สื่อปราศจากเซรั่มกำลังเปลี่ยนแปลงการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงโดยการแทนที่เซรั่มจากเลือดวัวในครรภ์ (FBS) ด้วยสูตรที่กำหนดไว้และปราศจากสัตว์ การเปลี่ยนแปลงนี้ช่วยแก้ไขปัญหาด้านต้นทุน จริยธรรม และกฎระเบียบ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงความสม่ำเสมอและความสามารถในการขยายตัว กลยุทธ์สำคัญได้แก่:
- การลดต้นทุน: สื่อพื้นฐานเกรดอาหารช่วยลดต้นทุนได้ถึง 82% ในระดับใหญ่
- สูตรที่ปรับแต่ง: ความต้องการสารอาหารแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ ประเภทเซลล์ และระยะการเจริญเติบโต (การเพิ่มจำนวนเทียบกับการแยกตัว)
- 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
หัวใจสำคัญของสูตรที่ปราศจากเซรั่มคือสื่อพื้นฐาน ซึ่งให้สารอาหารที่จำเป็น เช่น 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 ซึ่งทำได้ผ่านระบบบัฟเฟอร์ที่ทำให้การทำงานของเซลล์มีเสถียรภาพและป้องกันความผิดปกติของเมตาบอลิซึม ธาตุที่จำเป็นเช่น เหล็ก แมกนีเซียม แคลเซียม และสังกะสี เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในฐานะโคแฟกเตอร์สำหรับเอนไซม์และในการส่งสัญญาณของเซลล์ สารคีเลตเช่น EDTA ควบคุมไอออนโลหะเหล่านี้ ป้องกันการเกิดของอนุมูลออกซิเจนที่มีปฏิกิริยาและสนับสนุนการทำงานของเอนไซม์ [4].
หนึ่งในความท้าทายของสูตรที่ปราศจากเซรั่มคือการจัดการแอมโมเนีย ซึ่งเป็นสารยับยั้งการเจริญเติบโตที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาผลาญกลูตามีน เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยเช่น Hubalek และคณะได้พัฒนาสื่อที่ปราศจากเซรั่มที่แทนที่ GlutaMAX ด้วยสารประกอบที่ไม่ผลิตแอมโมเนีย เช่น α-ketoglutarate, กลูตาเมต และไพรูเวต นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่รักษาการเจริญเติบโตของเซลล์ในระยะสั้นที่เทียบเท่าโดยไม่มีการสะสมของแอมโมเนีย แต่ยังเพิ่มความสามารถในการสร้างไขมันของเซลล์ต้นกำเนิดไฟโบร-อะดิโพเจนิกถึง 2.1 เท่า [2].สารอาหารพื้นฐานเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการเสริมชั้นถัดไป
ปัจจัยการเจริญเติบโตและโปรตีนรีคอมบิแนนท์
เมื่อสารอาหารพื้นฐานได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้ว ปัจจัยการเจริญเติบโตจะถูกนำมาใช้เพื่อปรับสูตรที่ปราศจากเซรั่มให้ละเอียดขึ้น โมเลกุลเหล่านี้จับกับตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ กระตุ้นเส้นทางสัญญาณที่ส่งเสริมการแบ่งเซลล์ การอยู่รอด และการทำงานของเมตาบอลิซึม ในบรรดานี้ ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์ 2 (FGF2) ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากความสามารถในการส่งเสริมการเพิ่มจำนวนเซลล์และรักษาความมีชีวิต ขึ้นอยู่กับประเภทของเซลล์และผลลัพธ์ที่ต้องการ อาจมีการรวมปัจจัยเพิ่มเติมเช่น ปัจจัยการเจริญเติบโตที่เปลี่ยนแปลงและปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง [2].
ส่วนประกอบสำคัญอื่น ๆ ได้แก่ อินซูลิน ทรานส์เฟอร์ริน และซีลีเนียม อินซูลินมีบทบาทสองประการในฐานะตัวควบคุมเมตาบอลิซึมและตัวส่งเสริมการเจริญเติบโตทรานส์เฟอร์รินมีความสำคัญต่อการขนส่งเหล็กและการสังเคราะห์ DNA ในขณะที่ซีลีเนียมทำหน้าที่เป็นโคแฟกเตอร์สำหรับเอนไซม์ต้านอนุมูลอิสระ ปกป้องเซลล์จากความเสียหายจากออกซิเดชัน การใช้ความเข้มข้นที่กำหนดของส่วนประกอบเหล่านี้ช่วยปรับปรุงความสม่ำเสมอและลดความแปรปรวนระหว่างชุด [3].
