สื่อปราศจากเซรั่มกำลังเปลี่ยนแปลงการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงโดยการแทนที่เซรั่มจากเลือดวัวในครรภ์ (FBS) ด้วยสูตรที่กำหนดไว้และปราศจากสัตว์ การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยแก้ไขปัญหาด้านต้นทุน จริยธรรม และกฎระเบียบ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความสม่ำเสมอและความสามารถในการขยายตัว กลยุทธ์สำคัญได้แก่:
- การลดต้นทุน: สื่อพื้นฐานเกรดอาหารช่วยลดต้นทุนได้ถึง 82% ในระดับใหญ่
- สูตรที่ปรับแต่ง: ความต้องการสารอาหารแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ ประเภทเซลล์ และระยะการเจริญเติบโต (การเพิ่มจำนวนเทียบกับการแยกแยะ)
- ปัจจัยการเจริญเติบโต: ส่วนประกอบเช่น FGF2 อินซูลิน และซีลีเนียมสนับสนุนการเจริญเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์
- การควบคุมแอมโมเนีย: ทางเลือกแทนกลูตามีนป้องกันสารยับยั้งการเผาผลาญ
-
การจัดหา: แพลตฟอร์มเช่น
Cellbase ทำให้การจัดหาส่วนประกอบของสื่อเป็นเรื่องง่ายขึ้น
เทคนิคที่มีความแม่นยำ เช่น เมตาโบโลมิกส์และการออกแบบการทดลอง (DOE) ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพของสูตรเพื่อการเจริญเติบโตและการแยกแยะของเซลล์ที่ดีขึ้น ซึ่งทำให้การผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีประสิทธิภาพและสามารถขยายขนาดได้มากขึ้น ในขณะที่ยังคงมาตรฐานความปลอดภัยของอาหารที่เข้มงวด
ดร. ปีเตอร์ สโตจิออส: ปัจจัยการเจริญเติบโตที่มีต้นทุนต่ำสำหรับสื่อที่ปราศจากเซรั่ม
องค์ประกอบหลักของสื่อที่ปราศจากเซรั่ม
การสร้างสื่อที่ปราศจากเซรั่มที่มีประสิทธิภาพต้องให้ความสำคัญกับบทบาทของแต่ละองค์ประกอบ สูตรเหล่านี้มักจะรวมสื่อพื้นฐานกับสารเสริมที่เลือกอย่างแม่นยำ เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ได้รับสารอาหารที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตและการแยกแยะ ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
สื่อพื้นฐานและหมวดหมู่สารอาหาร
หัวใจของสูตรที่ปราศจากเซรั่มคือสื่อพื้นฐาน ซึ่งให้สารอาหารที่จำเป็นเช่น กลูโคส กรดอะมิโน วิตามิน และสารบัฟเฟอร์ pH ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับเมแทบอลิซึมของเซลล์ในบรรดาสื่อพื้นฐานที่ใช้กันทั่วไป DMEM/F-12 โดดเด่นออกมา มันผสมผสานความอุดมสมบูรณ์ของสารอาหารของ DMEM กับองค์ประกอบที่หลากหลายของ Ham's F12 ทำให้เหมาะสำหรับเซลล์หลากหลายประเภทที่ใช้ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [2] อีกทางเลือกหนึ่งคือ Ham's F10 ซึ่งพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในสูตรที่แทนที่เซรั่มจากลูกวัวในครรภ์ด้วยส่วนประกอบที่กำหนด [2].
กลูโคสทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานหลัก โดยมีความเข้มข้นอยู่ในช่วง 0 ถึง 5 กรัม/ลิตร ขึ้นอยู่กับความต้องการเมตาบอลิซึมของสายเซลล์ ตัวอย่างเช่น การวิจัยเกี่ยวกับเซลล์ CHO พบว่าการปรับกลูโคสให้เหมาะสมที่ 1.4 กรัม/ลิตร ส่งผลให้ได้ผลผลิตโปรตีนรีคอมบิแนนท์สูงสุดที่ 3.5 กรัม/ลิตร [3] กรดอะมิโนและวิตามินมีความสำคัญเท่าเทียมกัน - กรดอะมิโนทำหน้าที่เป็นโครงสร้างสำหรับโปรตีนและเมตาบอลิซึมของพลังงาน ในขณะที่วิตามินทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์ในกระบวนการเอนไซม์
การรักษาค่า pH ที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ ซึ่งทำได้ผ่านระบบบัฟเฟอร์ที่ทำให้การทำงานของเซลล์คงที่และป้องกันความผิดปกติของเมตาบอลิซึม ธาตุที่จำเป็นเช่น เหล็ก แมกนีเซียม แคลเซียม และสังกะสี เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในฐานะโคแฟกเตอร์สำหรับเอนไซม์และในการส่งสัญญาณของเซลล์ สารคีเลตเช่น EDTA ควบคุมไอออนโลหะเหล่านี้ ป้องกันการเกิดของอนุมูลอิสระและสนับสนุนการทำงานของเอนไซม์ [4].
