Các tế bào bất tử đang giải quyết một thách thức quan trọng trong sản xuất thịt nuôi cấy: sự phát triển hạn chế của các tế bào sơ cấp. Không giống như các tế bào sơ cấp, ngừng phân chia sau một số chu kỳ nhất định, các tế bào bất tử có thể phân chia vô thời hạn, làm cho chúng lý tưởng cho sản xuất quy mô lớn. Những tế bào này được tạo ra thông qua các biến đổi di truyền (e.g. , biểu hiện TERT và CDK4) hoặc đột biến tự phát, cho phép tăng trưởng mật độ cao trong các lò phản ứng sinh học.
Điểm Chính:
- Hạn Chế của Tế Bào Sơ Cấp: Các tế bào sơ cấp có tuổi thọ hữu hạn và không nhất quán, đòi hỏi phải sinh thiết động vật lặp đi lặp lại. Chúng cũng không phù hợp cho nuôi cấy treo trong các lò phản ứng sinh học công nghiệp.
- Ưu Điểm của Tế Bào Bất Tử: Phân chia liên tục, đặc điểm di truyền ổn định và tương thích với các hệ thống xử lý sinh học có thể mở rộng.
-
Nghiên cứu điển hình:
- Đại học Tufts (2023) : Phát triển tế bào vệ tinh bò bất tử hóa sử dụng TERT và CDK4, đạt được hơn 120 lần nhân đôi.
- Believer Meats (2022) : Tạo ra nguyên bào sợi gà bất tử hóa tự phát với mật độ tế bào cao (108×10⁶ tế bào/ml).
- Đại học Suranaree (2024): Sản xuất tế bào gốc cơ heo bất tử hóa hTERT có khả năng sinh sôi vô hạn.
Tế bào bất tử hóa cũng cho phép sản xuất các sản phẩm thịt nuôi cấy phức tạp bằng cách phân hóa thành cơ, mỡ và các mô khác. Tuy nhiên, vẫn còn những thách thức như đảm bảo sự ổn định di truyền, chuyển sang môi trường không có huyết thanh và đáp ứng các yêu cầu quy định. Mặc dù có những trở ngại này, tế bào bất tử hóa đang trở thành nền tảng của sản xuất thịt nuôi cấy có thể mở rộng.
Tế bào Nguyên phát so với Tế bào Bất tử trong Sản xuất Thịt Nuôi cấy
Các Nghiên cứu Trường hợp: Cách Các Công ty Sử dụng Tế bào Bất tử
Đại học Tufts's Tế bào Vệ tinh Bò Bất tử
Vào tháng 5 năm 2023, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Nông nghiệp Tế bào của Đại học Tufts (TUCCA) đã chia sẻ một bước đột phá trong ACS Synthetic Biology. Họ đã phát triển thành công tế bào vệ tinh bò bất tử (iBSCs) bằng cách giới thiệu biểu hiện TERT và CDK4. Điều này cho phép các tế bào vượt qua giới hạn Hayflick, đạt được hơn 120 lần nhân đôi trong khi vẫn duy trì khả năng phân biệt thành sợi cơ [2][5].
"Sử dụng các dòng tế bào bò bền vững mới này, các nghiên cứu có thể trở nên phù hợp hơn, thực sự đi thẳng vào vấn đề chính." - Andrew Stout, Nhà nghiên cứu chính, Trung tâm Nông nghiệp Tế bào Đại học Tufts [5]
Các dòng tế bào này đã được cung cấp thông qua Ngân hàng Tế bào Mở TUCCA và được phân phối bởi các nhà cung cấp thương mại như Kerafast. Năm 2024, TUCCA đã hợp tác với Good Food Institute để mở rộng ngân hàng, bao gồm các dòng nguyên bào sợi bò bất tử (e.g. , TU-GFI-SCL1). Các dòng nguyên bào sợi này ban đầu được phát triển bởi SCiFi Foods sử dụng công nghệ CRISPR /Cas9 [4]. Bằng cách áp dụng phương pháp tiếp cận mở này, sáng kiến có thể tiết kiệm cho ngành công nghiệp thịt nuôi cấy từ £16 triệu đến £80 triệu cho mỗi 10 công ty khởi nghiệp, vì phát triển một dòng tế bào thương mại đơn lẻ có thể tốn từ £1.6 triệu đến £8 triệu [6].