โปรตีนพาหะเช่น อัลบูมินจากซีรั่มวัว (BSA) และอัลบูมินรีคอมบิแนนท์ก็มีบทบาทสำคัญเช่นกัน พวกมันขนส่งฮอร์โมนที่ละลายในไขมันและปัจจัยการเจริญเติบโต บัฟเฟอร์ค่า pH และปกป้องโปรตีนที่บอบบางจากการเสื่อมสภาพ ในขณะที่ BSA เป็นอาหารเสริมที่พิสูจน์แล้วสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์ - โดยเฉพาะในวัฒนธรรมเซลล์ CHO - อัลบูมินรีคอมบิแนนท์ให้ประโยชน์ที่คล้ายกันโดยไม่ต้องพึ่งพาวัสดุที่ได้จากสัตว์ ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มความสม่ำเสมอ แต่ยังแก้ไขข้อกังวลด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง [2][3] การเลือกโปรตีนพาหะที่เหมาะสมมักเกี่ยวข้องกับการปรับสมดุลระหว่างต้นทุน ประสิทธิภาพ และเป้าหมายด้านความยั่งยืน
ความก้าวหน้าในด้านโอมิกส์และทรานสคริปโตมิกส์กำลังช่วยในการระบุความต้องการสารอาหารเฉพาะของเซลล์แต่ละประเภท วิธีการที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูลนี้กำลังเปิดทางให้กับการสร้างสูตรที่มีประสิทธิภาพและคุ้มค่ามากขึ้น ผลักดันการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงเข้าสู่ยุคใหม่ของความแม่นยำและความสามารถในการขยายตัว
การปรับสื่อให้เหมาะสมสำหรับการเพิ่มจำนวนและการแยกตัวของเซลล์
การออกแบบสื่อที่ปราศจากเซรั่มที่ตอบสนองความต้องการเฉพาะของแต่ละช่วงการเจริญเติบโตต้องให้ความสนใจกับความต้องการสารอาหารที่เปลี่ยนแปลงของเซลล์ แทนที่จะยึดติดกับสูตรเดียวตลอดกระบวนการเพาะเลี้ยง นักวิจัยพบว่าสื่อที่ปรับแต่งสำหรับแต่ละช่วงให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า
ข้อกำหนดในช่วงการเพิ่มจำนวนเซลล์
ในช่วงการเพิ่มจำนวนเซลล์ จุดเน้นคือการบรรลุการเจริญเติบโตของเซลล์ที่รวดเร็วและยั่งยืน ส่วนผสมของสารอาหารต้องสนับสนุนการเผาผลาญที่กระตือรือร้น การสังเคราะห์ DNA และการแบ่งเซลล์บ่อยครั้งอาหารเสริมที่สำคัญเช่นอินซูลิน, ทรานส์เฟอร์ริน, และซีลีเนียมถูกใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มอัตราการขยายตัวในเซลล์ประเภทต่างๆ [3].
กลูโคสมีบทบาทสำคัญในระยะนี้ ความเข้มข้นต้องถูกปรับสมดุลอย่างระมัดระวัง - น้อยเกินไปจะจำกัดการใช้พลังงาน ในขณะที่มากเกินไปอาจนำไปสู่การสะสมของแลคเตทและความเครียดทางเมตาบอลิซึม
อีกหนึ่งความท้าทายคือการจัดการระดับแอมโมเนีย แหล่งกลูตามีนแบบดั้งเดิมผลิตแอมโมเนียระหว่างการเผาผลาญ ซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตได้ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ นักวิจัยได้แทนที่ GlutaMAX ด้วยทางเลือกอื่นเช่น α-ketoglutarate, กลูตาเมต, และไพรูเวต สารประกอบเหล่านี้เข้าสู่ TCA cycle หรือเส้นทางกลูตามิโนไลซิสโดยไม่สร้างแอมโมเนีย สนับสนุนการเจริญเติบโตในขณะที่กำจัดผลพลอยได้นี้ [2].
วิธีการที่มีโครงสร้างเช่น Design of Experiments (DOE) และ Response Surface Methodology ช่วยลดการคาดเดาในการปรับสื่อให้เหมาะสมตัวอย่างเช่น การศึกษาโดยใช้การออกแบบ Box–Behnken ได้ปรับสี่ปัจจัย - อินซูลิน, ทรานส์เฟอร์ริน, ซีลีเนียม, และกลูโคส - สำหรับเซลล์ CHO ความเข้มข้นที่เหมาะสมถูกกำหนดเป็นอินซูลินที่ 1.1 กรัม/ลิตร, ทรานส์เฟอร์รินที่ 0.545 กรัม/ลิตร, ซีลีเนียมที่ 0.000724 กรัม/ลิตร, และกลูโคสที่ 1.4 กรัม/ลิตร โดยได้คะแนนความพึงพอใจที่ 1.0 [3].
