การผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงต้องพึ่งพาสื่อการเจริญเติบโตอย่างมาก ซึ่งคิดเป็นมากกว่า 95% ของค่าใช้จ่าย เพื่อเพิ่มผลผลิตและลดค่าใช้จ่าย จำเป็นต้องปรับสารอาหาร กลูโคส กรดอะมิโน และปัจจัยการเจริญเติบโตของสื่อให้เหมาะสมกับชนิดของเซลล์และขั้นตอนการผลิต นี่คือการสรุปกระบวนการอย่างรวดเร็ว:
- ประเมินประสิทธิภาพของสื่อ: ติดตามเวลาการเพิ่มจำนวนเซลล์ ความมีชีวิต กิจกรรมเมตาบอลิซึม และผลผลิตต่อลิตร
- ระบุคอขวด: ตรวจสอบการขาดสารอาหาร การสะสมของเสีย และความไม่สมดุลของ pH โดยใช้ การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว.
- ปรับแต่งสารอาหาร: ปรับกลูโคส กรดอะมิโน และกรดไขมันให้ตรงกับเมตาบอลิซึมของเซลล์และลดของเสีย
- เพิ่มประสิทธิภาพปัจจัยการเจริญเติบโต: ปรับความเข้มข้นและวิธีการส่งมอบเพื่อสนับสนุนการเพิ่มจำนวนและการแยกแยะของเซลล์
- ใช้การคัดกรองที่มีประสิทธิภาพสูง: ทดสอบสูตรหลายสูตรพร้อมกันเพื่อผลลัพธ์ที่คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ.
- ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลง: ติดตามการเจริญเติบโตของเซลล์ การใช้สารอาหาร และความเสถียรของสิ่งแวดล้อมในรอบการผลิต.
แพลตฟอร์มเช่น
กระบวนการ 6 ขั้นตอนสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสื่อการเจริญเติบโตในการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง
การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วเพื่ออำนวยความสะดวกในการเพิ่มประสิทธิภาพสื่อเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง - Ted O'Neill - ISCCM9
sbb-itb-ffee270
การประเมินประสิทธิภาพสื่อการเจริญเติบโตในปัจจุบัน
ก่อนที่จะทำการปรับเปลี่ยนสื่อการเจริญเติบโตของคุณ สิ่งสำคัญคือต้องประเมินประสิทธิภาพในปัจจุบันของมัน หากไม่มีฐานข้อมูลที่ชัดเจน การเปลี่ยนแปลงอาจพลาดเป้า ทำให้ปัญหาที่แท้จริงไม่ได้รับการแก้ไข การรู้ว่าประสิทธิภาพของสื่อของคุณเป็นอย่างไรจะช่วยให้คุณปรับแต่งระดับสารอาหาร กรดอะมิโน และปัจจัยการเจริญเติบโตได้อย่างมีประสิทธิภาพ
"ปัจจัยขับเคลื่อนต้นทุนหลักและความท้าทายที่เผชิญกับ CM [เนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง] คือสื่อที่ใช้ในการเพาะเลี้ยงเซลล์ เนื่องจากปัจจุบันประกอบด้วยส่วนประกอบที่จำเป็นและมีราคาแพงหลายอย่าง"
ขั้นตอนนี้วางรากฐานสำหรับการปรับปรุง สื่อ.
ตัวชี้วัดประสิทธิภาพหลัก
เพื่อทำความเข้าใจว่าสื่อของคุณสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ได้ดีเพียงใด ให้มุ่งเน้นไปที่ตัวชี้วัดสำคัญเหล่านี้:
- เวลาในการเพิ่มจำนวนเซลล์เป็นสองเท่า: นี่คือการวัดระยะเวลาที่ใช้ในการเพิ่มจำนวนประชากรเซลล์ของคุณเป็นสองเท่า ตัวอย่างเช่น เซลล์ดาวเทียมโคที่เป็นอมตะ (iBSCs) มักจะเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าใน 55 ถึง 60 ชั่วโมง [4]. หากเซลล์ของคุณใช้เวลานานกว่านั้น อาจบ่งชี้ว่าส่วนประกอบของสื่อกำลังยับยั้งการเจริญเติบโต
- ความมีชีวิตของเซลล์: นี่คือเปอร์เซ็นต์ของเซลล์ที่มีสุขภาพดีในวัฒนธรรมของคุณ การวิเคราะห์ภาพอัตโนมัติสามารถทำให้กระบวนการนี้สอดคล้องและเป็นวัตถุประสงค์ โดยให้ข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับทั้งความมีชีวิตและลักษณะเซลล์ในแต่ละชุด [3].
- กิจกรรมการเผาผลาญ: ดูว่าสารอาหารใดที่ถูกบริโภคและของเสียใดที่สะสม กลูตามีนมักเป็นกรดอะมิโนที่ถูกบริโภคมากที่สุด ตามด้วยอาร์จินีนและเซรีน [6]. นอกจากนี้ ควรตรวจสอบการบริโภคน้ำตาลกลูโคสและการผลิตแลคเตท - แลคเตทมักจะสะสมเมื่อกลูโคสถูกใช้และสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตเมื่อระดับสูงเกินไป [6].
