17天长成，味腥、色白、质弹……日前，一款国内首例厘米级细胞培养大黄鱼组织仿真鱼排宣布面世。
科研人员以大黄鱼为研究对象，分离出具有高传代能力的肌肉、脂肪干细胞，并通过调控两种信号通路诱导肌肉干细胞分化。同时，基于可食用凝胶改造仿生建构鱼肌支架，三维培养肌纤维束，成功实现组织状细胞培养鱼肉的制造。
该成果由浙江大学生物系统工程与食品科学学院副院长、浙江大学长三角智慧绿洲创新中心未来食品实验室主任刘东红，与生命科学学院教授陈军牵头的细胞培养鱼肉团队，联合中国工程院院士、大连工业大学教授朱蓓薇团队发布。在中国轻工业联合会组织的鉴定会上，生物合成细胞培养鱼肉的关键技术被评审组认定达到国际同领域先进水平。
“未来，这项技术或将为解决人类餐桌肉品和动物蛋白供应提供更为广阔的支撑，并且对于海洋鱼类资源的保护有着重要的意义。”刘东红说。
“复刻”需要合适的“种子”与“土壤”
用细胞培养鱼肉，本质上是通过动物干细胞在体外进行细胞增殖和分化的过程。细胞通过增殖，数量不断增加，再通过分化产生形态、结构、功能各异的细胞类群。
要“复刻”一块鱼肉，首先要找到种子细胞。浙大团队在研究中发现，肌肉细胞和脂肪细胞占普通大黄鱼肉固形物成分的八成以上。由此，团队从大黄鱼轴上肌和腹侧体腔脂肪中筛选分离出肌肉干细胞和脂肪干细胞，作为细胞培养鱼肉的“种子”。
“种子”离不开“土壤”，培养基便承担了“土壤”的角色，为细胞的增殖和分化提供养分。团队发现，脂肪干细胞能够在培养基中较好地增殖分化，然而肉质的主要成分——肌肉细胞到了体外培养则困难重重。
生命科学学院教授陈军和副教授黄晓对肌肉细胞分化过程进行了系统研究，找到了两条影响肌肉生成的信号通路。研究团队通过调整培养基的成分，提高了成肌细胞的分化效率。
此外，培养基是细胞培养肉生产流程中最重要的成本控制环节，浙大生物系统工程与食品科学学院教授陈启和筛选得到低血清的基础培养基，大大降低了成本，为将来规模化生产奠定了基础。
在3D打印的仿生结构中“长”出鱼肉
随着肌肉细胞的生长、分化，越来越多的鱼肉产生。“但此时的鱼肉还属于无固定外形的松散细胞团，不是大家认知中的肉的组织结构。”陈军说。
怎么把鱼肉搭建起来？浙大生物系统工程与食品科学学院副研究员徐恩波通过构建生鱼块数字化结构模型，打印支架模拟天然鱼肌肉组织。
徐恩波介绍，鱼肉在3D支架中的生长，类似公园里月季花沿着搭建好的拱门生长，肌肉细胞则沿着3D打印的仿生结构有规则地生长，形成三维培养肌纤维束，产生类似自然鱼肉该有的结构和纹路。
3D打印材料的制作并非易事。团队通过调整配方，降低打印温度，并找到能将成肌细胞牢牢抓住的可食用胶体材料，从而实现了仿生生长。后续，团队通过注入脂肪细胞，便可组装成一块组织状的细胞培养鱼肉。
那么，问题也随之而来，这到底是不是一块鱼肉呢？
团队进一步分析了培养鱼排的外形，并对其中的细胞数、肌肉细胞和脂肪细胞的比例、硬度、黏性、弹性等特征，与真实大黄鱼的肌肉组织进行对比研究。“从这些指标看，两者十分相似。”刘东红表示，这也将为未来开展不同鱼类乃至其他经济动物的细胞培养获取优质蛋白提供新的思路，在解决可持续肉类供应方面发挥更大潜力。
细胞培养鱼肉走上餐桌还远吗
要解决未来人类餐桌肉品和蛋白供应、减少人工养殖肉类动物对水资源与土地资源的高度依赖，细胞培养肉被认为是最有潜力的技术之一。
谈起这项新技术，陈军表示，学科汇聚是重要基础。该研究除了有学校生物系统工程与食品科学学院、生命科学学院参与，还吸引了机械工程学院的研究员尹俊和高分子科学与工程学系研究员朱旸团队的师生，共同参与前沿探索和交叉研究。
“细胞培养鱼肉走向餐桌还要进行大量的安全性评估。我相信，在技术不断深化的背景下，可见的未来一定能实现批量化大生产。”对于研究的未来应用，刘东红表示，要看到“鱼肉”背后的技术突破与创新，它们将为未来食品行业发展开辟新的道路。
