소 및 돼지 세포주 중에서 선택하는 것은 배양육 생산에 있어 중요한 결정입니다. 각 세포 유형은 확장성, 배지 요구 사항 및 구조화된 육류 제품을 만드는 능력에 영향을 미치는 고유한 장점과 과제를 제공합니다. 다음은 간단한 개요입니다:
- 소 세포주는 특히 스테이크와 같은 제품의 근육 조직 생산에 적합합니다. 이들은 마블링에 뛰어나지만 장기적인 분화에 어려움을 겪으며 확장성을 위해 유전자 변형이 필요합니다.
- 돼지 세포주는 지방 생산에 이상적이며, 자발적인 불멸화와 수백 번의 배가에 걸친 안정적인 성장을 보입니다. 대규모 생산에 비용 효율적이지만 근육 세포와의 공동 분화를 위한 정확한 타이밍이 필요할 수 있습니다.
빠른 비교
| 속성 | 소 세포주 | 돼지 세포주 |
|---|---|---|
| 배가 시간 | ~39시간 (초기 배양) | 20–24시간 (초기 배양) |
| 불멸화 | 유전자 변형 필요 | 자발적 |
| 분화 | 초기 강함, ~25배 배양 후 감소 | 안정적인 지방 형성 효율 (>200배 배양) |
| 배지 비용 | 재조합 성장 인자로 인해 높음 | 헴 보충 배지로 낮음 |
| 구조화된 고기 적합성 | 마블링 및 근육-지방 분리에 적합 | 지방-근육 공동 분화에 효과적 |
두 세포주는 고유한 강점과 한계를 가지고 있어, 선택은 제품 목표와 생산 전략에 따라 달라집니다.
배양육 생산을 위한 소와 돼지 세포주 비교
소 세포주
배양육에서의 응용
소 세포주는 스테이크와 같은 구조화된 고급 육류 제품을 생산하는 데 특히 적합합니다. 이들의 두드러진 특징 중 하나는 소고기의 독특한 맛과 질감을 책임지는 근내 지방, 즉 진정한 마블링을 개발할 수 있는 능력입니다. 이 마블링은 근육 성분을 형성하는 소 위성 세포(BSCs)와 자연 소 피하 지방과 거의 동일한 지방산 프로파일을 가진 지방을 생성하는 섬유-지방 발생 전구체(FAPs)의 역할을 통해 달성됩니다 [2].
적절한 마블링을 만들기 위해서는 분화 과정에서의 세심한 조정이 필요합니다.돼지 시스템과 달리, 근육과 지방을 동시에 분화할 수 있는 반면, 소 시스템은 일반적으로 근원성(근육 형성) 세포와 지방 형성 세포의 분화를 별도로 처리합니다. 이러한 구성 요소는 지방 대 근육 비율에 대한 정밀한 제어를 달성하기 위해 결합됩니다. 이 방법은 더 큰 맞춤화를 가능하게 하지만, 생산 과정에 추가적인 복잡성을 도입하기도 합니다 [2].
성장 특성
소 세포는 근육과 지방을 모두 생성하는 데 효과적이지만, 그들의 성장 역학은 대규모 생산에 도전 과제를 제시합니다. 주요 문제는 소 위성 세포가 증식하면서 분화 능력을 잃는 데 있습니다. 예를 들어, 1차 소 근모세포는 정상 핵형을 유지하면서 60에서 100 사이의 인구 배가를 겪을 수 있습니다.그러나 근육 조직 형성에 필수적인 단계인 근관으로 융합하는 능력은 약 25회 복제 후에 크게 감소합니다. 이 제한은 생산을 확장하는 데 병목 현상을 일으키며, 이는 약 2.9×10¹¹개의 세포가 1킬로그램의 습윤 질량에 필요합니다 [7].