ในอีกตัวอย่างหนึ่ง Lin และคณะได้ใช้เมตาโบโลมิกส์ภายในเซลล์เพื่อคัดกรองเมตาโบไลต์ 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ โดยการใช้ DOE พวกเขาได้เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 40.72% เมื่อเทียบกับสื่อพื้นฐาน [6].
เมื่อระยะการเพิ่มจำนวนเซลล์ได้รับการปรับให้เหมาะสมแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการปรับสื่อเพื่อเริ่มการแยกตัว
การปรับระยะการแยกตัว
เมื่อเซลล์ถึงความหนาแน่นที่ต้องการแล้ว องค์ประกอบของสื่อต้องเปลี่ยนเพื่อส่งเสริมการแยกตัวแทนการเพิ่มจำนวนเซลล์ เฟสนี้ต้องการสัญญาณเมตาบอลิกที่แตกต่างกันเพื่อกระตุ้นเส้นทางเฉพาะสายพันธุ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
น่าสนใจที่สารประกอบที่ไม่ผลิตแอมโมเนียเดียวกันที่ช่วยการเพิ่มจำนวนยังช่วยเพิ่มการแยกแยะด้วย ตัวอย่างเช่น เซลล์ต้นกำเนิดไฟโบร-แอดิโพเจนิกที่เพาะเลี้ยงในสื่อที่มีไพรูเวตและ α-คีโตกลูตาเรตยังคงความสามารถในการแยกแยะและหลีกเลี่ยงการสะสมของแอมโมเนีย เซลล์เหล่านี้แสดงความสามารถในการสร้างแอดิโพเจนิกเพิ่มขึ้น 2.1 เท่าเมื่อเทียบกับเซลล์ที่เติบโตในสื่อที่ใช้ GlutaMAX [2].
เทคนิคทรานสคริปโตมิกส์เสนอวิธีการอีกวิธีหนึ่งในการปรับแต่งสื่อการแยกแยะ Messmer และเพื่อนร่วมงานระบุตัวรับพื้นผิวที่เพิ่มขึ้นระหว่างการแยกแยะไมโอเจนิกภายใต้การอดอาหารเซรั่ม โดยการทดสอบลิแกนด์สำหรับตัวรับเหล่านี้ พวกเขาได้สร้างสื่อที่ปราศจากเซรั่มที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับการพัฒนาเซลล์กล้ามเนื้อ [6].
ข้อสรุป? สื่อการแยกแยะต้องถูกสร้างขึ้นเพื่อส่งสัญญาณทางชีวภาพที่ขับเคลื่อนการผูกพันของสายพันธุ์ในประเภทเซลล์เป้าหมายตามธรรมชาติ
การปรับแต่งเฉพาะชนิดและประเภทเซลล์
แม้หลังจากการปรับแต่งเฉพาะเฟส สูตรสื่อมักจะต้องปรับแต่งให้เหมาะสมกับแต่ละชนิดและประเภทเซลล์ สื่อที่ไม่มีเซรั่มแบบขนาดเดียวที่เหมาะกับทุกคนไม่มีอยู่จริง ความต้องการทางโภชนาการสามารถแตกต่างกันอย่างมากระหว่างเซลล์ของวัว หมู และสัตว์ปีก - และแม้กระทั่งระหว่างประเภทเซลล์จากชนิดเดียวกัน [6].
บางบริษัทได้แสดงให้เห็นว่าการเลือกส่วนผสมอย่างรอบคอบสามารถบรรลุความเข้ากันได้หลายชนิด ตัวอย่างเช่น IntegriCulture Inc. และ JT Group ได้พัฒนาสูตรอาหารที่เรียกว่า I-MEM2.0 ซึ่งสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์กล้ามเนื้อลายของวัว เซลล์ตับเป็ด และเซลล์หลักของไก่ห้าประเภท [6] .