หนึ่งในความท้าทายของสูตรที่ปราศจากเซรั่มคือการจัดการแอมโมเนีย ซึ่งเป็นสารยับยั้งการเจริญเติบโตที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาผลาญกลูตามีน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยเช่น Hubalek และคณะได้พัฒนาสื่อที่ปราศจากเซรั่มที่แทนที่ GlutaMAX ด้วยสารประกอบที่ไม่ผลิตแอมโมเนีย เช่น α-ketoglutarate, กลูตาเมต และไพรูเวต นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่รักษาการเจริญเติบโตของเซลล์ในระยะสั้นที่เทียบเท่าโดยไม่มีการสะสมของแอมโมเนีย แต่ยังเพิ่มความสามารถในการสร้างไขมันของเซลล์ต้นกำเนิดไฟโบร-อะดิโพเจนิกส์ได้ถึง 2.1 เท่า [2].สารอาหารพื้นฐานเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการเสริมชั้นถัดไป
ปัจจัยการเจริญเติบโตและโปรตีนรีคอมบิแนนท์
เมื่อสารอาหารพื้นฐานได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้ว ปัจจัยการเจริญเติบโตจะถูกนำมาใช้เพื่อปรับแต่งสูตรที่ปราศจากเซรั่ม โมเลกุลเหล่านี้จับกับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ กระตุ้นเส้นทางสัญญาณที่ส่งเสริมการแบ่งเซลล์ การอยู่รอด และการทำงานของเมตาบอลิซึม ในบรรดานี้ ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ 2 (FGF2) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความสามารถในการส่งเสริมการเพิ่มจำนวนเซลล์และรักษาความมีชีวิต ขึ้นอยู่กับประเภทของเซลล์และผลลัพธ์ที่ต้องการ ปัจจัยเพิ่มเติมเช่น ปัจจัยการเจริญเติบโตที่เปลี่ยนแปลงและปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนังอาจถูกนำมาใช้ด้วย [2].
ส่วนประกอบสำคัญอื่น ๆ ได้แก่ อินซูลิน ทรานสเฟอร์ริน และซีลีเนียม อินซูลินมีบทบาทสองประการในฐานะตัวควบคุมเมตาบอลิซึมและตัวส่งเสริมการเจริญเติบโตTransferrin มีความสำคัญต่อการขนส่งเหล็กและการสังเคราะห์ DNA ในขณะที่ซีลีเนียมทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์สำหรับเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระ ปกป้องเซลล์จากความเสียหายจากออกซิเดชัน การใช้ความเข้มข้นที่กำหนดของส่วนประกอบเหล่านี้ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอและลดความแปรปรวนระหว่างชุด [3].
โปรตีนพาหะเช่น bovine serum albumin (BSA) และอัลบูมินรีคอมบิแนนท์ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน พวกมันขนส่งฮอร์โมนที่ละลายในไขมันและปัจจัยการเจริญเติบโต บัฟเฟอร์ค่า pH และปกป้องโปรตีนที่บอบบางจากการเสื่อมสภาพ ในขณะที่ BSA เป็นอาหารเสริมที่พิสูจน์แล้วสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวัฒนธรรมเซลล์ CHO - อัลบูมินรีคอมบิแนนท์ให้ประโยชน์ที่คล้ายกันโดยไม่ต้องพึ่งพาวัสดุที่ได้จากสัตว์ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอ แต่ยังแก้ไขข้อกังวลด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [2][3] การเลือกโปรตีนพาหะที่เหมาะสมมักเกี่ยวข้องกับการสร้างสมดุลระหว่างต้นทุน ประสิทธิภาพ และเป้าหมายด้านความยั่งยืน
ความก้าวหน้าในด้านโอมิกส์และทรานสคริปโตมิกส์กำลังช่วยในการระบุความต้องการสารอาหารเฉพาะของเซลล์แต่ละประเภท วิธีการที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลนี้กำลังเปิดทางให้กับการสร้างสูตรที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้น ผลักดันการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงเข้าสู่ยุคใหม่ของความแม่นยำและการขยายขนาด
การเพิ่มประสิทธิภาพของสื่อสำหรับการเพิ่มจำนวนและการแยกแยะเซลล์
การออกแบบสื่อที่ปราศจากเซรั่มซึ่งตอบสนองความต้องการเฉพาะของแต่ละช่วงการเจริญเติบโตต้องให้ความสนใจกับความต้องการสารอาหารที่เปลี่ยนแปลงของเซลล์ แทนที่จะยึดติดกับสูตรเดียวตลอดกระบวนการเพาะเลี้ยง นักวิจัยพบว่าสื่อที่ปรับแต่งสำหรับแต่ละช่วงให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า
ความต้องการในช่วงการเพิ่มจำนวน
ในช่วงการเพิ่มจำนวน จุดเน้นอยู่ที่การบรรลุการเจริญเติบโตของเซลล์ที่รวดเร็วและยั่งยืน ส่วนผสมของสารอาหารต้องสนับสนุนการเผาผลาญที่กระตือรือร้น การสังเคราะห์ DNA และการแบ่งเซลล์บ่อยครั้ง[3]อาหารเสริมที่สำคัญเช่นอินซูลิน, ทรานสเฟอร์ริน, และซีลีเนียมถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มอัตราการขยายตัวในเซลล์ประเภทต่างๆ.