- ผลผลิตต่อลิตร: ตัวชี้วัดนี้มีความสำคัญสำหรับการประเมินความเป็นไปได้ทางการค้า ตัวอย่างเช่น Believer Meats ผลิตเซรั่มฟรีมีเดียมในราคาประมาณ £0.50 ต่อลิตร [4]. การบรรลุประสิทธิภาพเช่นนี้ต้องการความเข้าใจที่ชัดเจนว่าส่วนประกอบใดที่มีส่วนช่วยในการสร้างชีวมวลและส่วนประกอบใดที่ไม่ช่วย
- ความคงตัวของปัจจัยการเจริญเติบโต: ปัจจัยการเจริญเติบโตเช่น basic fibroblast growth factor (FGF2) สามารถลดลงอย่างมากภายในวันที่ 5 ของการเพาะเลี้ยง มักจะเกิดขึ้นพร้อมกับจำนวนเซลล์ที่เพิ่มขึ้น [6]. การลดลงอย่างรวดเร็วของ FGF2 สามารถนำไปสู่การหยุดชะงักของการเจริญเติบโตในช่วงกลางของการเพาะเลี้ยง
การระบุคอขวด
เมื่อคุณได้วิเคราะห์ตัวชี้วัดประสิทธิภาพเหล่านี้แล้ว คุณสามารถระบุคอขวดเฉพาะได้ผ่านการวัดโดยตรง เช่น การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว (SMA) วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการเก็บตัวอย่างสื่อในช่วงเวลาต่างๆ และวัดความเข้มข้นของสารอาหารโดยใช้เทคนิคเช่น high-performance liquid chromatography (HPLC) สำหรับคาร์โบไฮเดรตและกรดอินทรีย์ หรือ inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) สำหรับแร่ธาตุ [6].
"การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว (SMA) เป็นกลยุทธ์ที่ใช้กันทั่วไปและมีความเรียบง่ายพื้นฐานสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพสื่อเพาะเลี้ยงเซลล์...เพื่อทำความเข้าใจว่าองค์ประกอบของสื่อใดที่ถูกใช้โดยตรงโดยเซลล์และควรจัดหาในปริมาณที่มากขึ้น, องค์ประกอบใดที่ไม่ถูกใช้ไปตามเวลา, และวิธีที่ของเสียอาจสะสม "
- npj Science of Food [6]
นี่คือคอขวดทั่วไปที่ควรระวัง:
- การขาดแคลนกรดอะมิโนที่จำเป็น: กรดอะมิโนเช่น isoleucine, leucine, และ methionine มักจะหมดก่อนที่วัฒนธรรมจะถึงความหนาแน่นเป้าหมาย [6].
- การสะสมของแอมโมเนีย: การเผาผลาญกลูตามีนผลิตแอมโมเนีย ซึ่งสามารถชะลอการเจริญเติบโตได้ หากระดับแอมโมเนียเพิ่มขึ้น ควรพิจารณาแทนที่กลูตามีนด้วยทางเลือกอื่นเช่น α-ketoglutarate หรือ pyruvate [4].
- ความไม่สมดุลของ pH: การสะสมของกรดแลคติกสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของ pH ซึ่งแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์ตัวอย่างเช่น เซลล์ต้นกำเนิดกล้ามเนื้อไก่ (cMPCs) ใช้กลูโคสช้ากว่าเซลล์กล้ามเนื้อ C2C12 ของหนู ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของค่า pH ที่แตกต่างกัน [6].
- ส่วนประกอบที่ไม่ได้ใช้: ส่วนประกอบของสื่อบางอย่าง เช่น วิตามินและแร่ธาตุบางชนิด อาจไม่ลดลงตามเวลา การระบุสิ่งเหล่านี้สามารถช่วยลดต้นทุนโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพ [6].
การปรับระดับสารอาหารและกลูโคส
เมื่อคุณระบุคอขวดได้แล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการปรับระดับกลูโคสและสารอาหารให้สอดคล้องกับความต้องการเมตาบอลิซึมของเซลล์ การปรับแต่งเหล่านี้ให้เหมาะสมกับสายเซลล์เฉพาะของคุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตในขณะที่รักษาต้นทุนให้สามารถจัดการได้
การตั้งค่าความเข้มข้นของกลูโคส
การบริโภคกลูโคสไม่ใช่ขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคน มันแตกต่างกันอย่างมากระหว่างสายพันธุ์และประเภทของเซลล์ ตัวอย่างเช่น การผสม DMEM ที่มีกลูโคสสูง 40% และ Ham's F10 40% มักจะเริ่มต้นด้วย 2.24 g/L glucose [1]. อย่างไรก็ตาม, เซลล์ต้นกำเนิดกล้ามเนื้อไก่ (cMPCs) ใช้กลูโคสในอัตราที่ช้ากว่าและเป็นเส้นตรงมากกว่าเมื่อเทียบกับเซลล์กล้ามเนื้อ C2C12 ของหนูหรือเซลล์ไฟโบรบลาสต์กล้ามเนื้อไก่ (cMFBs) เซลล์ประเภทหลังนี้สามารถใช้กลูโคสจนหมดได้ภายในวันที่ 10 ในการเพาะเลี้ยง 2D มาตรฐาน [1].
