ตลาด B2B เนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงแห่งแรกของโลก: อ่านประกาศ

ความยืดหยุ่นของโครงสร้างและการเปลี่ยนแปลงเป็นกล้ามเนื้อ

Scaffold Elasticity and Myogenic Differentiation

David Bell |

หากฉันกำลังเลือกโครงสร้างสำหรับการแยกแยะไมโอบลาสต์ ฉันจะเริ่มด้วยกฎข้อหนึ่ง: อยู่ใกล้กับความแข็งของกล้ามเนื้อธรรมชาติ จากนั้นตรวจสอบเคมีการยึดเกาะและสถาปัตยกรรมรูพรุน

สำหรับวิศวกรกระบวนการชีวภาพและทีมวิจัยและพัฒนาของเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง คำตอบของบทความค่อนข้างตรงไปตรงมา ฉันจะถือว่าช่วง ~8–17 kPa เป็นเป้าหมายทางกลหลัก เพราะนั่นคือที่ที่การยึดเกาะ การหลอมรวม การจัดแนว และการพัฒนาซาร์โคเมอร์มักจะแข็งแกร่งที่สุด แต่ความแข็งเพียงอย่างเดียวไม่ได้ตัดสินผลลัพธ์ จุดยึดเกาะพื้นผิว การปรับโครงสร้างเมทริกซ์ ความแม่นยำในการพิมพ์ และโครงสร้างแอนไอโซทรอปิก ยังคงกำหนดว่าการสร้างเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อที่จัดระเบียบหรือหยุดก่อนการเจริญเติบโต

นี่คือเวอร์ชันสั้น:

  • โครงสร้างที่นุ่มมาก (ประมาณ < 5–6 kPa) มักจะขาดการสนับสนุนเพียงพอสำหรับการยึดเกาะที่มั่นคงและการสร้างกล้ามเนื้อที่จัดแนว
  • โครงสร้างคล้ายกล้ามเนื้อ (ประมาณ 8–12 kPa , และในบางกรณีสูงถึง 17 kPa) มักเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีที่สุดสำหรับการแยกแยะเซลล์กล้ามเนื้อ
  • โครงสร้างระดับกลาง (ประมาณ 10–20 kPa ) สามารถใช้ได้ แต่บ่อยครั้งต้องการสัญญาณการจัดแนวที่แข็งแกร่งขึ้นหรือเคมีพื้นผิวที่ดีกว่า
  • โครงสร้างที่แข็ง (ประมาณ ≥30 kPa ) ไม่ค่อยเหมาะสมกับการปรับโครงสร้างกล้ามเนื้อและการเจริญเติบโตในระยะหลังๆ

ฉันจะแบ่งประเภทของโครงสร้างทั้งหกออกเป็นสองกลุ่มทันที:

การแบ่งนี้สำคัญเพราะวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับ การศึกษากลไก ไม่ใช่วัสดุที่ดีที่สุดเสมอไปสำหรับ การผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง.

การเปรียบเทียบอย่างรวดเร็ว

Scaffold Types for Myoblast Differentiation: Stiffness, Bioactivity & Food Relevance

ประเภทโครงสร้างสำหรับการแยกแยะของไมโอบลาสต์: ความแข็ง, กิจกรรมทางชีวภาพ & ความเกี่ยวข้องกับอาหาร

ประเภทโครงสร้าง บทบาทหลัก ตำแหน่งความแข็งทั่วไป จุดแข็งหลัก ข้อจำกัดหลัก
เจลโพลีอะคริลาไมด์ ระบบมาตรฐาน ปรับได้ในช่วงต่างๆ แยกผลกระทบของความแข็งได้ดี ไม่สามารถรับประทานได้; ต้องการการเคลือบโปรตีน
เจลาตินไฮโดรเจล โครงสร้างที่พิมพ์ได้เกี่ยวข้องกับอาหาร มักจะนุ่มถึงคล้ายกล้ามเนื้อ สามารถรับประทานได้และเป็นมิตรกับการพิมพ์ การคงรูปขึ้นอยู่กับกระบวนการและการเชื่อมโยงข้าม
ไฟบรินไฮโดรเจล เมทริกซ์ที่สนับสนุนการหลอมรวม นุ่มถึงคล้ายกล้ามเนื้อยึดเกาะเซลล์และปรับปรุงโดยไมโอบลาสต์ การจัดหาและความแปรปรวนของชุดผลิตภัณฑ์
คอมโพสิตไหม–โทรโพอีลาสติน โครงสร้างสเกฟโฟลด์ที่จัดเรียง มักจะ 10–15 kPa โมดูลัสที่ปรับได้พร้อมกับมอทิฟการยึดเกาะ ต้องการการผลิตที่ซับซ้อนมากขึ้น
ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่น แพลตฟอร์มทดสอบอิเล็กโทรแมคคานิคัล เป้าหมายยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อ เพิ่มสัญญาณไฟฟ้า มักจะเป็น 2D และไม่สามารถรับประทานได้
สเกฟโฟลด์ที่ใช้โพลียูรีเทน สนับสนุนโครงสร้างการเพาะเลี้ยงระยะยาว ปรับได้ใน 8–17 kPa ช่วง ความคงตัวของรูปทรงและการควบคุมโมดูลัส ต้องการการบำบัดพื้นผิว; ข้อจำกัดการใช้ในอาหาร