กลูโคสมีบทบาทสำคัญในระยะนี้ ความเข้มข้นต้องถูกปรับสมดุลอย่างระมัดระวัง - น้อยเกินไปจะจำกัดการใช้พลังงาน ในขณะที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การสะสมของแลคเตทและความเครียดทางเมตาบอลิซึม.
อีกหนึ่งความท้าทายคือการจัดการระดับแอมโมเนีย แหล่งกลูตามีนแบบดั้งเดิมผลิตแอมโมเนียระหว่างการเผาผลาญ ซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้แทนที่ GlutaMAX ด้วยทางเลือกอื่นๆ เช่น α-ketoglutarate, กลูตาเมต, และไพรูเวต สารประกอบเหล่านี้เข้าสู่ TCA cycle หรือเส้นทางกลูตามิโนไลซิสโดยไม่สร้างแอมโมเนีย สนับสนุนการเจริญเติบโตในขณะที่กำจัดผลพลอยได้นี้ [2].
วิธีการที่มีโครงสร้างเช่น Design of Experiments (DOE) และ Response Surface Methodology ช่วยลดการคาดเดาในการปรับสื่อให้เหมาะสม.ตัวอย่างเช่น การศึกษาโดยใช้การออกแบบ Box–Behnken ได้ปรับปัจจัยสี่อย่าง - อินซูลิน, ทรานสเฟอร์ริน, ซีลีเนียม, และกลูโคส - สำหรับเซลล์ CHO ความเข้มข้นที่เหมาะสมถูกกำหนดเป็นอินซูลินที่ 1.1 g/L, ทรานสเฟอร์รินที่ 0.545 g/L, ซีลีเนียมที่ 0.000724 g/L, และกลูโคสที่ 1.4 g/L โดยได้คะแนนความพึงพอใจที่ 1.0 [3].
ในอีกตัวอย่างหนึ่ง Lin และคณะได้ใช้เมตาโบโลมิกส์ภายในเซลล์เพื่อคัดกรองเมตาโบไลต์ 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ โดยการใช้ DOE พวกเขาได้เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 40.72% เมื่อเทียบกับสื่อพื้นฐาน [6].
เมื่อระยะการเพิ่มจำนวนเซลล์ได้รับการปรับให้เหมาะสม ขั้นตอนต่อไปคือการปรับสื่อเพื่อเริ่มการแยกตัว
การปรับระยะการแยกตัว
เมื่อเซลล์ถึงความหนาแน่นที่ต้องการ องค์ประกอบของสื่อต้องเปลี่ยนเพื่อส่งเสริมการแยกตัวแทนการเพิ่มจำนวนเซลล์This phase requires different metabolic signals to activate lineage-specific pathways, particularly for cultivated meat production.
Interestingly, the same non-ammonia-producing compounds that aid proliferation also enhance differentiation. For instance, fibro-adipogenic progenitors cultured in media containing pyruvate and α-ketoglutarate maintained their ability to differentiate and avoided ammonia build-up. These cells showed a 2.1-fold increase in adipogenic capacity compared to those grown in GlutaMAX-based media [2].
Transcriptomic techniques offer another way to tailor differentiation media. Messmer and colleagues identified surface receptors that are upregulated during myogenic differentiation under serum starvation. By testing ligands for these receptors, they created a serum-free medium specifically designed for muscle cell development [6].
บทสรุป? สื่อการแยกแยะต้องถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งสัญญาณทางชีวภาพที่ขับเคลื่อนการมุ่งมั่นของสายพันธุ์ในประเภทเซลล์เป้าหมายตามธรรมชาติ
การปรับแต่งเฉพาะสายพันธุ์และประเภทเซลล์
แม้หลังจากการปรับแต่งเฉพาะเฟส สูตรสื่อมักจะต้องปรับแต่งให้เหมาะสมกับแต่ละสายพันธุ์และประเภทเซลล์ สื่อที่ไม่มีเซรั่มแบบขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคนไม่มีอยู่จริง ความต้องการทางโภชนาการสามารถแตกต่างกันอย่างมากระหว่างเซลล์ของวัว หมู และสัตว์ปีก - และแม้กระทั่งในประเภทเซลล์จากสายพันธุ์เดียวกัน[6].