เมตาโบโลมิกส์สามารถระบุความต้องการเมตาบอลิซึมที่เฉพาะเจาะจงของเซลล์แต่ละชนิดได้ การศึกษาฟิโบรบลาสต์ของไก่ ตัวอย่างเช่น ได้ระบุเมตาโบไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตซึ่งเป็นสาเหตุของความแตกต่างในประสิทธิภาพของสื่อพื้นฐาน [6] ในทำนองเดียวกัน วิธีการหลายขั้นตอนในการสร้างสื่อที่ปราศจากส่วนประกอบจากสัตว์ได้ทดสอบการผสมผสานของอาหารเสริมต่างๆ สำหรับฟิโบรบลาสต์ NIH 3T3 และต่อมาได้ปรับสูตรสำหรับเซลล์ไลน์อื่นๆ อีกสามชนิด [5] ในขณะที่ส่วนประกอบหลักเช่น อินซูลิน ทรานส์เฟอร์ริน และซีลีเนียมยังคงมีความสำคัญ ความเข้มข้นที่เหมาะสมและเมทริกซ์สารอาหารรอบข้างมักจะแตกต่างกันไปตามชนิดของเซลล์
แม้แต่การเลือกสื่อพื้นฐานก็สะท้อนถึงความต้องการของชนิดเซลล์ DMEM/F-12 เป็นตัวเลือกที่ได้รับความนิยมเพราะรวมเนื้อหาสารอาหารสูงของ DMEM เข้ากับส่วนประกอบที่หลากหลายของ Ham's F12 ทำให้เหมาะสำหรับเซลล์ที่ยึดติดหลากหลายชนิด [2]ในทางกลับกัน Ham's F10 มีประสิทธิภาพในบางกรณี โดยเฉพาะเมื่อเซรั่มถูกแทนที่ด้วยส่วนประกอบที่กำหนด [2].
| แนวทางการเพิ่มประสิทธิภาพ | การประยุกต์ใช้ | ผลลัพธ์สำคัญ |
|---|---|---|
| เมตาโบโลมิกส์ + DOE | ไฟโบรบลาสต์ของไก่ | 40.การเติบโตของเซลล์สูงขึ้น 72% ด้วยเมตาบอไลต์ที่ปรับปรุงแล้ว 28 ชนิด [6] |
| ทรานสคริปโตมิกส์ | การแยกแยะกล้ามเนื้อ | ระบุรีเซพเตอร์ที่เพิ่มขึ้นเพื่อสร้างสื่อแยกแยะ [6] |
| การแทนที่ส่วนประกอบ | สื่อหลายสายพันธุ์ | ลดส่วนประกอบจาก 31 เป็น 16; รองรับเซลล์โค, เป็ด, และไก่ 5 ชนิด [6] |
| การคัดกรอง Plackett–Burman | เซลล์ HEK293 | ระบุ MgSO₄, EDTA, และเหล็กซิเตรตเป็นปัจจัยการเติบโตที่สำคัญ [4] |
แร่ธาตุเช่นเหล็ก, แมกนีเซียม, แคลเซียม, และสังกะสีมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มประสิทธิภาพการเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์ โดยระดับที่เหมาะสมจะแตกต่างกันไปตามประเภทของเซลล์ [4].ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์พาเรโตของการเพาะเลี้ยงเซลล์ HEK293 พบว่าในขณะที่ระดับแมกนีเซียมซัลเฟตและ EDTA ที่สูงขึ้นขัดขวางการเจริญเติบโต แต่การเพิ่มแอมโมเนียมไอออน (III) ซิเตรตช่วยเพิ่มการเจริญเติบโตได้อย่างมาก [4].
ข้อสรุปหลัก? สูตรที่ปรับแต่งสำหรับระยะการเพิ่มจำนวนและการแยกแยะ พร้อมกับการปรับเปลี่ยนเฉพาะชนิดและประเภทของเซลล์ เป็นสิ่งจำเป็น การตรวจสอบความถูกต้องของสูตรเหล่านี้ในเซลล์เป้าหมายก่อนการขยายการผลิตสามารถนำไปสู่ประสิทธิภาพของเซลล์ที่ดีขึ้น เวลาการเพาะเลี้ยงที่สั้นลง และการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น [6].
sbb-itb-ffee270
การพิจารณาต้นทุนและความยั่งยืน
เมื่อพูดถึงการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง การสร้างสมดุลระหว่างต้นทุนและความยั่งยืนเป็นสิ่งสำคัญอุปสรรคทางการเงินที่สำคัญอยู่ที่การสร้างสื่อการเจริญเติบโต ซึ่งส่วนประกอบของสื่อพื้นฐานเกรดยา - พร้อมกับปัจจัยการเจริญเติบโตและโปรตีนรีคอมบิแนนท์ - ทำให้ค่าใช้จ่ายเพิ่มขึ้น เพื่อทำให้เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีความเป็นไปได้ทางการค้ามากขึ้น กลยุทธ์ต้องมุ่งเน้นไปที่การจัดหาทางเลือกและลดของเสียโดยไม่ลดทอนประสิทธิภาพของเซลล์
ลดการพึ่งพาส่วนประกอบที่มีราคาแพง
วิธีหนึ่งที่มีแนวโน้มในการลดต้นทุนคือการเปลี่ยนส่วนประกอบของสื่อพื้นฐานเกรดยาเป็นทางเลือกเกรดอาหาร งานวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงนี้สามารถลดต้นทุนของสื่อพื้นฐานได้ถึง 77% และต้นทุนโดยรวมได้ถึง 82% ในระดับการผลิต 1 กิโลกรัม [6] ที่สำคัญ การเปลี่ยนแปลงที่ประหยัดต้นทุนนี้ไม่ลดทอนคุณภาพ ตัวอย่างเช่น IntegriCulture Inc. แสดงให้เห็นการเจริญเติบโตของเซลล์ที่ประสบความสำเร็จสำหรับเซลล์กล้ามเนื้อลายของหนู (C2C12) และเซลล์ต้นกำเนิดจากกล้ามเนื้อลายของวัวโดยใช้ DMEM เกรดอาหาร [6]
IntegriCulture Inc. ได้ปรับปรุงสูตรสื่อของตนให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยลดจำนวนส่วนประกอบจาก 31 เป็น 16 ใน I-MEM2.0 เกรดอาหาร โดยการแทนที่กรดอะมิโนหลายชนิดด้วยสารสกัดจากยีสต์ พวกเขาได้สร้างสูตรที่สนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ปฐมภูมิของวัว เป็ด และไก่หลายชนิด [6].