หากฉันต้องลดบทความให้เหลือกฎการทำงานเพียงข้อเดียว มันจะเป็นดังนี้: จับคู่ความยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อก่อน จากนั้นเลือกโครงสร้างตามความต้องการว่าคุณต้องการการพิมพ์ การปรับปรุงใหม่ การกระตุ้นด้วยไฟฟ้า หรือการคงรูปร่างในระยะยาว

การจัดกรอบแบบนั้นทำให้การเปรียบเทียบวัสดุที่เหลือใช้งานได้ง่ายขึ้นในการเลือกนั่งร้านในชีวิตประจำวัน

1. โพลีอะคริลาไมด์ เจล

ความยืดหยุ่นที่ปรับได้

เจล PA ให้การควบคุมความแข็งของวัสดุรองรับอย่างแน่นหนา ซึ่งเป็นเหตุผลที่มักใช้ในการศึกษาการแยกแยะกล้ามเนื้อ [2].

ผลลัพธ์การแยกแยะกล้ามเนื้อ

โพลีอะคริลาไมด์ไม่ยึดติดกับเซลล์ตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทำให้มีคุณสมบัติด้วย คอลลาเจน หรือ ลามินิน เพื่อสนับสนุนการยึดเกาะของเซลล์ หากข้ามขั้นตอนนั้นไป เซลล์จะหลุดออกและตาย[2] . ในทางปฏิบัติ นั่นทำให้เจล PA เป็นระบบที่สะอาดสำหรับการทดสอบว่าความแข็งของวัสดุรองรับมีผลต่อการเจริญเติบโตของไมโอบลาสต์อย่างไร[3] [4].

เนื่องจากเจล PA ช่วยให้นักวิจัยสามารถแยกความแข็งจากสัญญาณวัสดุอื่น ๆ ได้ พวกมันจึงมีประโยชน์ในการเปรียบเทียบการตอบสนองของกล้ามเนื้อในโมดูลัสของวัสดุที่แตกต่างกัน ในงานเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง เจล PA ถูกใช้เป็นหลักเป็น มาตรฐานควบคุมความแข็ง, ไม่ใช่เป็นโครงสร้างสำหรับการจัดโครงสร้างอาหาร ซึ่งช่วยให้นักวิจัยมีจุดอ้างอิงเมื่อพวกเขาเปรียบเทียบเจล PA กับวัสดุโครงสร้างที่มีความกระตือรือร้นทางชีวภาพมากกว่า

2. เจลาติน ไฮโดรเจล

ไม่เหมือนกับโพลีอะคริลาไมด์ เจลาตินนำ สัญญาณทางชีวภาพ รวมถึงความยืดหยุ่น

โปรไฟล์วัสดุ

เจลาตินไฮโดรเจลเป็นแพลตฟอร์มไบโอโพลิเมอร์ที่เกี่ยวข้องกับอาหารสำหรับสนับสนุนการขยายตัวและการแยกแยะเซลล์ในเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [3].

การจัดแนวและสถาปัตยกรรม

การพิมพ์ชีวภาพแบบผสมผสานเจลาตินแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างเจลาตินสามารถจัดเส้นใยให้เป็นโครงสร้างที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ [3]. พูดง่ายๆ คือ เจลาตินสามารถช่วยสร้างรูปร่าง และ นำทางการจัดวางเนื้อเยื่อในเวลาเดียวกัน

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะได้ผลก็ต่อเมื่อการพิมพ์รักษาสถาปัตยกรรมรูพรุนที่เป็นมิตรกับเซลล์ไว้ได้ หากกระบวนการเบี่ยงเบน โครงสร้างอาจรักษารูปร่างได้ไม่ดีหรือสูญเสียคุณสมบัติภายในที่เซลล์ต้องการ ในการพิมพ์ชีวภาพกล้ามเนื้อ เรขาคณิต, วิทยาเชิงกล และการตั้งค่าการพิมพ์ต้องตรงกัน; หากไม่ตรงกัน ความถูกต้องของโครงสร้างจะลดลง [1].

จุดแข็งหลักของเจลาตินคือ ความสามารถในการพิมพ์. จุดอ่อนคือการควบคุมกระบวนการที่เข้มงวด

3. ไฟบริน ไฮโดรเจล

ไฟบรินเปลี่ยนการสนทนาจากความสามารถในการพิมพ์ด้วยตัวเองไปสู่ การปรับโครงสร้างเมทริกซ์ และการสนับสนุนการรวมตัวของเซลล์ไฮโดรเจลไฟบรินให้เมทริกซ์ที่ยึดเกาะเซลล์และเกี่ยวข้องกับกล้ามเนื้อที่สนับสนุนการยึดเกาะและการหลอมรวมของไมโอบลาสต์ [2] . ซึ่งทำให้ไฟบรินเหมาะสมเมื่อโครงสร้างต้องการความนุ่ม แต่ยังคงต้องสนับสนุนการสร้างไมโอทูบที่เป็นระเบียบ.