เพื่อระบุความเข้มข้นของกลูโคสที่เหมาะสมสำหรับเซลล์ของคุณ ให้คำนวณ อัตราการบริโภคเฉพาะ (ng/cell/day) ในช่วง 24–48 ชั่วโมงแรกของการเพาะเลี้ยง การวัดในช่วงแรกนี้เผยให้เห็นความแตกต่างทางเมตาบอลิซึมก่อนที่ความหนาแน่นของเซลล์จะมีผลต่อการใช้กลูโคส [1]. สำหรับเซลล์เช่น cMPCs ที่มีการบริโภคแบบเส้นตรง ให้รักษาระดับกลูโคสให้คงที่ด้วยการให้อาหารอย่างสม่ำเสมอ ในทางตรงกันข้าม สำหรับเซลล์ที่มีการบริโภคสูงเช่น C2C12s, กลยุทธ์การให้อาหารแบบ fed-batch สามารถช่วยหลีกเลี่ยงการใช้กลูโคสหมดกลางวัฒนธรรม
จับตาดูระดับแลคเตท เนื่องจากมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อบริโภคกลูโคสและอาจยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ [1][2]. หากแลคเตทกลายเป็นปัญหา พิจารณาลดระดับกลูโคสเริ่มต้นหรือใช้ระบบการไหลเวียนเพื่อกำจัดของเสีย.
จากที่นี่ คุณสามารถสำรวจตัวเลือกสารอาหารที่ประหยัดมากขึ้นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพต่อไป.
การใช้แหล่งสารอาหารทางเลือก
เพื่อทำให้ การผลิตสามารถขยายขนาดและมีราคาที่เหมาะสม, แทนที่ส่วนประกอบเกรดชีวการแพทย์ที่มีราคาแพงด้วยทางเลือกจากพืช. โปรตีนไฮโดรไลเสตจากพืช ที่ได้จากถั่วเหลือง ถั่วลันเตา หรือข้าวสาลีเป็นอาหารเสริมที่มีประสิทธิภาพในการยืดอายุเซลล์ในราคาที่ต่ำกว่า [7] . โปรตีนไอโซเลทจากเมล็ดเรพซีด ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากอาหารเมล็ดน้ำมันราคาต่ำ เป็นตัวแทนที่มีประสิทธิภาพสำหรับอัลบูมินและมีราคาต่ำกว่า £0.33/กก. [5].
"อาหารเลี้ยงเชื้อเป็นปัจจัยที่มีค่าใช้จ่ายสูงที่สุดในการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง และดังนั้นจึงมีความพยายามอย่างเข้มข้นในการลดต้นทุนผ่านการทำให้เรียบง่าย โดยการลดระดับส่วนประกอบ การแทนที่ส่วนประกอบด้วยทางเลือกที่ถูกกว่า และการตระหนักถึงเวลาที่เหมาะสมในการบริหารจัดการ"
เมื่อแทนที่กลูตามีน ไพรูเวตหรือแอลฟา-คีโตกลูตาเรตเป็นทางเลือกที่ดี พวกมันช่วยลดการสะสมของแอมโมเนีย ซึ่งอาจยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ [7]. การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วสามารถเปิดเผยวิตามินและแร่ธาตุที่ยังคงไม่ได้ใช้เมื่อเวลาผ่านไป ตัวอย่างเช่น วิตามินที่ละลายน้ำได้หลายชนิดและแร่ธาตุบางชนิดในสื่อมาตรฐานเช่น DMEM ไม่ได้ถูกใช้หมดโดยเซลล์ ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันอาจถูกจัดหามาเกินความจำเป็น [1]. การลดส่วนประกอบที่ไม่จำเป็นเหล่านี้ช่วยลดต้นทุนโดยไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของเซลล์
การปรับกรดอะมิโน กรดไขมัน และปัจจัยการเจริญเติบโต
การใช้ข้อมูลเชิงลึกจากการวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว คุณสามารถปรับแต่งส่วนประกอบทางชีวเคมีของสื่อเพาะเลี้ยงเซลล์ของคุณเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปรับกรดอะมิโน กรดไขมัน และปัจจัยการเจริญเติบโตให้สอดคล้องกับความต้องการเฉพาะของเซลล์ของคุณ องค์ประกอบเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการสนับสนุนการเจริญเติบโตและการแยกแยะของเซลล์
การปรับสมดุลโปรไฟล์กรดอะมิโนและกรดไขมัน
เซลล์ไม่ได้บริโภคกรดอะมิโนทั้งหมดอย่างเท่าเทียมกัน การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วแสดงให้เห็นว่า อาร์จินีน ไอโซลิวซีน ลิวซีน เมไทโอนีน กลูตามีน และเซรีน เป็นกรดอะมิโนที่หมดไปมากที่สุดในประเภทเซลล์ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [11]. โครมาโทกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (HPLC) มักใช้ในการวัดระดับกรดอะมิโนอิสระตามเวลา [11].