Trong khi đó, Upside Foods đã chọn một hướng đi khác, tập trung vào tế bào gà.
Phương Pháp Dòng Tế Bào Gà của Upside Foods
Upside Foods đã triển khai một chiến lược độc quyền kết hợp sự biểu hiện quá mức của TERT với các sửa đổi dựa trên CRISPR. Trong khi cả Tufts và Upside Foods đều sử dụng TERT để ngăn chặn sự rút ngắn telomere, Upside Foods chọn các sửa đổi CRISPR thay vì biểu hiện CDK4 để đạt được sự bất tử hóa ở quy mô thương mại [3].
Phương pháp này đã giúp công ty đạt được những thành tựu quan trọng về quy định, chẳng hạn như sự chấp thuận sơ bộ của FDA cho gà nuôi cấy của mình [5]. Tuy nhiên, Upside Foods vẫn tiếp tục đối mặt với những thách thức, đặc biệt là trong việc mở rộng sản xuất trong khi duy trì khả năng phân biệt cần thiết để sản xuất mô cơ thực sự.
Những ví dụ này làm nổi bật cách các dòng tế bào bất tử hóa đang giúp giải quyết các thách thức sản xuất và mở rộng quy mô sản xuất thịt nuôi cấy.
Tế bào gốc trung mô cho sự bất tử hóa
Lợi ích của MSCs trong thịt nuôi cấy
Tế bào gốc trung mô (MSCs) bất tử hóa cung cấp khả năng sinh sôi vô hạn và khả năng phân biệt thành nhiều loại tế bào khác nhau, như cơ, mỡ và xương, làm cho chúng trở nên lý tưởng để sản xuất các sản phẩm thịt nuôi cấy phức tạp [7].
Bằng cách biểu hiện quá mức hTERT (telomerase reverse transcriptase của người), các nhà nghiên cứu có thể khôi phục hoạt động telomerase trong MSCs. Điều này cho phép các tế bào phân chia vô hạn mà không mất đi các đặc tính của tế bào gốc [7] . Ví dụ, vào tháng 12 năm 2024, một nhóm tại Đại học Công nghệ Suranaree, dưới sự lãnh đạo của Parinya Noisa, đã phát triển thành công tế bào gốc cơ heo bất tử hóa hTERT. Những tế bào này đã chứng minh khả năng sinh sôi vô hạn và giữ được khả năng phân biệt thành sợi cơ trong điều kiện in vitro.Ấn tượng là, nghiên cứu cho thấy rằng các tế bào này có thể được nuôi cấy qua hơn 100 thế hệ mà không mất đi khả năng phân hóa của chúng [7].
"hTERT có thể làm bất tử hóa MSCs từ lợn và bảo tồn các đặc tính tế bào gốc của chúng. Đối với nghiên cứu và công nghệ thịt nuôi cấy, sự bất tử có thể có giá trị."
- Parinya Noisa, Tác giả liên hệ, Đại học Công nghệ Suranaree [7]
MSCs bất tử hóa cũng thể hiện sự tăng trưởng nhanh chóng và tích lũy sinh khối, điều này có lợi cho việc mở rộng quy mô sản xuất [1]. Một số dòng bất tử hóa được tối ưu hóa thêm để phát triển trong các huyền phù tế bào đơn và môi trường không có huyết thanh, cho phép chúng đạt được mật độ tế bào cao cần thiết cho các lò phản ứng sinh học quy mô lớn [1]. Tuy nhiên, các phát hiện từ nghiên cứu Suranaree đã nêu bật một hạn chế tiềm năng: trong khi các tế bào có số lần nuôi cấy thấp vẫn ổn định, sự hình thành khối u đã được quan sát thấy ở các tế bào nuôi cấy vượt quá 100 thế hệ [7].