การจัดแนวและสถาปัตยกรรม

พฤติกรรมทางกลของไฟบรินมีผลโดยตรงต่อการจัดระเบียบเซลล์ ความยืดหยุ่นของมันช่วยให้ไมโอบลาสต์ปรับโครงสร้างเมทริกซ์ใหม่เมื่อพวกมันหลอมรวม ซึ่งช่วยสนับสนุนการจัดแนวของเส้นใยระหว่างการแยกแยะ [2]. ในทางปฏิบัติ คำถามหลักสำหรับไฟบรินนั้นง่าย: โครงสร้างสามารถคงความนุ่มพอสำหรับการปรับโครงสร้างใหม่ในขณะที่ยังคงรักษาการจัดแนวผ่านการเพาะเลี้ยงได้หรือไม่?

ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง

การผสมผสานระหว่างความสามารถในการปรับโครงสร้างใหม่และพฤติกรรมการยึดเกาะเซลล์ของไฟบรินทำให้มันเหมาะสมกับการใช้งานเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้างซึ่งทั้งการหลอมรวมและการจัดระเบียบเส้นใยมีความสำคัญ [3]. ความนุ่มนวลและกิจกรรมทางชีวภาพทำงานร่วมกันเพื่อกำหนดว่าการแยกแยะกล้ามเนื้อจะดำเนินไปได้ดีเพียงใดในรูปแบบที่มีโครงสร้าง - ซึ่งเป็นคำถามหลักที่บทความนี้กล่าวถึง

4. Silk–Tropoelastin Composites

ในขณะที่ไฟบรินขึ้นอยู่กับการปรับโครงสร้างใหม่, silk–tropoelastin ให้คุณควบคุมความแข็งและการจัดแนวได้อย่างแน่นหนา

Silk–tropoelastin composites อยู่ในช่วงความแข็งคล้ายกล้ามเนื้อและรวมการสนับสนุนโครงสร้างกับจุดยึดติดที่มีความสามารถทางชีวภาพ พวกเขารวมกันระหว่าง silk fibroin ’s ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของ tropoelastin ซึ่งหมายความว่าสามารถปรับโมดูลัสได้โดยการปรับอัตราส่วน silk fibroin: tropoelastin ในทางปฏิบัตินี้มักจะตั้งอยู่ในช่วง 10–15 kPa คล้ายกล้ามเนื้อ [2]. จุดเด่นหลักคือแพลตฟอร์มเดียวที่มีทั้งโมดูลัสที่ปรับได้และลวดลายการยึดติด

ผลลัพธ์การแยกแยะของกล้ามเนื้อ

มอทิฟการจับเซลล์ของทรอพีลาสตินช่วยปรับปรุงการยึดเกาะของไมโอบลาสต์และสนับสนุนการแยกแยะที่เร็วขึ้น [2].

การจัดแนวและสถาปัตยกรรม

การจัดแนวเส้นใยเป็นศูนย์กลางของโครงสร้างแบบตัดทั้งหมด [3]. เมื่อเปรียบเทียบกับเจลาติน, ไหม–ทรอพีลาสตินเสนอเส้นทางที่แม่นยำยิ่งขึ้นไปยังความแข็งคล้ายกล้ามเนื้อในขณะที่ยังคงสนับสนุนโครงสร้างที่จัดแนว [3]. คอมโพสิตเหล่านี้ยังสามารถออกแบบด้วยความพรุนและการจัดแนวเส้นใยที่ควบคุมได้ ซึ่งช่วยสนับสนุนการสร้างเนื้อเยื่อที่จัดแนว.

ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง

คอมโพสิตไหม–ทรอพีลาสตินรวมความแข็งคล้ายกล้ามเนื้อ, สัญญาณการยึดเกาะ, และการควบคุมการจัดแนวในแพลตฟอร์มโครงสร้างเดียว ข้อจำกัดหลักคือการปรับแต่งทางกลเพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้การกระตุ้นทางไฟฟ้าหรือการนำไฟฟ้าได้.

5. ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่น

เมื่อเปรียบเทียบกับโครงสร้างก่อนหน้านี้ ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่นเพิ่ม สัญญาณไฟฟ้า ให้กับแพลตฟอร์มที่ยืดหยุ่นทางกล ในแง่ที่ง่าย พวกมันไม่ได้แค่ปรับความแข็งเท่านั้น แต่ยังแนะนำการกระตุ้นทางไฟฟ้า ซึ่งมีความสำคัญต่อพฤติกรรมของเซลล์กล้ามเนื้อด้วย

ผลลัพธ์การแยกแยะกล้ามเนื้อและการจัดแนว

การนำไฟฟ้าและความยืดหยุ่นมีผลต่อการแยกแยะกล้ามเนื้อ การจัดเรียงเซลล์ และการสร้างไมโอทูบ ทั้งหมดนี้ฟังดูง่าย แต่การผลิตสามารถทำให้เกิดปัญหาได้อย่างรวดเร็ว หากรูปทรงของโครงสร้าง เรโอลอจีของหมึก และการตั้งค่าการพิมพ์ไม่ตรงกัน โครงสร้างอาจคงรูปร่างภายนอกไว้ได้ แต่สูญเสียโครงสร้างรูพรุนและการสนับสนุนเซลล์ [1] .