"การทำความเข้าใจอัตราการใช้สารอาหารเฉพาะของเซลล์เหล่านี้จะช่วยให้สามารถสร้างสูตรอาหารที่เหมาะสมสำหรับ CM ได้อย่างมีทิศทางมากขึ้น" - npj Science of Food [11]
เนื่องจากสายพันธุ์และประเภทเซลล์ที่แตกต่างกันแสดงพฤติกรรมการเผาผลาญที่เป็นเอกลักษณ์ สื่อกลางสากลจึงไม่สามารถใช้ได้จริง ตัวอย่างเช่น ไมโอบลาสต์ของไก่และเซลล์ดาวเทียมของวัวมีความต้องการสารอาหารที่แตกต่างกัน [11]. นอกจากนี้ยังควรพิจารณาสถานะการแยกแยะของเซลล์ด้วย ความต้องการทางเมตาบอลิซึมเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเซลล์เปลี่ยนจากการเพิ่มจำนวนไปสู่การสร้างไมโอทูบ [11].
การบริโภคกรดไขมันสามารถติดตามได้โดยใช้โครมาโตกราฟีแก๊ส ซึ่งช่วยระบุว่าลิพิดใดมีส่วนช่วยในการสร้างชีวมวลและลิพิดใดที่ยังไม่ได้ใช้ ด้วยข้อมูลนี้ คุณสามารถปรับระดับกรดไขมันเพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ได้ดียิ่งขึ้น
เมื่อโปรไฟล์กรดอะมิโนและกรดไขมันได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้ว ระดับของปัจจัยการเจริญเติบโตสามารถปรับแต่งได้เพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพของสื่ออย่างสมบูรณ์
การปรับความเข้มข้นของปัจจัยการเจริญเติบโต
หลังจากปรับระดับสารอาหารแล้ว การจัดการปัจจัยการเจริญเติบโตเป็นสิ่งสำคัญในการควบคุมการเพิ่มจำนวนและการแยกแยะเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพ
ปัจจัยการเจริญเติบโตที่สำคัญสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง ได้แก่ FGF2, EGF, IGF1, NRG1, TGFβ1, และ PDGFB [8]. การทดสอบเอนไซม์ลิงค์อิมมูโนซอร์เบนท์ (ELISA) สามารถตรวจสอบการลดลงของพวกเขาเมื่อเวลาผ่านไปตัวอย่างเช่น การศึกษาพบว่าระดับ FGF-2 ลดลงอย่างมากในวันที่ 5 ซึ่งสอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นของจำนวนเซลล์ [11].
ในช่วงการเพิ่มจำนวนเซลล์ มักจำเป็นต้องใช้ปริมาณของปัจจัยการเจริญเติบโตที่สูงขึ้น เมื่อเซลล์เปลี่ยนไปสู่การแยกตัว การปรับการปล่อยผ่าน การทำงานของพื้นผิว สามารถปรับปรุงผลลัพธ์ได้ [9]. สำหรับเซลล์ดาวเทียมของวัวที่เพาะเลี้ยงบนไมโครแคร์เรียร์ การเพิ่มแคร์เรียร์ใหม่เมื่อความหนาแน่นของเซลล์ถึง 15,000–25,000 เซลล์/ซม.² ช่วยรักษาการเจริญเติบโตแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล การรอจนกว่าความหนาแน่นจะเกิน 30,000 เซลล์/ซม.² อาจทำให้เวลาการเพิ่มจำนวนช้าลงเนื่องจากการยับยั้งการสัมผัส [10].
การรวมปัจจัยการเจริญเติบโตเข้ากับโครงสร้างหรือไมโครแคร์เรียร์เป็นอีกกลยุทธ์หนึ่งในการลดการใช้งานโดยรวม วิธีนี้ให้การปล่อยที่ยั่งยืนและเฉพาะที่ แตกต่างจากการส่งแบบลอยตัว [9]. การใช้โดเมนการจับ เช่น แท็กการจับคอลลาเจนหรือเซลลูโลส ช่วยให้ปัจจัยการเจริญเติบโตสามารถยึดติดกับโครงสร้างได้ สิ่งนี้ช่วยชะลอการแพร่กระจายของพวกมัน ทำให้รักษาความเข้มข้นที่มีประสิทธิภาพได้นานขึ้น [9].