Phần tiếp theo đi sâu vào việc lấy nguồn MSC từ các loài khác nhau và vai trò cụ thể của chúng trong sản xuất thịt nuôi cấy.
Nguồn MSC Qua Các Loài
MSC có thể được lấy từ nhiều loài khác nhau, mỗi loài đóng góp những lợi ích độc đáo cho sản xuất thịt nuôi cấy. Ví dụ:
- MSC từ Bò: Chúng thường được lấy từ tủy xương hoặc các tế bào tiền thân có nguồn gốc từ cơ và rất quan trọng cho việc phát triển các sợi cơ bò [2][7].
- MSCs từ lợn: Được lấy từ các tế bào vệ tinh cơ và tế bào đệm tủy xương, chúng được sử dụng trong sản xuất cơ và mỡ lợn nuôi cấy [7].
- Nguyên bào sợi phôi gà: Mặc dù không phải là MSCs truyền thống, các tế bào này có đặc điểm tương tự. Chúng có thể được chuyển đổi thành các tế bào giống tế bào mỡ, đóng vai trò trong việc tăng cường hương vị và mùi thơm [1].
Hiệu quả của các nguồn MSC phụ thuộc đáng kể vào khả năng sinh sản và khả năng thích ứng với nuôi cấy treo. Các tế bào sơ cấp từ các nguồn này thường có tuổi thọ hạn chế và mất khả năng phân hóa theo thời gian, làm cho việc bất tử hóa trở thành một bước quan trọng cho các ứng dụng thương mại [7]. Các tế bào gốc trung mô thích nghi với hệ thống treo đặc biệt có giá trị trong việc đạt được sự phát triển mật độ cao trong các lò phản ứng sinh học, điều này rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu sản xuất thịt nuôi cấy ở quy mô lớn [1].
Yêu cầu về Quy định và Sản xuất
An toàn Thực phẩm và Ổn định Di truyền
Khi các dòng tế bào bất tử trở thành nền tảng của sản xuất thịt nuôi cấy, việc giải quyết các thách thức về quy định và khả năng mở rộng là rất cần thiết. Tại Hoa Kỳ, Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm (FDA) giám sát các giai đoạn ban đầu, bao gồm thu thập và lưu trữ tế bào, đảm bảo an toàn cho quy trình sản xuất và thiết lập các dòng tế bào [8] . Khi bắt đầu thu hoạch, Dịch vụ Kiểm tra và An toàn Thực phẩm của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA-FSIS) tiếp quản, tập trung vào chế biến và ghi nhãn cho các sản phẩm gia súc và gia cầm [9,10].
Một trọng tâm lớn của quy định là đảm bảo sự ổn định di truyền và an toàn của các sửa đổi được sử dụng cho việc bất tử hóa. Các công ty phải chứng minh rằng các dòng tế bào vẫn ổn định qua nhiều thế hệ mà không có sự biến đổi ung thư [9,4]. Đáng chú ý, vào tháng 12 năm 2022, Believer Meats (trước đây là Future Meat Technologies) đã công bố phát hiện trong Nature Food trình bày sự bất tử tự phát của nguyên bào sợi gà. Dưới sự dẫn dắt của Giám đốc Khoa học Yaakov Nahmias, nghiên cứu đã tiết lộ rằng các tế bào này duy trì sự ổn định di truyền và đạt mật độ 108 × 10⁶ tế bào mỗi mililit trong các nền văn hóa liên tục, tất cả mà không cần dựa vào sửa đổi di truyền [1]. Cách tiếp cận này cho phép các công ty tránh được những thách thức liên quan đến sinh vật biến đổi gen, đặc biệt là ở các khu vực có quy định nghiêm ngặt về thực phẩm biến đổi gen.Tính đến tháng 3 năm 2025, FDA đã hoàn thành các cuộc tham vấn trước thị trường cho các tế bào mỡ gà, hải sản và thịt lợn nuôi cấy, đánh dấu một cột mốc quan trọng cho con đường quy định của ngành [8].