การแลกเปลี่ยนนี้มีความสำคัญเพราะสถาปัตยกรรมรูพรุนไม่ใช่แค่รายละเอียดการผลิตเท่านั้นมันช่วยกำหนดว่ามีเซลล์สามารถยึดติด แพร่กระจาย และจัดระเบียบในลักษณะที่สนับสนุนการพัฒนาของเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อได้หรือไม่ ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่นมีเป้าหมายที่จะจับคู่ความยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อกับการส่งสัญญาณไฟฟ้า ในขณะที่ยังคงเข้ากับการเปรียบเทียบตามความแข็งที่ใช้ในประเภทโครงสร้างอื่น ๆ

ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง

การผสมผสานนี้มีความสำคัญที่สุดเมื่อสัญญาณไฟฟ้าไม่สามารถมาแทนที่ความถูกต้องของรูพรุนได้ สำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่นมีประโยชน์เพราะสามารถส่งมอบทั้ง สัญญาณกลไก และ สัญญาณไฟฟ้า ที่มีอิทธิพลต่อการแยกแยะกล้ามเนื้อ การจัดแนวเซลล์ และการก่อตัวของไมโอทูบ

ส่วนที่ยากคือการผลิต โครงสร้างต้องรักษาความถูกต้องของรูพรุนเพื่อให้คงอยู่ในระหว่างการเพาะเลี้ยง [1] .

6.โพลียูรีเทน-ฐานโครงสร้างยืดหยุ่น

Polyurethane

โครงสร้างโพลียูรีเทน (PU) ให้คุณ ควบคุมความแข็งได้อย่างแม่นยำ และคงรูปได้ดีในช่วงเวลาการเพาะเลี้ยงที่ยาวนาน ข้อแลกเปลี่ยนคือ PU มักต้องการการปรับปรุงพื้นผิวก่อนที่เซลล์จะยึดติดได้ดี เมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจลที่นุ่มกว่าและคอมโพสิตที่มีความเป็นชีวภาพมากกว่า PU จะเน้นที่ ความทนทานทางกลไก และ การปรับแต่งโมดูลัสที่แม่นยำ. ซึ่งทำให้มีประโยชน์เมื่อความเสถียรของโครงสร้างมีความสำคัญพอๆ กับการแยกแยะกล้ามเนื้อ

ช่วงโมดูลัสยืดหยุ่น

กล้ามเนื้อโครงร่างพื้นเมืองอยู่ที่ประมาณ 8–17 kPa, ดังนั้น PU จึงมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อปรับให้เข้ากับช่วงที่คล้ายกล้ามเนื้อนั้น

ผลลัพธ์การแยกแยะกล้ามเนื้อ

ประสิทธิภาพของ PU ขึ้นอยู่กับ โมดูลัส, ความหนืดและเคมีพื้นผิว. ปัจจัยเหล่านี้กำหนดว่ามัยโอบลาสต์จะยึดติด แพร่กระจาย หลอมรวม และเคลื่อนไปสู่การเจริญเติบโตเต็มที่หรือไม่ หากกลไกโดยรวมถูกต้องแต่พื้นผิวเตรียมไม่ดี การตอบสนองของเซลล์ก็ยังอาจไม่เพียงพอ ในทางปฏิบัติ PU มักจะทำงานได้ดีที่สุดเมื่อการปรับความแข็งถูกจับคู่กับการบำบัดพื้นผิวที่สนับสนุนการดูดซับโปรตีนและการยึดเกาะ

การจัดแนวและสถาปัตยกรรม

โครง PU อาศัย เรขาคณิตที่ควบคุมและโครงสร้างรูพรุน เพื่อเป็นแนวทางในการจัดแนวและรักษาวัฒนธรรมให้คงที่ตลอดเวลา กล่าวอีกนัยหนึ่ง วัสดุให้กระดูกสันหลังทางกลไกแก่คุณ แต่การออกแบบโครงยังคงทำงานหนักอยู่มาก การจัดเรียงเส้นใย ขนาดรูพรุน และสถาปัตยกรรมโดยรวมล้วนส่งผลต่อความสามารถของเซลล์ในการจัดระเบียบเป็นเนื้อเยื่อคล้ายกล้ามเนื้อที่จัดแนวกันได้ดีเพียงใด

ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง

สำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง เสน่ห์หลักของ PU คือสามารถจับคู่กับ กลไกคล้ายกล้ามเนื้อ โดยไม่สูญเสียความสมบูรณ์ของโครงโครงสร้างเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงเนื้อสัมผัส โครงสร้าง และประสิทธิภาพการเพาะเลี้ยง [4]. ในบรรดาวัสดุที่เปรียบเทียบที่นี่ PU โดดเด่นในฐานะตัวเลือกสังเคราะห์ที่ทนทานต่อกลไกมากที่สุด ซึ่งทำให้มันเหมาะสมอย่างยิ่งเมื่อ การควบคุมความแข็ง และ ความเสถียรของโครงสร้างในระยะยาว เป็นสิ่งสำคัญที่สุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโครงสร้างต้องรักษารูปทรงตลอดการเพาะเลี้ยงที่ยาวนาน