บางบริษัทได้แสดงให้เห็นว่าการเลือกส่วนผสมอย่างรอบคอบสามารถบรรลุความเข้ากันได้หลายสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น IntegriCulture Inc. และ JT Group ได้พัฒนาสูตรอาหารที่เรียกว่า I-MEM2.0 ซึ่งสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์กล้ามเนื้อลายของวัว เซลล์ตับเป็ด และเซลล์หลักของไก่ห้าประเภท[6].
เมตาบอลโลมิกส์สามารถระบุความต้องการเมตาบอลิกที่เฉพาะเจาะจงของเซลล์ได้ การศึกษาฟิโบรบลาสต์ของไก่ ตัวอย่างเช่น ได้ระบุเมตาบอไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตซึ่งรับผิดชอบต่อความแตกต่างในประสิทธิภาพของสื่อพื้นฐาน [6] ในทำนองเดียวกัน วิธีการหลายขั้นตอนในการสร้างสื่อที่ปราศจากส่วนประกอบจากสัตว์ได้ทดสอบการผสมผสานของอาหารเสริมต่างๆ สำหรับฟิโบรบลาสต์ NIH 3T3 และต่อมาได้ปรับสูตรสำหรับสายเซลล์อื่นๆ อีกสามสาย [5] ในขณะที่ส่วนประกอบหลักเช่น อินซูลิน ทรานส์เฟอร์ริน และซีลีเนียมยังคงมีความสำคัญ ความเข้มข้นที่เหมาะสมและเมทริกซ์สารอาหารรอบข้างมักจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์
แม้แต่การเลือกสื่อพื้นฐานก็สะท้อนถึงความต้องการของประเภทเซลล์ DMEM/F-12 เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมเพราะรวมเนื้อหาสารอาหารสูงของ DMEM เข้ากับส่วนประกอบที่หลากหลายของ Ham's F12 ทำให้เหมาะสำหรับเซลล์ที่ยึดติดหลากหลายประเภท [2]ในทางกลับกัน F10 ของ Ham มีประสิทธิภาพในบางกรณี โดยเฉพาะเมื่อเซรั่มถูกแทนที่ด้วยส่วนประกอบที่กำหนด [2].
| แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพ | การประยุกต์ใช้ | ผลลัพธ์สำคัญ |
|---|---|---|
| เมตาโบโลมิกส์ + DOE | ไฟโบรบลาสต์ของไก่ | 40.การเจริญเติบโตของเซลล์สูงขึ้น 72% ด้วยเมตาบอไลต์ที่ปรับปรุงแล้ว 28 ชนิด [6] |
| ทรานสคริปโตมิกส์ | การแยกแยะกล้ามเนื้อ | ระบุรีเซพเตอร์ที่เพิ่มขึ้นเพื่อสร้างสูตรสื่อแยกแยะ [6] |
| การแทนที่ส่วนประกอบ | สื่อหลายสายพันธุ์ | ลดส่วนประกอบจาก 31 เป็น 16; รองรับเซลล์โค, เป็ด, และไก่ 5 ชนิด [6] |
| การคัดกรอง Plackett–Burman | เซลล์ HEK293 | ระบุ MgSO₄, EDTA, และเหล็กซิเตรตเป็นปัจจัยการเจริญเติบโตที่สำคัญ [4] |
แร่ธาตุเช่นเหล็ก, แมกนีเซียม, แคลเซียม, และสังกะสีมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการเจริญเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์ โดยระดับที่เหมาะสมจะแตกต่างกันไปตามชนิดของเซลล์ [4].ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์พาเรโตของการเพาะเลี้ยงเซลล์ HEK293 พบว่าในขณะที่ระดับแมกนีเซียมซัลเฟตและ EDTA ที่สูงขึ้นขัดขวางการเจริญเติบโต แต่การเพิ่มแอมโมเนียมไอออน (III) ซิเตรตช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตได้อย่างมาก [4].