การใช้การคัดกรองแบบความเร็วสูงสำหรับการทดสอบสื่อ
การคัดกรองแบบความเร็วสูง (HTS) เปลี่ยนแปลงการเพิ่มประสิทธิภาพของสื่อโดยอนุญาตให้นักวิจัยทดสอบสูตรหลายร้อยสูตรพร้อมกัน หลังจากปรับระดับสารอาหารและปัจจัยการเจริญเติบโต HTS กลายเป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการเร่งกระบวนการและค้นพบปฏิสัมพันธ์ที่การทดสอบแบบดั้งเดิมทีละขั้นตอนอาจพลาดไป
วิธีการและเทคโนโลยีการคัดกรอง
HTS รวมเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูงและระบบอัตโนมัติเพื่อประเมินว่าการทำงานของเซลล์เป็นอย่างไรในสูตรต่างๆ ส่วนสำคัญของกระบวนการนี้คือ การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว (SMA), ซึ่งติดตามการลดลงของสารอาหารและการสะสมของของเสีย [6]. เทคนิคเช่นการโครมาโตกราฟีของเหลวสมรรถนะสูง (HPLC) ถูกใช้ในการวัดคาร์โบไฮเดรต กรดอินทรีย์ และวิตามินที่ละลายน้ำได้ ในขณะที่การวิเคราะห์มวลสารด้วยพลาสมาเหนี่ยวนำ (ICP-MS) ใช้ในการตรวจสอบแร่ธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น แมกนีเซียม แคลเซียม และเหล็ก
สำหรับปัจจัยการเจริญเติบโต การทดสอบเอนไซม์ลิงค์อิมมูโนซอร์เบนต์แบบหลายเพล็กซ์ (ELISA) ช่วยให้สามารถทดสอบไซโตไคน์และปัจจัยการเจริญเติบโตหลายชนิดพร้อมกัน รวมถึง FGF2, IGF-1 และ decorin เพื่อกำหนดว่าพวกมันถูกใช้หมดเร็วแค่ไหนในสูตรต่างๆ การวิเคราะห์ภาพอัตโนมัติมีบทบาทสำคัญเช่นกัน โดยประเมินลักษณะเซลล์ ความมีชีวิต และรูปร่าง โดยไม่จำเป็นต้องนับด้วยมือ - เป็นคุณสมบัติที่จำเป็นเมื่อจัดการกับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ [3].
"เทคโนโลยีที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพของสื่อคือการคัดกรองเซลล์เพาะเลี้ยงที่มีความเร็วสูง ซึ่งควรรวมถึงการวิเคราะห์ภาพ (อาจเป็นแบบอัตโนมัติ) เพื่อประเมินลักษณะเซลล์และความมีชีวิต" - Bright Green Partners [3]
วิธีการออกแบบการทดลอง (DOE) เป็นอีกหนึ่งองค์ประกอบที่สำคัญ ช่วยให้สามารถทดสอบส่วนผสมต่างๆ และปฏิกิริยาของพวกมันได้อย่างเป็นระบบ [4]. วิธีการนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการระบุทางเลือกแทนกลูตามีน เช่น α-ketoglutarate หรือ pyruvate ซึ่งสามารถป้องกันการสะสมของแอมโมเนีย - ปัญหาที่พบได้บ่อยในสูตรทั่วไป [4]. โดยการคำนวณการใช้สารอาหารต่อเซลล์ (ng/cell/day) นักวิจัยยังสามารถเข้าใจความต้องการทางเมตาบอลิซึมเฉพาะของแต่ละสายพันธุ์ได้ [6].
วิธีการเหล่านี้ให้พื้นฐานที่แข็งแกร่งสำหรับการเปรียบเทียบและปรับปรุงสูตรอาหารเลี้ยงเซลล์.
การเปรียบเทียบสูตรอาหารเลี้ยงเซลล์
เมื่อวิเคราะห์ผลลัพธ์ HTS สิ่งสำคัญคือต้องมุ่งเน้นไปที่ตัวชี้วัดที่สมดุลระหว่างประสิทธิภาพของเซลล์กับความคุ้มค่า.เวลาการเพิ่มจำนวน (ความเร็วในการแบ่งตัวของเซลล์) และผลผลิต (เซลล์ที่เก็บเกี่ยวต่อหนึ่งลิตร) เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ในเดือนกันยายน 2022 นักวิจัยที่ มหาวิทยาลัยทัฟส์, นำโดย E.N. โอนีล ได้ทำการวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วอย่างละเอียดบนเซลล์ต้นกำเนิดกล้ามเนื้อไก่และไฟโบรบลาสต์ ผลการวิจัยของพวกเขาเผยให้เห็นว่าหลายองค์ประกอบในสื่อมาตรฐานเช่น DMEM ไม่ได้ถูกใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่โดยเซลล์ ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความไม่มีประสิทธิภาพและค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น [6].