ความยืดหยุ่นของโครงสร้างมีผลต่อการแยกแยะของกล้ามเนื้ออย่างไร

1. ช่วงของโมดูลัสยืดหยุ่น

การแยกแยะของกล้ามเนื้อจะดีที่สุดบนพื้นผิวที่มีพฤติกรรมคล้ายกล้ามเนื้อมากขึ้น หากนุ่มเกินไปหรือแข็งเกินไป การยึดเกาะ การปรับโครงสร้างใหม่ และการเจริญเติบโตมักจะลดลง

ช่วงความแข็ง ผลลัพธ์ทางชีวภาพที่คาดหวัง ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง
นุ่มมาก (<5 kPa) การยึดเกาะของไมโอบลาสต์ไม่ดี; อาจส่งเสริมการสร้างเซลล์ไขมันในประชากรเซลล์ต้นกำเนิดบางชนิด [3] ต่ำ - ขาดความสมบูรณ์ของโครงสร้างสำหรับเนื้อสัมผัสสุดท้าย
คล้ายกล้ามเนื้อ สนับสนุนการยึดเกาะของไมโอบลาสต์ การหลอมรวมและการจัดระเบียบซาโครเมอร์ สูง - ใกล้เคียงกับกลไกของกล้ามเนื้อธรรมชาติมากที่สุด
ระดับกลาง สามารถสนับสนุนการแยกแยะได้ แต่โดยปกติน้อยกว่าที่โครงสร้างคล้ายกล้ามเนื้อ ปานกลาง - มักต้องการสัญญาณสถาปัตยกรรมที่แข็งแกร่งกว่า
แข็งเกินไปไม่เอื้อต่อการปรับโครงสร้างและการเจริญเติบโตของกล้ามเนื้อมากนัก ต่ำ - ความไม่ตรงกันทางกลจำกัดคุณภาพการแยกแยะ

อย่างไรก็ตาม โมดูลัสเป็นเพียงส่วนหนึ่งของเรื่องราวเท่านั้นความแข็งตัวเดียวกันสามารถนำไปสู่การตอบสนองของเซลล์ที่แตกต่างกันเมื่อเคมีการยึดเกาะหรือโครงสร้างรูเปลี่ยนแปลง

2. ผลลัพธ์ของการแยกแยะกล้ามเนื้อ

ไมโอบลาสต์หลักจากหมูและวัวเป็นเซลล์ที่ต้องยึดติด ดังนั้นพวกมันมักจะต้องยึดติดกับพื้นผิวเพื่อเจริญเติบโตและแยกแยะได้ดี [2]. หากคุณย้ายเซลล์เหล่านี้ไปยังการแขวนลอยโดยไม่มีการปรับตัวล่วงหน้า การเจริญเติบโตมักจะช้าหรือไม่สำเร็จเลย [2].

การสูญเสีย NF2 ได้รับรายงานว่าทำให้เวลาการเพิ่มจำนวนของไมโอบลาสต์ในหมูและวัวสั้นลงและสนับสนุนการปรับตัวในสภาวะแขวนลอย แต่มีการแลกเปลี่ยน: มันสามารถเพิ่มศักยภาพในการสร้างไขมันได้ด้วย

ในทางปฏิบัติ ความไวต่อความแข็งตัวจะมีความสำคัญมากขึ้นเมื่อโครงสร้างต้องรักษาเซลล์ให้เรียงตัวกันในระยะฟิวชั่นด้วย

3. การจัดเรียงและสถาปัตยกรรม

โมดูลัสกำหนดจุดเริ่มต้น แต่สถาปัตยกรรมแอนไอโซทรอปิกตัดสินใจว่ามัยโอบลาสต์จะเรียงตัวเป็นเส้นใยหรือไม่ โครงสร้างแอนไอโซทรอปิกที่สร้างขึ้นผ่านการสร้างลวดลายขนาดเล็กหรือการควบคุมรูปทรงรูพรุนที่พิมพ์ 3 มิติ ช่วยนำทางการวางตัวของมัยโอบลาสต์และสามารถปรับปรุงดัชนีการหลอมรวมและเส้นผ่านศูนย์กลางของไมโอทูบ

มีจุดง่ายๆ แต่พลาดได้ง่าย: รูปทรงของโครงสร้างและโครงสร้างรูพรุนต้องเข้ากับเรโอโลยีของหมึกและการตั้งค่าการพิมพ์ หากไม่เข้ากัน โครงสร้างอาจคงรูปร่างภายนอกไว้ในขณะที่สูญเสียสถาปัตยกรรมภายในที่จำเป็นสำหรับการอยู่รอดของเซลล์และการสร้างเนื้อเยื่อ [1].