2023년 5월, 터프츠 대학교 세포 농업 센터의 연구원들은 유전적으로 불멸화된 소 위성 세포(iBSCs)를 개발하여 이 문제를 해결했습니다. 소 텔로머라제 역전사효소(TERT)와 사이클린 의존성 키나제 4(CDK4)를 도입함으로써, 이 세포들은 다핵 근관을 형성하면서도 120회 이상의 복제를 초과할 수 있었습니다. Andrew J.터프츠 대학교의 Stout는 이 돌파구의 중요성을 강조했습니다:
"배양육이 대규모로 성공하기 위해서는 식품 관련 종의 근육 세포가 매년 수백만 톤의 생체량을 생산하기 위해 신속하고 신뢰할 수 있는 방식으로 시험관 내에서 확장되어야 합니다." [5]
성장 성능은 또한 파종 밀도와 배지 조성 같은 요인에 크게 영향을 받습니다. 예를 들어, 소 지방 유래 줄기 세포(bASCs)는 1,500 세포/cm²의 파종 밀도에서 최적의 성장을 보였으며, 80% 배지 교환 전략을 사용할 때 스피너 플라스크에서 28배 확장을 달성했습니다 [1]. 추가적으로, 화학적으로 정의된 무혈청 배지는 전통적인 혈청 함유 배지로 달성된 성장률의 97%에 도달하는 속도로 소 근육모세포의 기하급수적 성장을 지원하는 것으로 나타났습니다 [6] .이것은 비용을 절감할 뿐만 아니라 윤리적 고려 사항과도 일치하여 미래 생산을 위한 유망한 접근 방식이 됩니다.
이러한 소 특유의 성장 특성은 배양육 생산의 맥락에서 돼지 세포주와 비교할 수 있는 확고한 기반을 제공합니다.
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돼지 세포주
배양육에서의 응용
돼지 세포주는 자연 돼지 지방과 매우 유사한 성숙한 단일방울 지방세포를 생산하는 데 필수적입니다.[9].
눈에 띄는 예로는 자발적 불멸화를 통해 생성된 FaTTy 세포주가 있습니다. 이 세포주는 200회 배가 동안 약 100%의 지방 형성 효율을 보여주며, 자연 돼지 지방에서 발견되는 것과 밀접하게 일치하는 지방산 프로필을 생성합니다. 이 세포주에서 유래한 배양 지방세포는 최대 96,670 μm³의 지질 부피를 달성할 수 있습니다.FaTTy 연구팀이 설명하듯이:
"FaTTy는 다양한 배양 조건에서 높은 효율로 안정적으로 분화할 수 있는 능력과, 천연 지방과 비교 가능한 지방산 프로필을 나타내는 성숙한 지방세포를 생성할 수 있는 독특한 지방세포 계통입니다." [9]
또 다른 주목할 만한 세포 계통인 PK15H는 최대 40 mM의 높은 헤모글로빈 농도에서 번성합니다. 이 특징은 전통적인 돼지고기의 풍부한 색상과 철분이 많은 맛을 재현하는 데 도움이 됩니다[3]. 게다가, 배양된 돼지 지방은 더 건강한 지질 조성을 위해 미세 조정될 수 있으며, 천연 조직에서 일반적으로 발견되는 1.4 비율과 비교하여 단일불포화지방산 대 포화지방산 비율을 3.2로 달성할 수 있습니다[9].
성장 특성
돼지 세포주는 지방 생산에 능숙할 뿐만 아니라 성장과 확장성 면에서도 뛰어납니다. 이들은 안정적이고 빠른 확장을 보여 대규모 생산에 특히 적합합니다. 예를 들어, FaTTy 라인은 인구 두 배 시간이 20-24시간으로 시작하여 140번째에서 190번째 두 배 사이에 22-36시간으로 약간만 느려집니다. 이러한 일관성은 게임 체인저로, 70에서 140 인구 두 배로 확장된 단일 FaTTy 세포는 이론적으로 11일의 분화 기간 내에 106톤의 지방을 생산할 수 있습니다[9].