ข้อสรุปหลัก? สูตรที่ปรับแต่งสำหรับระยะการเพิ่มจำนวนและการแยกตัว รวมถึงการปรับเปลี่ยนตามชนิดและประเภทของเซลล์เป็นสิ่งจำเป็น การตรวจสอบความถูกต้องของสูตรเหล่านี้ในเซลล์เป้าหมายก่อนการขยายการผลิตสามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพของเซลล์ที่ดีขึ้น เวลาการเพาะเลี้ยงที่สั้นลง และการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น [6].
sbb-itb-ffee270
การพิจารณาต้นทุนและความยั่งยืน
เมื่อพูดถึงการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง การสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและความยั่งยืนเป็นสิ่งสำคัญอุปสรรคทางการเงินที่สำคัญอยู่ที่การสร้างสื่อการเจริญเติบโต ซึ่งส่วนประกอบของสื่อพื้นฐานเกรดยา - พร้อมกับปัจจัยการเจริญเติบโตและโปรตีนรีคอมบิแนนท์ - ทำให้ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น เพื่อให้เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์มากขึ้น กลยุทธ์ต้องมุ่งเน้นไปที่การจัดหาทางเลือกและลดของเสียโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพของเซลล์
การลดการพึ่งพาส่วนประกอบที่มีราคาแพง
วิธีการที่มีแนวโน้มในการลดต้นทุนคือการเปลี่ยนส่วนประกอบของสื่อพื้นฐานเกรดยาเป็นทางเลือกเกรดอาหาร งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถลดต้นทุนของสื่อพื้นฐานได้ถึง 77% และต้นทุนโดยรวมได้ถึง 82% ในระดับการผลิต 1 กิโลกรัม [6] ที่สำคัญ การเปลี่ยนแปลงที่ประหยัดต้นทุนนี้ไม่ลดทอนคุณภาพ ตัวอย่างเช่น IntegriCulture Inc. ได้แสดงให้เห็นการเจริญเติบโตของเซลล์ที่ประสบความสำเร็จสำหรับเซลล์กล้ามเนื้อลายของหนู (C2C12) และเซลล์ต้นกำเนิดจากกล้ามเนื้อลายของวัวโดยใช้ DMEM เกรดอาหาร [6]
IntegriCulture Inc. ได้ปรับปรุงสูตรสื่อของตนให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยลดจำนวนส่วนประกอบจาก 31 เป็น 16 ใน I-MEM2.0 เกรดอาหาร โดยการแทนที่กรดอะมิโนหลายชนิดด้วยสารสกัดจากยีสต์ พวกเขาได้สร้างสูตรที่สนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ปฐมภูมิของวัว เป็ด และไก่หลายชนิด [6].
เทคนิคขั้นสูงเช่นเมตาโบโลมิกส์ภายในเซลล์ยังมีบทบาทในการระบุเมตาโบไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น Lin และเพื่อนร่วมงานได้ระบุเมตาโบไลต์ 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ และโดยใช้วิธีการออกแบบการทดลอง (DOE) ได้เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 40.72% [6]. โดยรวมแล้ว วิธีการเหล่านี้สามารถลดต้นทุนสื่อโดยรวมลงได้ 50–80% [6].
นวัตกรรมเหล่านี้ไม่เพียงแต่ลดต้นทุน แต่ยังเปิดโอกาสให้มีทางเลือกในการจัดหาที่ยั่งยืนมากขึ้น
การจัดหาที่ยั่งยืนและการลดของเสีย
สูตรสื่อที่คุ้มค่ามีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม การเปลี่ยนไปใช้สูตรที่ปราศจากเซรั่มและส่วนประกอบจากสัตว์ช่วยแก้ไขปัญหาด้านจริยธรรมและลดความเสี่ยงในห่วงโซ่อุปทานที่เกี่ยวข้องกับเซรั่มจากลูกวัวในครรภ์[5] นอกจากนี้ การจัดหาส่วนประกอบเกรดอาหารสามารถสอดคล้องกับหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน เช่น การใช้ผลพลอยได้จากการเกษตรหรือกระแสของเสียเป็นส่วนประกอบของสื่อ ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
อีกหนึ่งมาตรการความยั่งยืนคือการนำระบบการประมวลผลที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่มาใช้ ซึ่งสร้างของเสียน้อยกว่าระบบใช้ครั้งเดียว จึงช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะยาว[1].
กลยุทธ์การจัดซื้อยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วยผู้ผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงสามารถหันไปใช้แพลตฟอร์มเช่น
การรับรองว่ามาตรการประหยัดต้นทุนเหล่านี้ไม่ส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของเซลล์ต้องการโปรโตคอลการตรวจสอบที่แข็งแกร่ง การประเมินที่ครอบคลุมควรประเมินปัจจัยต่างๆ เช่น ความมีชีวิตของเซลล์ อัตราการเพิ่มจำนวน ความเสถียรทางเมตาบอลิซึม และความสม่ำเสมอของการเพาะเลี้ยงในระยะยาว กระบวนการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดมีความสำคัญต่อการรักษาความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของแต่ละชุด [5].