เทคนิคขั้นสูงเช่นเมตาโบโลมิกส์ภายในเซลล์ยังมีบทบาทในการระบุเมตาโบไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น Lin และคณะได้ระบุเมตาโบไลต์ 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ และโดยใช้วิธีการออกแบบการทดลอง (DOE) ได้เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 40.72% [6]. โดยรวมแล้ว วิธีการเหล่านี้สามารถลดต้นทุนสื่อโดยรวมลงได้ 50–80% [6].
นวัตกรรมเหล่านี้ไม่เพียงแต่ลดต้นทุน แต่ยังเปิดโอกาสให้มีทางเลือกในการจัดหาที่ยั่งยืนมากขึ้น
การจัดหาที่ยั่งยืนและการลดของเสีย
สูตรสื่อที่คุ้มค่ามีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อม การเปลี่ยนไปใช้สูตรที่ปราศจากเซรั่มและส่วนประกอบจากสัตว์ช่วยแก้ไขปัญหาด้านจริยธรรมและลดความเสี่ยงในห่วงโซ่อุปทานที่เกี่ยวข้องกับเซรั่มจากลูกวัวในครรภ์ [5] นอกจากนี้ การจัดหาส่วนประกอบเกรดอาหารสามารถสอดคล้องกับหลักการเศรษฐกิจหมุนเวียน เช่น การใช้ผลพลอยได้จากการเกษตรหรือกระแสของเสียเป็นส่วนประกอบของสื่อ ซึ่งช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
อีกหนึ่งมาตรการความยั่งยืนคือการนำระบบการประมวลผลที่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มาใช้ ซึ่งสร้างของเสียน้อยกว่าระบบใช้ครั้งเดียว จึงช่วยลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมในระยะยาว [1].
กลยุทธ์การจัดซื้อยังมีบทบาทสำคัญอีกด้วยผู้ผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงสามารถหันไปใช้แพลตฟอร์มเช่น
การรับรองว่ามาตรการประหยัดต้นทุนเหล่านี้ไม่กระทบต่อประสิทธิภาพของเซลล์จำเป็นต้องมีโปรโตคอลการตรวจสอบที่แข็งแกร่ง การประเมินที่ครอบคลุมควรประเมินปัจจัยต่างๆ เช่น ความมีชีวิตของเซลล์ อัตราการเพิ่มจำนวน ความเสถียรของเมตาบอลิซึม 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] |
| การปรับแต่งโดยใช้เมตาโบโลมิกส์ | 40.เพิ่มการเจริญเติบโตของเซลล์ขึ้น 72% [6] | การระบุและปรับแต่งเมตาบอไลต์ผู้สมัคร 28 ชนิดสำหรับไฟโบรบลาสต์ของไก่ผ่าน DOE [6] |
| วิธีการ DOE อย่างเป็นระบบ | ลดต้นทุนสื่อโดยรวมลง 50–80% [6] | ระยะเวลาการพัฒนาที่สั้นลงและลดการสูญเสียวัสดุผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพอย่างครอบคลุม [6] |
แม้ว่าการสร้างสูตรเฉพาะสำหรับเซลล์แต่ละประเภทจะต้องลงทุนล่วงหน้า แต่ผลตอบแทนที่ได้รวมถึงผลผลิตเซลล์ที่สูงขึ้น ความล้มเหลวในการเพาะเลี้ยงที่น้อยลง และประสิทธิภาพการผลิตที่ดีขึ้น - ขั้นตอนสำคัญในการทำให้เนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีความเป็นไปได้ในเชิงพาณิชย์
การนำไปใช้ในทางปฏิบัติและทรัพยากรในอุตสาหกรรม
การรับประกันประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในแต่ละชุดการผลิตขณะจัดการต้นทุนและรักษาคุณภาพเป็นสิ่งสำคัญเมื่อทำงานกับสูตรสื่อที่ปราศจากเซรั่ม ซึ่งเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบความถูกต้องอย่างละเอียดและการสร้างช่องทางการจัดหาที่เชื่อถือได้ ดังที่แสดงรายละเอียดด้านล่าง
การตรวจสอบความถูกต้องและการควบคุมคุณภาพ
การตรวจสอบความถูกต้องเกี่ยวกับความแม่นยำ เทคนิคเช่น transcriptomics และ metabolomics รวมกับการออกแบบการทดลอง (DOE) สามารถปรับแต่งเมตาบอไลต์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตและตรวจสอบเส้นทางการแยกแยะ นำไปสู่การปรับปรุงการเจริญเติบโตของเซลล์อย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่น Messmer et al. ใช้ transcriptomics เพื่อระบุตัวรับพื้นผิวที่ถูกอัพเรกูเลตในระหว่างการแยกแยะ myogenic ที่เกิดจากการอดเซรั่ม จากนั้นพวกเขาทดสอบลิแกนด์ที่เกี่ยวข้องเพื่อสร้างสื่อแยกแยะ myogenic ที่ปราศจากเซรั่ม [2].ในทำนองเดียวกัน Lin และเพื่อนร่วมงานได้ปรับปรุงเมตาบอไลต์ผู้สมัคร 28 รายการโดยใช้เมตาโบโลมิกส์ภายในเซลล์และ DOE ทำให้การเจริญเติบโตของเซลล์เพิ่มขึ้น 40.72% เมื่อเทียบกับสภาวะพื้นฐาน [2].
เพื่อรักษาคุณภาพ จำเป็นต้องตรวจสอบเมตริกที่สำคัญ เซลล์ควรแสดงระดับความมีชีวิตอยู่เหนือ 90% อย่างสม่ำเสมอและถึงความหนาแน่นที่ต้องการก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้สื่อที่ปราศจากเซรั่ม 100% [3].
การตรวจสอบเมตาบอลิซึมมีความสำคัญเท่าเทียมกัน แอมโมเนียซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการเผาผลาญกลูตามีนสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ได้อย่างรุนแรง [2]. โปรโตคอลการควบคุมคุณภาพควรติดตามระดับแอมโมเนียและมั่นใจว่าสารประกอบทางเลือกที่ไม่ผลิตแอมโมเนียยังคงสนับสนุนทั้งการเพิ่มจำนวนและการแยกแยะตัวอย่างเช่น การแทนที่ GlutaMAX ด้วยสารประกอบที่ไม่ก่อให้เกิดแอมโมเนียทำให้เซลล์ต้นกำเนิดไฟโบร-แอดิโพเจนิกยังคงความสามารถในการแยกแยะในขณะที่บรรลุ 2.1-fold increase in adipogenic capacity [2].
DOE ให้แนวทางทางสถิติที่มีโครงสร้างสำหรับการตรวจสอบความถูกต้อง วิธี Plackett-Burman ช่วยคัดกรองปัจจัยหลายอย่างในสองระดับ (สูง/ต่ำ) เพื่อระบุผลกระทบที่สำคัญโดยไม่ต้องทำการทดสอบเบื้องต้นอย่างกว้างขวาง [4]. หลังจากระบุปัจจัยเหล่านี้แล้ว สามารถทำการเพิ่มประสิทธิภาพในรายละเอียดเพิ่มเติมได้โดยใช้ Response Surface Methodology (RSM) ด้วยการออกแบบ Box-Behnken ซึ่งช่วยให้บรรลุประสิทธิภาพการผลิตสูงสุด [3].
ความสม่ำเสมอระหว่างชุดการผลิตเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้ ในขณะที่สื่อที่ปราศจากเซรั่มให้สภาพที่กำหนดทางเคมีและลดความแปรปรวนเมื่อเทียบกับทางเลือกที่ใช้เซรั่ม [3], การควบคุมคุณภาพอย่างเข้มงวดเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อดีเหล่านี้อย่างเต็มที่.