ในทุกประเภทของโครงสร้าง ความแข็งทำงานร่วมกับรูปทรงรูพรุนและเคมีพื้นผิว มันไม่ได้ทำงานเพียงลำพัง

4. ความเหมาะสมสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง

การเลือกโครงสร้างสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้างหมายถึงการสร้างสมดุลระหว่างการจัดระเบียบเส้นใยกล้ามเนื้อ ความเข้ากันได้ของการเพาะเลี้ยงร่วมกับไขมัน และเป้าหมายของเนื้อสัมผัสสุดท้ายโครงสร้างที่มีคุณสมบัติเชิงกลคล้ายกล้ามเนื้อสามารถสนับสนุนการจัดเรียงเส้นใยและการเจริญเติบโตของซาร์โคเมียร์ แต่ยังต้องมีพื้นที่สำหรับเซลล์ไขมันเมื่อการออกแบบผลิตภัณฑ์มีการแทรกไขมันเป็นส่วนหนึ่ง

สิ่งนี้สำคัญเพราะเซลล์ต้นกำเนิดจากไขมันที่ถูกดัดแปลง NF2 แสดงศักยภาพในการสร้างเซลล์ไขมันและการสะสมไขมันที่เพิ่มขึ้น [2]. ในสภาพการเพาะเลี้ยงร่วม สิ่งนี้สามารถช่วยกำหนดโปรไฟล์การรับรู้ของเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง

สำหรับเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง การบรรลุเป้าหมายเชิงกลไม่เพียงพอเพียงอย่างเดียว โครงสร้างยังต้องรักษาการจัดระเบียบเนื้อเยื่อในระหว่างการเพาะเลี้ยง

ข้อดีและข้อเสียของแต่ละประเภทโครงสร้างสำหรับเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง

ไม่มีโครงสร้างใดที่โดดเด่นในทุกตัวชี้วัด ในทางปฏิบัติ แต่ละโครงสร้างมีการแลกเปลี่ยนระหว่างการควบคุมความแข็ง ความสามารถทางชีวภาพ และศักยภาพในการขยายขนาด

ตารางด้านล่างนี้รวบรวมการแลกเปลี่ยนเหล่านั้นไว้ในคู่มือการเลือกอย่างง่ายสำหรับการวิจัยและพัฒนาเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง R&D.

ประเภทนั่งร้าน ข้อได้เปรียบเชิงเปรียบเทียบ ข้อจำกัดหลัก กรณีการใช้งานที่เหมาะสมที่สุดในเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยง R&D
เจลโพลีอะคริลาไมด์ การควบคุมความแข็งอย่างแม่นยำ; ใช้เป็นมาตรฐานเท่านั้น ไม่สามารถรับประทานได้; โมโนเมอร์ที่เป็นพิษ การกำหนดความแข็งที่เหมาะสมสำหรับการเปลี่ยนจากไมโอบลาสต์เป็นไมโอทูบ
เจลาตินไฮโดรเจล รับประทานได้, ยึดเกาะเซลล์, เป็นมิตรกับการพิมพ์ ความเสถียรทางความร้อนต่ำ; ต้องการการเชื่อมโยงข้ามสำหรับโครงสร้าง 3 มิติ โครงสร้างเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่พิมพ์ 3 มิติ
ไฟบรินไฮโดรเจล มีความสามารถทางชีวภาพสูง; สนับสนุนการหลอมรวมอย่างรวดเร็ว จำกัดการจัดหา; ความแปรปรวนระหว่างชุด วิศวกรรมเนื้อเยื่อที่มีความเที่ยงตรงสูงและการศึกษาพื้นผิวขนาดเล็ก
คอมโพสิตไหม–Tropoelastin คล้ายกล้ามเนื้อ, ปรับแต่งได้, แข็งแรงทางกลไก การผลิตที่เข้มข้น ส่วนประกอบโครงสร้างยืดหยุ่นสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงแบบชิ้นใหญ่
ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่น เพิ่มสัญญาณไฟฟ้าสำหรับการจัดเรียงและการเจริญเติบโต โพลิเมอร์ที่ไม่สามารถรับประทานได้; ข้อจำกัด 2 มิติ ศึกษาผลของสัญญาณไฟฟ้าต่อความสมบูรณ์ของกล้ามเนื้อ
โครงสร้างยืดหยุ่นจากโพลียูรีเทน โครงสร้างสังเคราะห์ที่ทนทานทางกลไก, มีรูพรุน, ขยายขนาดได้ อุปสรรคด้านกฎระเบียบสำหรับความปลอดภัยของอาหาร; ผลิตภัณฑ์การย่อยสลายที่ไม่เป็นธรรมชาติ การสนับสนุนโครงสร้างขนาดใหญ่สำหรับการแทรกไบโอรีแอคเตอร์ที่ไม่สามารถรับประทานได้

การตัดสินใจเบื้องต้นที่มีประโยชน์คือ: โครงสร้างนี้เป็น เครื่องมือวิจัย หรือ วัสดุโครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับอาหาร?