| กลยุทธ์การลดต้นทุน | ผลกระทบ | การประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ |
|---|---|---|
| ส่วนประกอบของสื่อพื้นฐานเกรดอาหาร | ลดต้นทุนสื่อพื้นฐานลง 77%; ถูกลง 82% ที่ขนาด 1 กก. [6] | แทนที่เกรดยา ด้วยทางเลือกเกรดอาหาร ในขณะที่ยังคงประสิทธิภาพของเซลล์ [6] |
| ไฮโดรไลเซตจากพืชและสารสกัดจากยีสต์ | ลดจาก 31 เป็น 16 ส่วนประกอบของสื่อ [6] | สูตร I-MEM2.0 ของ IntegriCulture Inc. รองรับเซลล์ประเภทโค, เป็ด, และไก่หลากหลายชนิด [6] |
| การปรับปรุงโดยใช้การวิเคราะห์เมตาบอลอมิกส์ | 40.เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 72% [6] | การระบุและปรับแต่งเมตาบอไลต์ผู้สมัคร 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ผ่าน DOE [6] |
| วิธีการ DOE อย่างเป็นระบบ | ลดต้นทุนสื่อโดยรวมลง 50–80% [6] | ระยะเวลาการพัฒนาที่สั้นลงและลดการสูญเสียวัสดุผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างครอบคลุม [6] |
แม้ว่าการสร้างสูตรเฉพาะสำหรับเซลล์แต่ละประเภทจะต้องมีการลงทุนล่วงหน้า แต่ผลตอบแทนที่ได้รวมถึงผลผลิตเซลล์ที่สูงขึ้น ความล้มเหลวในการเพาะเลี้ยงที่น้อยลง และประสิทธิภาพการผลิตที่ดีขึ้น - ขั้นตอนสำคัญในการทำให้เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์
การนำไปปฏิบัติจริงและทรัพยากรในอุตสาหกรรม
การรับประกันประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในแต่ละชุดการผลิตขณะจัดการต้นทุนและรักษาคุณภาพเป็นสิ่งสำคัญเมื่อทำงานกับสูตรสื่อที่ปราศจากเซรั่ม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความถูกต้องอย่างละเอียดและการสร้างช่องทางการจัดหาที่เชื่อถือได้ ดังที่แสดงรายละเอียดด้านล่าง
การตรวจสอบความถูกต้องและการควบคุมคุณภาพ
การตรวจสอบความถูกต้องเกี่ยวกับความแม่นยำ เทคนิคเช่น transcriptomics และ metabolomics รวมกับการออกแบบการทดลอง (DOE) สามารถปรับแต่งเมแทบอไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตและตรวจสอบเส้นทางการแยกแยะ นำไปสู่การปรับปรุงการเจริญเติบโตของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น Messmer et al. ใช้ transcriptomics เพื่อระบุตัวรับพื้นผิวที่ถูกอัพเรกูเลตในระหว่างการแยกแยะ myogenic ที่เกิดจากการอดเซรั่ม จากนั้นพวกเขาทดสอบลิแกนด์ที่เกี่ยวข้องเพื่อสร้างสื่อแยกแยะ myogenic ที่ปราศจากเซรั่ม [2].Similarly, Lin and colleagues optimised 28 candidate metabolites using intracellular metabolomics and DOE, achieving a 40.72% increase in cell growth compared to baseline conditions [2].
เพื่อรักษาคุณภาพ จำเป็นต้องตรวจสอบเมตริกที่สำคัญ เซลล์ควรแสดงระดับความมีชีวิตอยู่เหนือ 90% อย่างสม่ำเสมอและถึงความหนาแน่นที่ต้องการก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้สื่อที่ปราศจากเซรั่ม 100% [3].
การตรวจสอบเมตาบอลิซึมมีความสำคัญเท่าเทียมกัน แอมโมเนียซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญกลูตามีนสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ได้อย่างรุนแรง [2]. โปรโตคอลการควบคุมคุณภาพควรติดตามระดับแอมโมเนียและมั่นใจว่าสารประกอบทางเลือกที่ไม่ผลิตแอมโมเนียยังคงสนับสนุนทั้งการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวอย่างเช่น การแทนที่ GlutaMAX ด้วยสารประกอบที่ไม่ก่อให้เกิดแอมโมเนียทำให้เซลล์ต้นกำเนิดไฟโบร-แอดิโพเจนิกสามารถรักษาความสามารถในการแยกตัวในขณะที่บรรลุ 2.1-fold increase in adipogenic capacity [2].
DOE provides a structured statistical approach for validation. The Plackett-Burman method, for instance, helps screen multiple factors at two levels (high/low) to identify key effects without requiring extensive preliminary tests [4]. After identifying these factors, more detailed optimisation can be conducted using Response Surface Methodology (RSM) with a Box-Behnken design, which helps achieve maximum production efficiency [3].