Các cơ sở sản xuất được yêu cầu tuân thủ Thực hành Sản xuất Tốt Hiện hành (CGMP) trong khi triển khai các hệ thống Phân tích Mối nguy và Điểm Kiểm soát Quan trọng (HACCP). Các cuộc kiểm tra của USDA-FSIS diễn ra ít nhất một lần mỗi ca trong quá trình thu hoạch và chế biến, đảm bảo tuân thủ và nhất quán [9,10]. Các tiêu chuẩn nghiêm ngặt này rất quan trọng để duy trì sự đồng nhất của lô hàng và đạt được năng suất sản xuất cao.
Tính nhất quán và Khả năng mở rộng
Vượt ra ngoài sự ổn định di truyền, các nhà sản xuất phải đảm bảo rằng các dòng tế bào có thể chuyển đổi mượt mà vào các hệ thống sản xuất có thể mở rộng. Đạt được hiệu suất nhất quán, có thể tái tạo ở quy mô công nghiệp đòi hỏi phải giám sát liên tục tính toàn vẹn của dòng tế bào.Để đạt được mục tiêu này, các nhà sản xuất tiến hành phân tích CNV (biến thể số lượng bản sao) và SNV (biến thể nucleotide đơn) trong khi điều chỉnh các tế bào bất tử để phát triển trong môi trường không có huyết thanh. Bước này là then chốt để cho phép mở rộng mật độ cao trong các bioreactor quy mô lớn [1]. Việc giám sát hệ gen như vậy đảm bảo rằng các dòng tế bào giữ được các đặc điểm mong muốn qua nhiều thế hệ.
Các dòng tế bào bất tử có khả năng đạt mật độ 108 × 10⁶ tế bào mỗi mililit và đạt được năng suất sinh khối 36% w/v minh họa mức độ nhất quán mà các cơ quan quản lý yêu cầu [1].
"Mặc dù một số người có thể đặt câu hỏi liệu việc tiêu thụ các tế bào bất tử có an toàn hay không, thực tế là khi các tế bào đã được thu hoạch, lưu trữ, nấu chín và tiêu hóa, không có con đường khả thi nào để tiếp tục phát triển."
- David Kaplan, Giáo sư Gia đình Stern về Kỹ thuật Y sinh, Đại học Tufts [5]
Trước khi thương mại hóa, sinh khối cuối cùng trải qua quá trình sàng lọc nghiêm ngặt để phát hiện các mầm bệnh như Salmonella và Listeria, cùng với kiểm tra thuốc trừ sâu kỹ lưỡng [1]. Các quy trình xác minh loài cũng được áp dụng trong suốt quá trình sản xuất để đảm bảo tính nhất quán. Đối với các nhà sản xuất điều hướng các yêu cầu quy định và sản xuất nghiêm ngặt này, các nền tảng như
sbb-itb-ffee270
Rào cản và Cơ hội
Thách thức Phát triển Hiện tại
Dòng tế bào bất tử hóa đối mặt với nhiều rào cản kỹ thuật và quy định. Một vấn đề đáng kể là hạn chế chỉnh sửa gen, giới hạn việc sử dụng các công cụ tiên tiến như CRISPR hoặc oncogen virus trong sản xuất thực phẩm [1]. Kết quả là, các nhà nghiên cứu đang chuyển sang bất tử hóa tự phát, một quá trình đòi hỏi nhiều thời gian và nguồn lực để xác định và đặc trưng hóa các dòng tế bào khả thi.
Một vấn đề quan trọng khác là ổn định di truyền. Duy trì tính toàn vẹn nhiễm sắc thể là rất quan trọng, vì việc giám sát thường xuyên các biến thể số lượng bản sao (CNVs) và biến thể đơn nucleotide (SNVs) là cần thiết. Ví dụ, một nghiên cứu vào tháng 12 năm 2024 của Đại học Suranaree đã phát hiện rằng các tế bào gốc cơ bắp lợn bất tử hóa bằng hTERT vẫn ổn định qua nhiều chu kỳ.Tuy nhiên, việc vượt qua 100 chu kỳ đã làm tăng nguy cơ gây ung thư, nhấn mạnh một ngưỡng an toàn không được bỏ qua [7].