| สูตรผสม | เวลาเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่า | กลยุทธ์การลดต้นทุนหลัก |
|---|---|---|
| Beefy-9 | ~55 ชั่วโมง | ใช้ recombinant albumin เพื่อลดต้นทุนการผลิต[4] |
| iBSCs ที่ถูกออกแบบ | ~60 ชั่วโมง | การแสดงออกของ FGF2 นอกที่ช่วยลดความจำเป็นในการเพิ่มปัจจัยการเจริญเติบโต[4] |
| Believer Meats SFM | N/A | พึ่งพาส่วนประกอบเกรดอาหารเพื่อลดต้นทุนอย่างมาก[4] |
| Essential 8 | N/A | ต้นทุนสูงที่เกิดจาก FGF-2 และ TGF-β เป็นหลัก[4] |
ตัวอย่างความสำเร็จของ HTS มาจาก Mosa Meat ซึ่งได้ร่วมมือกับ Nutreco เพื่อแทนที่ 992% ของอาหารพื้นฐานของเซลล์ (โดยน้ำหนัก) ด้วยวัสดุเกรดอาหาร รักษาการเจริญเติบโตของเซลล์ให้เทียบเท่ากับสื่อเกรดยา [4]. แม้ว่าวัสดุเกรดอาหารจะสามารถลดต้นทุนได้อย่างมาก แต่จำเป็นต้องมีการทดสอบแบทช์อย่างเข้มงวดเพื่อให้มั่นใจในคุณภาพและหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนเนื่องจากมาตรฐานการผลิตที่เข้มงวดน้อยกว่า [4].
เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด จำเป็นต้องปรับแต่ง สื่อการเจริญเติบโตและอาหารเสริม สำหรับทั้งการเพิ่มจำนวนเซลล์และการแยกแยะ เพื่อให้มั่นใจว่าตรงตามความต้องการด้านประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงคุ้มค่า
การตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของสื่อและการติดตามผลลัพธ์
เมื่อปรับสูตรสื่อ การตรวจสอบอย่างละเอียดเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้มั่นใจว่ามีการปรับปรุงในด้านผลผลิตและประสิทธิภาพต้นทุนสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง กระบวนการนี้ช่วยระบุว่าการปรับเปลี่ยนใดที่ทำงานได้ดีภายใต้สภาพการใช้งานจริงและการปรับเปลี่ยนใดที่ไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง
การทดสอบเพื่อปรับปรุงผลผลิต
เริ่มต้นด้วยการติดตามตัวชี้วัดการแพร่กระจายที่สำคัญ เช่น ความหนาแน่นของเซลล์ (วัดผ่านการทดสอบ Presto Blue หรือ Hoechst) การเพิ่มจำนวนประชากร และเวลาการเพิ่มจำนวนประชากร ในหลายๆ การผ่านเซลล์ สำหรับเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง myogenicity - ความสามารถของเซลล์ในการสร้างเส้นใยกล้ามเนื้อ - มีความสำคัญเท่าเทียมกัน ใช้ดัชนีการหลอมรวม (อัตราส่วนของเซลล์ที่มีนิวเคลียสอย่างน้อยสองนิวเคลียสต่อจำนวนนิวเคลียสทั้งหมด) เพื่อยืนยันว่าการสร้างเส้นใยกล้ามเนื้อไม่ได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงของสื่อ [5].
การวิเคราะห์ภาพอัตโนมัติสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกที่เป็นวัตถุประสงค์เกี่ยวกับฟีโนไทป์ของเซลล์และลักษณะของเส้นใยกล้ามเนื้อ เทคโนโลยีนี้ยังช่วยปรับสำหรับการสลายตัวอย่างรวดเร็วของ ปัจจัยการเจริญเติบโต, ซึ่งมักมีครึ่งชีวิตน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมงที่ 37°C เพื่อแก้ไขปัญหานี้ พิจารณาการเสริมสองเท่า (e.g. ในวันที่ 1 และ 3) เพื่อรักษาความหนาแน่นของเซลล์ที่สูงขึ้น [3][5]. นอกจากนี้ ใช้ ELISA เพื่อตรวจสอบการบริโภคกรดอะมิโนและการลดลงของปัจจัยการเจริญเติบโต ซึ่งจะช่วยในการพิจารณาว่าสารอาหารถูกใช้ประโยชน์อย่างมีประสิทธิภาพหรือหมดเร็วเกินไป [3][5].
โปรดจำไว้ว่าสูตรอาหารมักจะเฉพาะเจาะจงตามสายพันธุ์ สิ่งที่ใช้ได้ดีกับเซลล์ดาวเทียมของวัวอาจไม่เหมาะสมกับเซลล์ของหมูหรือไก่ [5]. การทดสอบสูตรอาหารในสายพันธุ์และประเภทเซลล์เป้าหมายของคุณเป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนี้ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าสูตรอาหารสนับสนุนการเพิ่มจำนวนในระยะยาวผ่านการผ่านหลายครั้ง ไม่ใช่แค่การเจริญเติบโตในระยะสั้น [5].