ความสม่ำเสมอระหว่างชุดการผลิตเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ ในขณะที่สื่อที่ปราศจากเซรั่มให้สภาวะที่กำหนดทางเคมีและลดความแปรปรวนเมื่อเทียบกับทางเลือกที่ใช้เซรั่ม [3], การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีเหล่านี้อย่างเต็มที่
การจัดหาชิ้นส่วนผ่าน Cellbase
เมื่อสูตรได้รับการตรวจสอบแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการจัดหาชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้ - กระบวนการที่ง่ายขึ้นด้วยแพลตฟอร์มอย่าง
แพลตฟอร์มนี้ทำให้การจัดซื้อเป็นเรื่องง่ายด้วยคุณสมบัติเช่นการกำหนดราคาที่โปร่งใสและการติดแท็กกรณีการใช้งานโดยละเอียด - ไม่ว่าคุณกำลังมองหาชิ้นส่วนที่เข้ากันได้กับโครงสร้าง, ปราศจากเซรั่ม, หรือสอดคล้องกับ GMP สิ่งนี้ทำให้ทีม R&D และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อสามารถค้นหาสิ่งที่ต้องการได้ง่ายขึ้นในขณะที่รักษาสมดุลระหว่างต้นทุนและความยั่งยืน.
สำหรับบริษัทที่กำลังขยายจากการวิจัยไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์
นอกเหนือจากการจัดหา
บทสรุป: การพัฒนาสื่อปลอดเซรั่ม
การสร้างสื่อปลอดเซรั่มที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงเกี่ยวข้องกับการผสมผสานระหว่างความเข้มงวดทางวิทยาศาสตร์กับการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ วิธีการสมัยใหม่พึ่งพาเครื่องมือเช่น การออกแบบการทดลอง (DOE) และ วิธีการพื้นผิวตอบสนอง (RSM) เพื่อปรับแต่งตัวแปรหลายตัวพร้อมกัน วิธีการเหล่านี้ได้ส่งมอบผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ: นักวิจัยรายงานการ เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ 40.72% โดยการปรับแต่งเมตาบอไลต์ 28 ชนิดในไฟโบรบลาสต์ของไก่ ในขณะที่คนอื่น ๆ บรรลุ โปรตีนรีคอมบิแนนท์ 3.5 กรัม/ลิตร โดยการปรับความเข้มข้นของสารอาหารอย่างระมัดระวัง[2][3]. ความก้าวหน้าเหล่านี้เปิดทางสำหรับการปรับปรุงสูตรสื่อและเทคนิคการตรวจสอบ
กระบวนการพัฒนาตามกรอบที่สอดคล้องกันมันเริ่มต้นด้วยการเลือกเบสัลมีเดียมที่เหมาะสม - DMEM/F-12 เป็นตัวเลือกที่พบบ่อยเนื่องจากให้สารอาหารที่หลากหลายที่จำเป็นสำหรับเซลล์ส่วนใหญ่ สารเติมแต่งที่สำคัญเช่นอินซูลิน ทรานสเฟอร์ริน และซีลีเนียมถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ จากนั้น สูตรสารอาหารจะถูกปรับแต่งตามความต้องการเฉพาะของประเภทเซลล์และสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น การแทนที่กลูตามีนแบบดั้งเดิมด้วยทางเลือกที่ไม่สร้างแอมโมเนียได้รับการแสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มความสามารถในการสร้างไขมันได้ 2.1 เท่า ในขณะเดียวกันก็ขจัดการสะสมของแอมโมเนียซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตได้[2].
ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในระหว่างการตรวจสอบความถูกต้อง นักวิจัยมุ่งมั่นที่จะรักษาความมีชีวิตของเซลล์ให้อยู่เหนือ 90% ตรวจสอบระดับแอมโมเนียอย่างใกล้ชิด และรับประกันผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในหลายๆ การผ่านของเซลล์เทคนิคต่างๆ เช่น วิธี Plackett-Burman ถูกใช้เพื่อคัดกรองตัวแปรที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ การออกแบบ Box-Behnken ช่วยให้สามารถปรับแต่งปัจจัยที่สำคัญที่สุดได้อย่างละเอียดเมื่อระบุได้แล้ว[3][4].