เจลโพลีอะคริลาไมด์ เป็นกรณีคลาสสิกสำหรับแพลตฟอร์มที่ใช้ในการวิจัยเท่านั้นพวกเขาให้ทีมแยกผลกระทบของความแข็งด้วยการควบคุมที่เข้มงวด ซึ่งทำให้เหมาะสมสำหรับการทำแผนที่การเปลี่ยนแปลงจากไมโอบลาสต์ไปยังไมโอทูบ แต่บทบาทของพวกเขาหยุดอยู่แค่นั้น พวกมันไม่สามารถรับประทานได้ และปัญหามอนอเมอร์ที่เป็นพิษทำให้พวกมันไม่สามารถใช้ในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับผลิตภัณฑ์ได้

เจลาติน และ ไฟบริน อยู่ใกล้กับด้านผลิตภัณฑ์มากกว่าเพราะพวกมันสามารถรับประทานได้และคุ้นเคยทางชีวภาพกับเซลล์ ซึ่งมีความสำคัญ หากโครงสร้างสามารถคงอยู่ในโครงสร้างสุดท้ายได้ คุณจะหลีกเลี่ยงขั้นตอนการประมวลผลเพิ่มเติมที่ตัวพาหนะที่ไม่สามารถรับประทานได้จะนำมา ข้อแม้คือโครงสร้าง เจลาตินเป็นมิตรกับการพิมพ์และยึดติดกับเซลล์ได้ดี แต่ความเสถียรทางความร้อนต่ำหมายความว่ามักจะต้องมีการเชื่อมโยงข้ามเพื่อรักษารูปแบบ 3 มิติ ไฟบรินให้กิจกรรมทางชีวภาพในระดับเซลล์ที่แข็งแกร่งและมักจะสนับสนุนการหลอมรวมอย่างรวดเร็ว ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันถึงทำงานได้ดีในโมเดลเนื้อเยื่อที่มีความแม่นยำสูงและการศึกษาพื้นผิวขนาดเล็ก แต่ข้อจำกัดในการจัดหาและความแปรปรวนระหว่างชุดสามารถทำให้มันยุ่งยากสำหรับการขยายขนาด

วัสดุผสมไหม–Tropoelastin, ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่น, และ โครงสร้างยืดหยุ่นจากโพลียูรีเทน ผลักดันให้มีความแข็งแรงและการทำงานที่ดีขึ้น วัสดุไหม–Tropoelastin มีประโยชน์เมื่อคุณต้องการการตอบสนองที่ยืดหยุ่นคล้ายกล้ามเนื้อและความแข็งแรงทางกลที่ดีขึ้น โดยเฉพาะในรูปแบบที่ตัดทั้งชิ้น แม้ว่าภาระในการผลิตจะไม่เล็ก ฟิล์มนำไฟฟ้ายืดหยุ่นเพิ่มการป้อนข้อมูลทางไฟฟ้าให้กับระบบ ซึ่งมีประโยชน์เมื่อเป้าหมายคือการศึกษาการจัดเรียงและการเจริญเติบโตภายใต้การกระตุ้น แต่ยังคงเป็นรูปแบบ 2 มิติที่ไม่สามารถรับประทานได้ โครงสร้างยืดหยุ่นจากโพลียูรีเทนนำความทนทาน ความพรุน และเส้นทางไปสู่โครงสร้างสนับสนุนสังเคราะห์ขนาดใหญ่ แต่การตรวจสอบความปลอดภัยของอาหารและผลิตภัณฑ์การย่อยสลายที่ไม่เป็นธรรมชาติเป็นข้อจำกัดที่ยากสำหรับการใช้ผลิตภัณฑ์โดยตรง

นั่นคือรูปแบบที่เกิดขึ้นในวัสดุทั้งหกชนิด: ยิ่งคุณเข้าใกล้ การควบคุมการทดลองอย่างเข้มงวด, มากเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะละทิ้งความสามารถในการรับประทานได้; ยิ่งคุณเข้าใกล้ ความเกี่ยวข้องกับอาหาร, มากเท่าไหร่ คุณก็ยิ่งมีแนวโน้มที่จะพบข้อจำกัดในโครงสร้าง การจัดหา หรือความเสถียรของกระบวนการในระดับใหญ่.

สรุป

ในทุกประเภทของโครงสร้างรองรับทั้งหกประเภท มีรูปแบบหนึ่งที่ปรากฏขึ้นเสมอ: การแยกแยะกล้ามเนื้อทำงานได้ดีที่สุดในช่วงความแข็งที่แคบ ซึ่งอยู่ใกล้กับเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อธรรมชาติ เคมีและสถาปัตยกรรมของโครงสร้างรองรับสามารถปรับจุดที่เหมาะสมได้ แต่พวกเขาไม่สามารถยกเลิกข้อเท็จจริงพื้นฐานที่ว่าเซลล์กล้ามเนื้อตอบสนองอย่างมากต่อสัญญาณทางกล.