การจัดหาชิ้นส่วนผ่าน Cellbase
เมื่อสูตรได้รับการตรวจสอบแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการจัดหาชิ้นส่วนที่เชื่อถือได้ - กระบวนการที่ง่ายขึ้นด้วยแพลตฟอร์มอย่าง
แพลตฟอร์มนี้ทำให้การจัดซื้อเป็นเรื่องง่ายด้วยคุณสมบัติเช่น การตั้งราคาที่โปร่งใสและการติดแท็กการใช้งานโดยละเอียด - ไม่ว่าคุณจะมองหาชิ้นส่วนที่เข้ากันได้กับโครงสร้าง, ปราศจากเซรั่ม, หรือสอดคล้องกับ GMP สิ่งนี้ทำให้ทีม R&D และผู้เชี่ยวชาญด้านการจัดซื้อสามารถค้นหาสิ่งที่ต้องการได้ง่ายขึ้นในขณะที่รักษาสมดุลระหว่างต้นทุนและความยั่งยืน.
สำหรับบริษัทที่กำลังขยายจากการวิจัยไปสู่การผลิตเชิงพาณิชย์
นอกเหนือจากการจัดหา
บทสรุป: การพัฒนาสื่อปลอดเซรั่ม
การสร้างสื่อปลอดเซรั่มที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงนั้นเกี่ยวข้องกับการผสมผสานระหว่างความเข้มงวดทางวิทยาศาสตร์กับการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติ วิธีการสมัยใหม่พึ่งพาเครื่องมือเช่น การออกแบบการทดลอง (DOE) และ วิธีการพื้นผิวตอบสนอง (RSM) เพื่อปรับแต่งตัวแปรหลายตัวพร้อมกัน วิธีการเหล่านี้ได้ส่งมอบผลลัพธ์ที่น่าประทับใจ: นักวิจัยรายงานว่า การเติบโตของเซลล์เพิ่มขึ้น 40.72% โดยการปรับแต่งเมตาบอไลต์ 28 ชนิดในไฟโบรบลาสต์ของไก่ ในขณะที่คนอื่น ๆ บรรลุ โปรตีนรีคอมบิแนนท์ 3.5 กรัม/ลิตร โดยการปรับความเข้มข้นของสารอาหารอย่างระมัดระวัง [2] [3] ความก้าวหน้าเหล่านี้ปูทางสำหรับการปรับปรุงสูตรสื่อและเทคนิคการตรวจสอบ
กระบวนการพัฒนาตามกรอบที่สอดคล้องกันมันเริ่มต้นด้วยการเลือกเบสัลมีเดียมที่เหมาะสม - DMEM/F-12 เป็นตัวเลือกที่พบบ่อยเนื่องจากให้สารอาหารที่หลากหลายที่จำเป็นสำหรับเซลล์ส่วนใหญ่ สารเติมแต่งที่สำคัญเช่นอินซูลิน ทรานสเฟอร์ริน และซีลีเนียมถูกเพิ่มเข้าไปเพื่อสนับสนุนการเจริญเติบโตของเซลล์ จากนั้น สูตรสารอาหารจะถูกปรับแต่งตามความต้องการเฉพาะของประเภทเซลล์และสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น การแทนที่กลูตามีนแบบดั้งเดิมด้วยทางเลือกที่ไม่สร้างแอมโมเนียได้รับการแสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มความสามารถในการสร้างไขมันได้ 2.1 เท่า ในขณะเดียวกันก็ขจัดการสะสมของแอมโมเนียซึ่งสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตได้[2].
ความแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในระหว่างการตรวจสอบความถูกต้อง นักวิจัยมุ่งมั่นที่จะรักษาความมีชีวิตของเซลล์ให้อยู่เหนือ 90% ตรวจสอบระดับแอมโมเนียอย่างใกล้ชิด และรับรองผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในหลายๆ การผ่านของเซลล์เทคนิคต่างๆ เช่น วิธี Plackett-Burman ถูกใช้เพื่อคัดกรองตัวแปรที่หลากหลายได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ การออกแบบ Box-Behnken ช่วยให้สามารถปรับแต่งปัจจัยที่สำคัญที่สุดได้อย่างละเอียดเมื่อระบุได้แล้ว[3][4] .
ต้นทุนเป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการขยายขนาดเชิงพาณิชย์ ส่วนประกอบที่มีราคาแพงจำเป็นต้องได้รับการปรับแต่งเพื่อให้ได้สมดุลที่เหมาะสมระหว่างประสิทธิภาพและความคุ้มค่า ณ เดือนพฤศจิกายน 2025 เนื้อสัตว์เพาะเลี้ยงได้รับอนุญาตให้จำหน่ายในเพียงสามประเทศ[1] ดังนั้นสูตรต่างๆ จึงต้องเป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยและกฎระเบียบที่เข้มงวดเพื่อให้สามารถขยายตลาดได้
สำหรับการจัดหา แพลตฟอร์มเช่น
คำถามที่พบบ่อย
ประโยชน์ของการใช้สื่อที่ปราศจากเซรั่มแทนเซรั่มจากเลือดวัวในกระบวนการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงคืออะไร?