이 세포주의 주요 장점 중 하나는 자발적인 불멸화로, 유전자 변형 없이 장기 확장이 가능합니다. 이 비-GMO 상태는 규제 측면에서 큰 이점입니다.이를 강조하며, 울산대학교 의과대학은 다음과 같이 언급했습니다:
"우리의 연구는 혈청이 없는 조건에서 유지될 수 있는 고-헴 미디어에서 배양 가능한 돼지 세포를 보고합니다." [3]
또한, 돼지 근육 줄기 세포는 10⁶에서 10⁷배의 확장률을 보이며, 100g에서 1kg의 배양육을 생산할 수 있는 놀라운 확장성을 보여줍니다[10]. CD31, CD45, JAM1, ITGA5, ITGA7과 같은 마커를 사용하는 세포 분류 기술의 발전은 고순도 근육 줄기 세포의 분리를 크게 개선했습니다. 이러한 방법은 이전 기술에 비해 PAX7 양성률을 20% 증가시킵니다[11]. 이 개선은 장기간 확장 동안 감소하는 분화 능력의 일반적인 문제를 해결하며, 다수의 패세지를 통해 근원성 잠재력이 보존되도록 보장합니다.
이러한 성장 및 분화의 장점은 돼지 세포를 배양육 생산에 있어 소 세포보다 뛰어난 선택으로 만듭니다.
ICAN 배양육 응용을 위한 세포주 및 배양 배지에 관한 웨비나
성장 속도 및 증식 비교
돼지와 소의 세포주가 성장 및 증식에 있어 어떻게 비교되는지 살펴보겠습니다. 돼지 세포주, 예를 들어 자발적으로 불멸화된 FaTTy 라인은 특히 빠릅니다. 초기 세포 수 배가 시간은 단지 20–24시간입니다 [9]. 반면, 소의 위성 세포는 Beefy-9과 같은 최적화된 무혈청 배지에서 자라더라도 배가하는 데 약 39시간이 걸립니다 [12].
여러 번의 계대 배양을 거치면서 차이는 더욱 명확해집니다.주요 소의 위성 세포는 약 10회 계대배양 후 증식 및 분화 능력을 모두 잃는 경향이 있습니다 [2]. 반면, FaTTy 돼지 세포주는 200회 이상의 세포 증식에서도 거의 100%의 지방 형성 효율을 유지하고 있습니다. 후반 단계에서도 이들의 배가 시간은 22–36시간으로 다소 증가할 뿐입니다 [9]. 2022년 5월 Tufts University의 연구에 따르면, Beefy-9의 소 세포는 7회 계대배양(28일) 동안 18.2회 세포 증식을 달성하면서 96% 이상의 Pax7⁺ 줄기세포성을 유지했습니다 [12]. 한편, 2025년 1월 University of Edinburgh의 보고서는 FaTTy 세포주가 분화 잠재력을 잃지 않고 200회 이상의 세포 증식을 초과했다고 확인했습니다 [9].
이 세포들이 불멸화를 달성하는 방식에서도 뚜렷한 차이가 있습니다.소 세포는 일반적으로 120배 이상의 장기 확장을 유지하기 위해 TERT 및 CDK4 과발현을 통한 유전자 조작이 필요합니다 [5]. 이에 비해, FaTTy 라인과 같은 돼지 세포는 유전자 변형 없이 자발적인 불멸화를 달성합니다. 이는 특히 GMO에 민감한 시장에서 명확한 규제상의 이점을 제공합니다 [9].
비교 표
| 특징 | 소 위성 세포 | 돼지 MSCs (FaTTy 라인) |
|---|---|---|
| 평균 배가 시간 | ~39시간 (최적화된 무혈청)[12] | 20–24시간 (초기 배양)[9] |
| 후기 배양 배가 시간 | ~56시간 (18배 배양 시)[12] | ~36시간 (190배 배양 시)[9] |
| 배양 안정성 | ~10배 배양 후 감소[2] | 200배 배양 동안 안정적[9] |
| 불멸화 방법 | 엔지니어드 (TERT/CDK4) [2] | 자발적 [9] |
| 줄기성/분화 | >96% Pax7⁺ (최대 6회 통과) [12] | 거의 100% 지방 형성 효율 [9] |
생체 내 위성 세포는 약 17시간 만에 두 배가 되며, 이는 자연 성장 속도를 시험관 내에서 맞추는 것이 얼마나 어려운지를 강조합니다 [12].
미디어 요구 사항 및 차별화 효율성
미디어 의존성 비교
미디어 비용은 배양육 생산에서 지배적일 수 있으며, 종종 비용의 55%에서 90%를 차지하고, 일부 시스템에서는 99%를 초과하기도 합니다 [3][12].