ในขณะที่ตรวจสอบการใช้สารอาหาร การรักษาสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมเพื่อสนับสนุนประสิทธิภาพของเซลล์ก็มีความสำคัญเช่นกัน
การควบคุมสภาพแวดล้อม
ความเสถียรของสภาพแวดล้อมมีบทบาทสำคัญในการสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ รักษาค่า pH และ osmolality ให้อยู่ในช่วงทางสรีรวิทยา และใช้การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วเพื่อติดตามการสะสมของแลคเตท ปรับกลยุทธ์การให้อาหารตามความจำเป็นเพื่อรักษาค่า pH, osmolality และระดับสารอาหารให้เหมาะสม[6]. เซลล์ประเภทต่างๆ มักต้องการการควบคุมสภาพแวดล้อมที่ปรับแต่งเฉพาะ
วัดการบริโภคสารอาหารต่อเซลล์ในช่วงแรก (ใน ng/เซลล์/วัน) เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ไม่ได้ถูกจำกัดโดยการหมดของสื่อในระหว่างการเพาะเลี้ยงที่ยาวนาน[6]. การวิเคราะห์นี้ช่วยระบุว่าการเจริญเติบโตที่ช้าลงเกิดจากการหมดของสารอาหารหรือการเปลี่ยนแปลงในสภาพแวดล้อม นอกจากนี้ ให้พิจารณาจำนวนการผ่านในระหว่างการทดสอบ เนื่องจากการผ่านที่สูงขึ้นอาจแสดงอัตราการเพิ่มจำนวนที่ลดลงหรือการเปลี่ยนแปลงของเมตาบอลิซึม[6]. ระบบการตรวจสอบอัตโนมัติ, ที่รวมกับสื่อที่กำหนดทางเคมี สามารถลดความแปรปรวนของชุดและช่วยรักษาสภาพแวดล้อมที่สม่ำเสมอตลอดกระบวนการตรวจสอบ[3][6].
การจัดหาสื่อการเจริญเติบโตผ่านCellbase
ภาพรวมของ Cellbase
เมื่อคุณได้ปรับแต่งสูตรสื่อของคุณและตรวจสอบประสิทธิภาพแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการล็อคห่วงโซ่อุปทานที่เชื่อถือได้ นี่คือที่ที่
แพลตฟอร์มจัดหมวดหมู่ผลิตภัณฑ์เป็นกลุ่มเฉพาะ - Basal Media , Growth Factors & Cytokines, Media Supplements, FBS Alternatives, และ Bioprocess Media . เพื่อให้ง่ายต่อการจัดหา
สำหรับทีมที่ย้ายจาก R&D ไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์ คอลเลกชัน Bioprocess Media เป็นตัวเปลี่ยนเกมมันมีคุณสมบัติเป็นสูตรผงเข้มข้นที่ออกแบบมาสำหรับสภาพแวดล้อมของเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพและระบบการให้อาหารอัตโนมัติ ซึ่งต้องการ การวิเคราะห์ต้นทุนเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ อย่างรอบคอบสำหรับการขยายขนาด ซึ่งสามารถลดต้นทุนต่อหนึ่งลิตรได้อย่างมากเมื่อเทียบกับทางเลือกแบบของเหลว [12][13] . วิธีการที่มุ่งเน้นนี้ทำให้การจัดซื้อจัดจ้างง่ายขึ้นและรับประกันการเข้าถึงการสนับสนุนจากผู้เชี่ยวชาญ
ประโยชน์สำหรับมืออาชีพด้านเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
เมื่อคุณได้กำหนดสูตรสื่อของคุณแล้ว การจัดหาวัตถุดิบที่มีคุณภาพสูงและราคาย่อมเยาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการควบคุมต้นทุนการผลิต
บทสรุป
การปรับแต่งสื่อการเจริญเติบโตเพื่อเพิ่มผลผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงต้องใช้กลยุทธ์ที่ปรับแต่งเฉพาะการวิจัยอย่างต่อเนื่องชี้ให้เห็นว่าสื่อเดียวไม่น่าจะเป็นทั้งอุดมคติและคุ้มค่าสำหรับการเพาะเลี้ยงเซลล์หลายประเภท [6].
กระบวนการเริ่มต้นด้วย การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้ว เพื่อระบุส่วนประกอบที่ขาดและเกิน จากนั้นปรับระดับกลูโคส กรดอะมิโน และปัจจัยการเจริญเติบโตให้สอดคล้องกับความต้องการเมตาบอลิซึมของสายเซลล์ของคุณ ในขณะที่จัดการกับการสลายโปรตีนอย่างรวดเร็ว โดยที่สื่อมักจะคิดเป็นมากกว่า 95% ของต้นทุนการผลิต [5], การเปลี่ยนไปใช้ทางเลือกเกรดอาหารและการใช้การเสริมหลายโดสสำหรับปัจจัยการเจริญเติบโตที่ไม่เสถียรสามารถลดต้นทุนได้อย่างมากโดยไม่ลดผลผลิต [5].