ต้นทุนเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการขยายขนาดในเชิงพาณิชย์ ส่วนประกอบที่มีราคาแพงจำเป็นต้องได้รับการปรับแต่งเพื่อให้ได้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างประสิทธิภาพและความคุ้มค่า ณ เดือนพฤศจิกายน 2025 เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงได้รับอนุญาตให้จำหน่ายในเพียงสามประเทศ[1] ดังนั้นสูตรต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยและกฎระเบียบที่เข้มงวดเพื่อให้สามารถขยายตลาดได้
สำหรับการจัดหา แพลตฟอร์มเช่น
คำถามที่พบบ่อย
ประโยชน์ของการใช้สื่อที่ปราศจากเซรั่มแทนเซรั่มจากเลือดวัวในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงคืออะไร
การใช้ สื่อที่ปราศจากเซรั่ม ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีประโยชน์สำคัญหลายประการเมื่อเทียบกับเซรั่มจากเลือดวัว (FBS) เริ่มต้นด้วยการตอบสนองต่อข้อกังวลด้านจริยธรรมที่เกี่ยวข้องกับ FBS ในขณะที่หลีกเลี่ยงธรรมชาติที่ไม่แน่นอนของห่วงโซ่อุปทานของมัน ทำให้สื่อที่ปราศจากเซรั่มเป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือและยั่งยืนมากขึ้น
ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการปรับแต่งสูตรที่ปราศจากเซรั่มเพื่อให้สารอาหารที่จำเป็นสำหรับเซลล์ในการเจริญเติบโต แบ่งตัว และแยกแยะได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการที่ปรับแต่งนี้ช่วยรักษาผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในการผลิต
ยิ่งไปกว่านั้น การกำจัดส่วนประกอบที่มาจากสัตว์ยังช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนและรับรองการอนุมัติจากหน่วยงานกำกับดูแลได้ราบรื่นขึ้น ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีความสำคัญต่อการขยายการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง ปัจจัยเหล่านี้ทำให้สื่อที่ปราศจากเซรั่มเป็นก้าวสำคัญในการสร้างโซลูชันที่คุ้มค่าและสามารถขยายขนาดได้สำหรับอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
ปัจจัยการเจริญเติบโตเช่น FGF2 และอินซูลินมีบทบาทอย่างไรในการส่งเสริมการเจริญเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์ในสื่อที่ปราศจากเซรั่ม?
ปัจจัยการเจริญเติบโตเช่น FGF2 (fibroblast growth factor 2) และ อินซูลิน มีบทบาทสำคัญในสื่อที่ปราศจากเซรั่มโดยการสนับสนุนกิจกรรมที่จำเป็นของเซลล์ FGF2 กระตุ้นการเพิ่มจำนวนเซลล์โดยการเปิดใช้งานเส้นทางที่ส่งเสริมการแบ่งตัวและการเจริญเติบโต ทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการรักษาวัฒนธรรมเซลล์ที่มีสุขภาพดี ในขณะเดียวกัน อินซูลินจัดการการดูดซึมและการเผาผลาญกลูโคส เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์มีพลังงานที่จำเป็นต่อการเจริญเติบโตและการอยู่รอด
ด้วยกัน, ส่วนประกอบเหล่านี้สร้างสภาพแวดล้อมที่จำลองการทำงานสนับสนุนของเซรั่ม, ช่วยให้เซลล์เจริญเติบโตและแยกแยะได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะที่ไม่มีเซรั่ม. อย่างไรก็ตาม, ความเข้มข้นของพวกมันต้องถูกปรับอย่างระมัดระวังให้เหมาะสมกับชนิดของเซลล์เฉพาะและการประยุกต์ใช้ที่ตั้งใจไว้เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด.
จะสามารถปรับปรุงสื่อที่ไม่มีเซรั่มให้เหมาะสมกับสายพันธุ์และชนิดของเซลล์ต่างๆ ในการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงได้อย่างไร?
การปรับปรุงสื่อที่ไม่มีเซรั่มสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงหมายถึงการปรับแต่งส่วนผสมของสารอาหารให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของชนิดเซลล์และสายพันธุ์ต่างๆ. ซึ่งรวมถึงการปรับระดับของ กรดอะมิโนที่จำเป็น, วิตามิน, และ ปัจจัยการเจริญเติบโต อย่างระมัดระวังเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตและพัฒนาของเซลล์.สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการรักษาสมดุลที่เหมาะสมของ ไขมัน, แร่ธาตุ, และ คาร์โบไฮเดรต เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ยังคงมีสุขภาพดีและทำงานตามที่ตั้งใจไว้
เนื่องจากแต่ละสายพันธุ์และประเภทของเซลล์มีความต้องการทางเมตาบอลิซึมที่แตกต่างกัน การปรับแต่งจึงมักเป็นสิ่งจำเป็น เครื่องมือเช่นการคัดกรองแบบความเร็วสูงและการวิเคราะห์เมตาบอลิซึมมีคุณค่าอย่างยิ่งในการระบุสูตรที่ดีที่สุด แพลตฟอร์มเช่น