소 세포의 경우 일반적인 요구 사항은 20% 태아 소 혈청이며, 비용은 리터당 약 £290입니다 [12]. 혈청이 없는 대안인 Beefy-9는 B8 기초 배지와 재조합 인간 알부민을 결합하여 사용합니다. Beefy-9의 표준 가격은 리터당 약 £217이지만, 대량 주문 시 리터당 £46에서 £74 사이로 줄일 수 있습니다 [12]. 그러나 혈청이 없는 배지에서 높은 알부민 수준은 세포 부착을 방해할 수 있으므로, 재조합 알부민은 일반적으로 계대 배양 후 24시간 후에 추가됩니다 [12].
돼지 세포주는 무혈청 적응에 대해 다른 접근 방식을 취합니다. 예를 들어, PK15 세포는 Corynebacterium의 박테리아 헴 추출물을 활용합니다[3]. 헴은 혈청 의존성을 줄일 뿐만 아니라 맛과 색상을 향상시킵니다. 그러나 10 mM 이상의 농도는 독성이 될 수 있으며, 돼지 세포는 해독 유전자의 상향 조절로 인해 최대 40 mM까지 견딜 수 있습니다[3]. 이러한 내성에도 불구하고, 헴이 보충된 배지에서 자란 돼지 세포는 일반적으로 4-5회 계대 배양 동안만 생존 가능하며, Beefy-9에서 배양된 소 세포는 7회 이상 계대 배양 동안 성장을 지속할 수 있습니다 [3][12].
두 세포 유형 모두 섬유아세포 성장 인자-2(FGF-2)에 크게 의존합니다.예를 들어, 소 세포는 FGF-2 수준이 40 ng/mL에서 5 ng/mL로 감소하더라도 단기 성장을 유지할 수 있습니다 [12]. 또한, 저당 매체(1 g/L)를 사용하면 소 세포에서 줄기세포 마커를 유지하는 데 도움이 됩니다 [13].
이러한 특정 매체 요구 사항은 생산을 확장할 때 매우 중요하며, 분화 효율성에 직접적인 영향을 미칩니다.
분화 효율성
매체 비용이 중요한 요소이지만, 분화 효율성 또한 배양육의 확장 가능성을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.
소 세포는 확장하면서 분화 효율성에 어려움을 겪습니다. 예를 들어, 벨기에 블루 소의 소 근모세포는 처음에는 약 55%의 융합 지수를 14번의 세포 분열에서 달성하지만, 25번의 세포 분열에서는 10% 미만으로 급격히 감소합니다 [7].마찬가지로, 태아 유래 소 세포는 성체 유래 세포(약 38.0%)에 비해 더 높은 융합 지수(약 54.6%)로 시작하지만, 둘 다 통과당 약 6.81%의 분화 능력 감소를 경험합니다 [7].
반면에 돼지 세포는 더 안정적인 성능을 보입니다. 불멸화된 ISP-4 돼지 전지방세포 계통은 40회 이상의 통과 동안 높은 지방형성 분화 효율을 유지하며, 8일간의 분화 프로토콜 동안 지질 축적이 100배 증가합니다 [8]. 이는 돼지 세포가 지방 생산에 특히 매력적이게 만들며, 소 세포는 초기 통과에서 근육 분화에 더 적합하지만 장기 유지에는 어려움을 겪습니다.
| 특징 | 소 위성 세포 | 돼지 세포주 |
|---|---|---|
| 초기 융합 지수 | 38–55% (passage 0) [7] | 근육에 대해 명시되지 않음 |
| 분화 지속성 | 약 25배 증식 후 급격히 감소[7] | 40회 이상 통과 시 효율 유지 (ISP-4 지방 생성)[8] |
| 무혈청 지속성 | 7회 이상 통과 시 성장 유지[12] | 4–5회 통과 시 생존 가능 (heme-adapted)[3] |
| 주요 보충제 | 재조합 알부민, FGF-2 [12] | 헤모 추출물, 인슐린, 덱사메타손 [3][8] |
| 지질 생산 | 최소 (근육 집중) | 100배 증가 (ISP-4) [8] |
구조화된 육류 제품에 대한 적합성
세포주 선택은 성장 및 배지 조건뿐만 아니라 배양육 제품의 구조를 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.스테이크나 돼지갈비의 질감과 외관을 재현하려면 지방과 근육 세포를 적절한 비율로 균형 있게 조절하는 것이 필수적입니다.