หน้าต่างทางกลนั้นทำให้ประเด็นหลักชัดเจนขึ้น ไม่ใช่แค่ วัสดุใดที่ดูดีบนกระดาษ, แต่เป็นประเภทโครงสร้างรองรับใดที่สามารถเข้าถึงช่วงความแข็งนั้น ในรูปแบบที่เกี่ยวข้องกับอาหาร. นี่คือจุดที่แยกออกจากกันอย่างชัดเจน: แพลตฟอร์มมาตรฐานความแข็งมีประโยชน์สำหรับการแยกผลกระทบทางกลไก ในขณะที่โครงสร้างที่เกี่ยวข้องกับอาหารคือสิ่งที่ต้องสนับสนุนการสร้างกล้ามเนื้อที่จัดเรียงด้วยเช่นกัน

สำหรับการพัฒนาที่นำโดยผลิตภัณฑ์ ความสนใจจะเคลื่อนไปสู่โครงสร้างที่สามารถรักษารูปทรงและขยายขนาดได้โดยมีการประนีประนอมที่น้อยลง

ข้อสรุปที่ใช้งานได้จริงนั้นตรงไปตรงมา: ความแข็งตั้งค่าพื้นฐาน แต่โครงสร้างกำหนดว่ามีเซลล์สามารถใช้ประโยชน์จากมันได้หรือไม่ . ความยืดหยุ่นเพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอ มันต้องทำงานร่วมกับการจัดเรียง ความพรุน และองค์ประกอบของเนื้อเยื่อ

ในเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงแบบมีโครงสร้าง โครงสร้างที่ดีที่สุดคือโครงสร้างที่ตรงกับเป้าหมายทางกลไก สถาปัตยกรรม และการใช้งานที่ตั้งใจไว้

คำถามที่พบบ่อย

ทำไมความแข็งคล้ายกล้ามเนื้อจึงสำคัญต่อการแยกแยะของไมโอบลาสต์?

ความแข็งคล้ายกล้ามเนื้อมีความสำคัญเพราะมันสะท้อนถึงเมทริกซ์นอกเซลล์ที่ไมโอบลาสต์พบในสัตว์ที่มีชีวิต การจับคู่ทางกลไกนี้ช่วยให้เซลล์หดตัวและสร้างแรงตึงที่จำเป็นต่อการแยกแยะและเติบโตเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อ

หากได้ความยืดหยุ่นที่ถูกต้อง โครงสร้างจะทำมากกว่าการสนับสนุนการยึดเกาะของเซลล์ มันให้สัญญาณทางกายภาพแก่เซลล์ที่นำทางการจัดแนวและการจัดระเบียบเนื้อเยื่อ ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการสร้างเนื้อเยื่อที่มีโครงสร้างที่มีเนื้อสัมผัสใกล้เคียงกับเนื้อสัตว์ทั่วไป

โครงสร้างและการจัดแนวของรูพรุนมีผลต่อการสร้างกล้ามเนื้ออย่างไร?

โครงสร้างและการจัดแนวของรูพรุนในโครงสร้างให้สัญญาณทางกายภาพแก่เซลล์ต้นกำเนิดที่ช่วยกระตุ้นการแยกแยะเป็นเส้นใยกล้ามเนื้อที่เติบโตเต็มที่เมื่อโครงสร้าง scaffold สะท้อนการจัดระเบียบสามมิติของเนื้อเยื่อธรรมชาติ เซลล์มีแนวโน้มที่จะเรียงตัว หลอมรวม และสร้างโครงสร้างกล้ามเนื้อที่มีการทำงานที่ดีขึ้น

สำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง การออกแบบ scaffold มีความสำคัญ มันมีบทบาทโดยตรงต่อเนื้อสัมผัสและความหนาแน่นทางโภชนาการ

ประเภทของ scaffold ใดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง?

สำหรับเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงที่มีโครงสร้าง ตัวเลือก scaffold ที่ดีที่สุดคือวัสดุ ที่กินได้หรือย่อยสลายได้ ซึ่งสร้างขึ้นเพื่อเลียนแบบการจัดระเบียบ 3D ของกล้ามเนื้อสัตว์ธรรมชาติ นั่นสำคัญเพราะผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างต้องการมากกว่าการยึดเกาะของเซลล์ พวกเขาต้องการกรอบที่ช่วยจัดวางเซลล์กล้ามเนื้อ ไขมัน และเนื้อเยื่อเกี่ยวพันในตำแหน่งที่ถูกต้องเพื่อให้เนื้อเยื่อสุดท้ายเริ่มคล้ายกับชิ้นเนื้อจริง

Microcarrier scaffolds สามารถทำงานได้ดีสำหรับผลิตภัณฑ์บด แต่เนื้อสัตว์ที่มีโครงสร้างเป็นงานที่แตกต่างกัน มันต้องการ scaffold ที่สามารถรองรับสถาปัตยกรรมเนื้อเยื่อที่ใหญ่และหนาขึ้น

บทความที่เกี่ยวข้องในบล็อก

Author David Bell

About the Author

David Bell is the founder of Cultigen Group (parent of Cellbase) and contributing author on all the latest news. With over 25 years in business, founding & exiting several technology startups, he started Cultigen Group in anticipation of the coming regulatory approvals needed for this industry to blossom.

David has been a vegan since 2012 and so finds the space fascinating and fitting to be involved in... "It's exciting to envisage a future in which anyone can eat meat, whilst maintaining the morals around animal cruelty which first shifted my focus all those years ago"