วิธีการทดสอบขั้นสูงยังมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพนี้ การคัดกรองแบบความเร็วสูงสามารถเร่งการค้นพบได้ แต่ความก้าวหน้าที่แท้จริงมาจากการตรวจสอบความถูกต้องในสภาพแวดล้อมการผลิต เช่น เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ. เนื่องจากความต้องการสารอาหารสำหรับการแยกตัวมักจะแตกต่างจากการเพิ่มจำนวน การทดสอบตลอดทั้งวงจรการผลิตจึงมีความสำคัญ การปรับเปลี่ยนเหล่านี้ทำให้มั่นใจได้ว่าสื่อสนับสนุนทั้งการเจริญเติบโตของเซลล์และการแยกตัวที่ประสบความสำเร็จ.
เมื่อสูตรได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้ว การรักษาความปลอดภัย ห่วงโซ่อุปทานที่เชื่อถือได้ เป็นขั้นตอนต่อไป แพลตฟอร์มเช่น
ในขณะที่แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดยังคงพัฒนาไปเรื่อย ๆ กุญแจสำคัญยังคงเหมือนเดิม: การทดสอบอย่างเป็นระบบ การปรับเปลี่ยนตามข้อมูล และการจัดหาที่เชื่อถือได้สามารถเปลี่ยนการปรับปรุงเล็กน้อยให้เป็นความก้าวหน้าครั้งใหญ่
คำถามที่พบบ่อย
ฉันควรทดสอบสื่อที่ใช้แล้วแบบใดก่อนเพื่อหาคอขวดหลัก?
การวิเคราะห์สื่อที่ใช้แล้วเป็นขั้นตอนสำคัญในการระบุ การขาดสารอาหาร และ การสะสมของของเสีย. การใช้เครื่องมือเมตาโบโลมิกส์ คุณสามารถตรวจจับสารอาหารที่สำคัญ เช่น กลูโคส กรดอะมิโน และสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับพลังงานที่ถูกบริโภคหรือสูญเสียไป การวิเคราะห์นี้ยังช่วยให้เห็นปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการเจริญเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์ ช่วยในการตัดสินใจว่าการผลิตถูกขัดขวางโดยการขาดสารอาหารหรือของเสียที่มากเกินไปหรือไม่ การทดสอบในระยะแรกช่วยให้สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างแม่นยำเพื่อปรับปรุงผลผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ฉันจะตั้งค่าระดับกลูโคสอย่างไรเพื่อเพิ่มการเจริญเติบโตโดยไม่ทำให้เกิดการสะสมของแลคเตท?
เพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงในขณะที่หลีกเลี่ยงการสะสมของแลคเตท จำเป็นต้องรักษาระดับกลูโคสให้อยู่ในช่วง 5 ถึง 20 mM.เครื่องมือการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ เช่น เซ็นเซอร์แบบอินไลน์ สามารถช่วยติดตามการบริโภคกลูโคสและการผลิตแลคเตทได้ โดยใช้ข้อมูลนี้ คุณสามารถปรับอัตราการให้อาหารเพื่อรักษาสมดุล นอกจากนี้ การใช้เทคนิคการวิเคราะห์เมตาบอลิซึม เช่น เมตาบอลโลมิกส์ สามารถช่วยปรับระดับสารอาหารให้เหมาะสม วิธีการนี้ช่วยให้การเจริญเติบโตของเซลล์มีประสิทธิภาพในขณะที่ลดความเครียดที่เกี่ยวข้องกับแลคเตท ซึ่งในที่สุดจะช่วยเพิ่มผลผลิต
วิธีที่ปลอดภัยที่สุดในการเปลี่ยนไปใช้ส่วนประกอบเกรดอาหารโดยไม่สูญเสียผลผลิตคืออะไร?
เพื่อทำการเปลี่ยนไปใช้ส่วนประกอบเกรดอาหารอย่างปลอดภัยในขณะที่รักษาผลผลิตไว้ สิ่งสำคัญคือต้องปรับแต่งและตรวจสอบสื่อการเจริญเติบโตของคุณ เริ่มต้นด้วยการใช้ การวิเคราะห์เมตาบอลโลมิกส์ เพื่อปรับสารอาหารที่จำเป็น เช่น กลูโคสและกรดอะมิโน คุณอาจสำรวจสูตรที่ปรับแต่งเองหรือการแทนที่บางส่วนของสื่อเพื่อรักษาการเจริญเติบโตของเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพ
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสื่อที่อัปเดตเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและกฎระเบียบ เช่น Novel Food Regulations ของสหราชอาณาจักร. เพื่อลดความเสี่ยง ให้ใช้วิธีการทดสอบแบบค่อยเป็นค่อยไปตลอดกระบวนการเปลี่ยนผ่าน