지방-근육 공동 분화
소와 돼지 세포주는 공동 분화에 있어 다르게 행동합니다. 소 세포 배양은 종종 FAP(섬유-지방 전구체) 과도 성장과 같은 문제에 직면하여 융합 지수를 낮춤으로써 근육 발달을 방해합니다. 또한, 이러한 배양에서 지방세포는 근섬유 형성을 효과적으로 중단시키는 myostatin 및 IL-6과 같은 신호를 방출하여 myogenin 발현을 차단합니다[16].
이를 해결하기 위해 Mosa Meat의 연구원들은 최적화된 무혈청 성장 배지(i-SFGM)를 개발했습니다. 이 배지는 FAP 과도 성장을 제어하기 위해 트리요오드티로닌(T3)과 증가된 HGF를 포함하고 PDGF-BB를 제외합니다.그들은 또한 초기 성장 단계에서 지방과 근육 세포를 물리적으로 분리하기 위해 모듈형 지방구(200–400 µm)를 사용합니다[4][14].
반면에 돼지 세포주는 공동 분화에 대한 보다 조정된 접근 방식을 보여줍니다. 예를 들어, ISP-4 전지방세포주는 돼지 근육 위성 세포와 잘 작동하여 기존 고기를 닮은 마블링을 생성합니다. 이 과정은 48시간의 지방 유도 단계를 포함하며, 이후 2% 말 혈청에서 96시간 동안 근생성을 유도합니다. 이로 인해 지방세포와 얽힌 성숙한 근섬유가 생성됩니다[8] . 그러나 돼지 근육 위성 세포는 C2C12와 같은 표준 모델 라인에 비해 근생성 능력이 약한 경향이 있어, 지방세포가 배양을 지배하지 않도록 정확한 타이밍이 필요합니다[8].이러한 차이점은 각 세포 유형이 대량 생산을 위해 제시하는 고유한 도전과 기회를 강조합니다.
확장성 및 생산 과제
구조화된 배양육 생산을 확장하려면 일관된 세포 성능이 필요합니다. 돼지 세포주는 더 확장 가능성이 높은 경향이 있습니다. 예를 들어, 자발적으로 불멸화된 FaTTy 라인은 200번의 인구 배가 동안 거의 100%의 지방 형성 효율을 유지합니다[9]. 돼지 세포주를 70에서 140배로 확장하면 이론적으로 최대 106톤의 지방을 생산할 수 있습니다[9]. 또한, ISP-4 균주는 스피너 플라스크 시스템에서 미세 담체에 배양할 때 6일 만에 세포 밀도가 40배 증가하는 것으로 나타났습니다[8].
"FaTTy는 독특한 지방 형성 표현형을 가진 독특한 가축 세포주입니다...이러한 특징들은 비유전자변형(GMO) 특성과 함께 FaTTy를 매우 유망한 기초 도구로 만듭니다." – Nature Food, 2025[9]
소 세포주는 더 많은 장애물을 마주합니다. FAP 오염은 근육 조직으로의 분화 능력을 효과적으로 감소시킵니다[4]. 또한, FGF-2 및 TGF-β와 같은 성장 인자의 높은 비용은 미디어 비용의 90% 이상을 차지하며, 소 세포주의 확장을 더 비싸게 만듭니다[17]. 이러한 세포는 또한 위성 세포 부착을 촉진하고 FAP 간섭을 최소화하기 위해 Laminin-521과 같은 특수 코팅이 필요합니다[4].
1톤의 배양육을 생산하는 데는 약 10¹³개의 세포가 필요하며, 전체 절단과 같은 구조화된 제품은 3D 스캐폴드 및 생체 재료의 개발을 지원하기 위해 퍼퓨전 또는 패킹 베드 반응기와 같은 고급 생산 시스템이 필요합니다[15].
