хозяйства, который не участвовал в исследовании. «Авторы этой публикации разработали строительные леса, которые показывают большие перспективы в этих областях».
Гарвардский отдел технического развития защитил интеллектуальную собственность, относящуюся к этому проекту, и изучает возможности коммерциализации.