การใช้ สื่อที่ปราศจากเซรั่ม ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงมีประโยชน์สำคัญหลายประการเมื่อเทียบกับเซรั่มจากเลือดวัว (FBS) เริ่มต้นด้วยการตอบสนองต่อข้อกังวลด้านจริยธรรมที่เกี่ยวข้องกับ FBS ในขณะที่หลีกเลี่ยงธรรมชาติที่ไม่แน่นอนของห่วงโซ่อุปทานของมัน ทำให้สื่อที่ปราศจากเซรั่มเป็นทางเลือกที่น่าเชื่อถือและยั่งยืนมากขึ้น
ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการปรับแต่งสูตรที่ปราศจากเซรั่มเพื่อให้สารอาหารที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโต การเพิ่มจำนวน และการแยกแยะของเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ วิธีการที่ปรับแต่งนี้ช่วยรักษาผลลัพธ์ที่สม่ำเสมอในการผลิต
ยิ่งไปกว่านั้น การกำจัดส่วนประกอบที่มาจากสัตว์ช่วยลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนและทำให้การอนุมัติตามกฎระเบียบราบรื่นขึ้น ซึ่งทั้งสองอย่างนี้มีความสำคัญต่อการขยายการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง ปัจจัยเหล่านี้ทำให้สื่อที่ปราศจากเซรั่มเป็นก้าวสำคัญในการสร้างโซลูชันที่คุ้มค่าและขยายขนาดได้สำหรับอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยง
ปัจจัยการเจริญเติบโตเช่น FGF2 และอินซูลินมีบทบาทอย่างไรในการส่งเสริมการเจริญเติบโตและความมีชีวิตของเซลล์ในสื่อที่ปราศจากเซรั่ม?
ปัจจัยการเจริญเติบโตเช่น FGF2 (fibroblast growth factor 2) และ อินซูลิน มีบทบาทสำคัญในสื่อที่ปราศจากเซรั่มโดยสนับสนุนกิจกรรมเซลล์ที่จำเป็น FGF2 กระตุ้นการเพิ่มจำนวนเซลล์โดยการเปิดใช้งานเส้นทางที่ส่งเสริมการแบ่งตัวและการเจริญเติบโต ทำให้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการรักษาวัฒนธรรมเซลล์ที่มีสุขภาพดี ในขณะเดียวกัน อินซูลินจัดการการดูดซึมและการเผาผลาญกลูโคส เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์มีพลังงานที่จำเป็นในการเจริญเติบโตและอยู่รอด
ด้วยกัน, ส่วนประกอบเหล่านี้สร้างสภาพแวดล้อมที่จำลองการทำงานสนับสนุนของเซรั่ม, ช่วยให้เซลล์เจริญเติบโตและแยกแยะได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาวะที่ไม่มีเซรั่ม. อย่างไรก็ตาม, ความเข้มข้นของพวกมันต้องถูกปรับอย่างระมัดระวังให้เหมาะสมกับชนิดของเซลล์เฉพาะและการประยุกต์ใช้ที่ตั้งใจไว้เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด.
จะสามารถปรับปรุงสื่อที่ไม่มีเซรั่มให้เหมาะสมกับสายพันธุ์และชนิดของเซลล์ต่างๆ ในการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงได้อย่างไร?
การปรับปรุงสื่อที่ไม่มีเซรั่มสำหรับการผลิตเนื้อสัตว์ที่เพาะเลี้ยงหมายถึงการปรับแต่งส่วนผสมของสารอาหารให้เหมาะสมกับความต้องการเฉพาะของชนิดเซลล์และสายพันธุ์ต่างๆ. ซึ่งรวมถึงการปรับระดับของ กรดอะมิโนที่จำเป็น , วิตามิน, และ ปัจจัยการเจริญเติบโต อย่างระมัดระวังเพื่อส่งเสริมการเจริญเติบโตและพัฒนาของเซลล์.สิ่งที่สำคัญไม่แพ้กันคือการรักษาสมดุลที่เหมาะสมของ ไขมัน, แร่ธาตุ, และ คาร์โบไฮเดรต เพื่อให้แน่ใจว่าเซลล์ยังคงมีสุขภาพดีและทำงานตามที่ตั้งใจไว้
เนื่องจากแต่ละสายพันธุ์และประเภทของเซลล์มีความต้องการทางเมตาบอลิซึมที่แตกต่างกัน การปรับแต่งจึงมักเป็นสิ่งจำเป็น เครื่องมือเช่นการคัดกรองแบบความเร็วสูงและการวิเคราะห์เมตาบอลิซึมมีคุณค่าอย่างยิ่งในการระบุสูตรที่ดีที่สุด แพลตฟอร์มเช่น