비교 표
| 속성 | 소 세포주 | 돼지 세포주 |
|---|---|---|
| 주요 확장성 문제 | 근육 배양에서 FAP 과증식[4] | 부유/무혈청 배양 적응[9] |
| 분화 안정성 | 약 10회 계대 후 감소[2] | FaTTy와 같은 균주는 >200배 증식 동안 안정적[9] |
| 공동 분화 | 지방세포가 근생성 억제[16] | 성공적인 마블링 프로토타입 달성[2][8] |
| 구조적 강도 | 높음; 근육-지방-힘줄 통합 가능[14] | 보통; 정렬된 섬유 성장에 중점[14] |
| 전체 절단 적합성 | 높은 잠재력, FAP 간섭으로 제한됨[4] | 안정적인 3D 지방 생산으로 인한 높은 잠재력[9] |
| 질감 도전 | 조리 후 응집력 감소[14] | 상업용 돼지고기보다 부드러운 경향[14] |
결론
소와 돼지 세포주 사이의 선택은 배양육 생산에서 그들의 뚜렷한 이점과 도전 과제의 균형을 맞추는 것을 포함합니다.소의 위성 세포는 골격근 조직을 생성하는 직접적인 경로이며 Beefy-9 [2]와 같은 기존의 무혈청 배지 조성으로부터 혜택을 받습니다. 반면에, 돼지 세포주는 이미 배양된 돼지고기 프로토타입을 개발하는 데 사용되었으며, 위성 세포와 함께 분화하여 마블링된 고기 구조를 만드는 데 유망한 가능성을 보여줍니다 [2].
확장성은 여전히 주요 장애물로 남아 있습니다. 배지 비용과 생물반응기 확장성은 총 생산 비용의 55%–90%를 차지하며, 최적화된 세포주 의 가용성은 여전히 제한적이어서 상업적 진전을 늦추고 있습니다 [3][2].
"배양육 생산에 사용되는 세포주는 궁극적으로 고려해야 할 많은 다운스트림 변수를 결정합니다." – GFI [2]
자주 묻는 질문
스테이크나 찹과 같은 전체 절단 제품에 가장 적합한 세포주는 무엇인가요?
위성 세포와 같은 근육 내 거주 전구 세포에서 유래한 세포주는 스테이크나 찹과 같은 전체 절단 제품을 생산하는 데 이상적입니다. 이러한 세포는 성숙한 근육 조직으로 발달할 수 있는 능력을 가지고 있어 이러한 유형의 제품에 필요한 구조적 질감과 형태를 만듭니다.
유전적 불멸화와 자발적 불멸화 중 어떻게 선택하나요?
배양육 생산을 위한 세포 불멸화 방법 선택은 안전성, 확장성 및 규제 고려 사항을 포함한 우선순위에 따라 다릅니다.
유전적 불멸화는 특정 유전자, 예를 들어 텔로머라제를 도입하여 세포가 무한히 분열할 수 있는 능력을 정밀하게 제어하는 것을 포함합니다.이 방법은 예측 가능성과 일관성을 제공하지만, 유전자 변형 및 종양 발생 가능성과 같은 잠재적 위험에 대한 우려를 불러일으킬 수 있습니다.
반면에, 자발적 불멸화는 장기 세포 배양에서 시간이 지남에 따라 자연적으로 발생합니다. 이 접근 방식은 유전자 공학을 피하여 규제 승인 과정을 원활하게 하고 유전자 변형을 경계하는 소비자들 사이에서 수용성을 높일 수 있습니다.
두 방법 모두 확장 가능한 배양육 생산을 위한 다양한 경로를 제공하며, 각각의 강점과 도전 과제가 있습니다. 선택은 궁극적으로 통제, 규제 장벽, 소비자 신뢰의 균형에 달려 있습니다.
소와 돼지 세포를 위한 배지에서 가장 큰 비용 요인은 무엇입니까?
소와 돼지 세포를 위한 배지를 생산하는 데 가장 큰 비용은 그 구성 요소의 비용과 복잡성에 달려 있습니다.미디어 제형을 개발하고 미세 조정하는 것은 주요 장애물이며, 특히 미디어가 가변 운영 비용의 최소 50%를 차지하기 때문입니다. 게다가 각 종에 맞춘 조정은 또 다른 복잡성을 더합니다. 이러한 측면은 배양육의 전체 생산 비용을 형성하는 데 중요한 역할을 합니다.