Những thách thức kỹ thuật cũng bao gồm thích nghi trong môi trường treo và chuyển đổi sang môi trường không có huyết thanh. Việc chuyển đổi các tế bào sơ cấp phụ thuộc vào bám dính thành các huyền phù tế bào đơn phù hợp cho việc mở rộng trong bioreactor mật độ cao vẫn còn phức tạp. Tương tự, việc thiết kế môi trường không có huyết thanh hỗ trợ tăng trưởng tế bào nhanh chóng trong khi vẫn bảo tồn tiềm năng phân hóa tiếp tục là một trở ngại lớn. Vượt qua những thách thức này là rất quan trọng để thúc đẩy sản xuất thịt nuôi cấy.
Cơ hội Nghiên cứu và Thương mại hóa trong Tương lai
Mặc dù có những thách thức này, nghiên cứu đang khám phá các chiến lược đầy hứa hẹn để giải quyết những rào cản này.Ví dụ, bất tử hóa tự phát và kỹ thuật chuyển biệt hóa đang nổi lên như những giải pháp khả thi cho sản xuất quy mô lớn.
Bất tử hóa tự phát cung cấp một giải pháp thay thế không GMO. Vào tháng 12 năm 2022, Believer Meats đã chứng minh rằng các nguyên bào sợi gà bất tử hóa tự phát có thể đạt mật độ tế bào 10⁸ tế bào trên mỗi mililit trong nuôi cấy liên tục, với năng suất sinh khối đạt 36% w/v [1] . Các thử nghiệm cảm quan của sản phẩm gà nuôi cấy kết quả rất thành công, đạt điểm 4.5 trên 5.0. Trong số 150 người tham gia, 85% cho biết họ "rất có khả năng" thay thế thịt truyền thống bằng sản phẩm này [1].
Kỹ thuật chuyển biệt hóa mở ra một con đường đổi mới khác.Bằng cách sử dụng các kích hoạt sinh hóa như PPARγ được kích hoạt bởi lecithin, các nhà nghiên cứu có thể chuyển đổi các nguyên bào sợi bất tử thành các tế bào mỡ lưu trữ mà không cần các sửa đổi di truyền bổ sung [1]. Phương pháp này giải quyết các mối quan ngại về quy định trong khi mở rộng các lựa chọn sản xuất. Để hỗ trợ những tiến bộ này, các nền tảng như
Thịt nuôi cấy: một câu chuyện tình yêu | Dr. Natalie Rubio | TEDxTufts
Kết luận
Các dòng tế bào bất tử đang định hình lại ngành công nghiệp thịt nuôi cấy.Bằng cách vượt qua sự lão hóa tế bào, các dòng tế bào này loại bỏ nhu cầu cho các sinh thiết động vật lặp đi lặp lại, cung cấp một nguồn sinh khối đáng tin cậy và nhất quán [1]. Độ tin cậy này giải quyết một vấn đề quan trọng cho ngành: sự biến đổi giữa các lô, có thể làm suy giảm cả chất lượng sản phẩm và tuân thủ quy định.
Bằng chứng từ Đại học Tufts và Believer Meats nhấn mạnh tính khả thi của cả sự bất tử hóa di truyền và tự phát để đạt được các tiêu chuẩn thương mại. Ví dụ, các tế bào vệ tinh bò của Tufts đã thể hiện hơn 120 lần nhân đôi trong khi vẫn giữ khả năng phân hóa thành tế bào cơ [2]. Tương tự, Believer Meats đã đạt được năng suất sinh khối 36% w/v và báo cáo phản hồi tích cực từ người tiêu dùng [1]. Những cột mốc này mở đường cho việc giải quyết các rào cản kỹ thuật và quy định còn lại.
Tiến bộ trong tương lai sẽ phụ thuộc vào một số yếu tố chính: giám sát di truyền chính xác, sử dụng môi trường không chứa huyết thanh được điều chỉnh, và hệ thống nuôi cấy treo tối ưu. Sự bất tử tự phát cung cấp một con đường không GMO, có thể giảm bớt thách thức về quy định, trong khi các kỹ thuật chuyển đổi có thể cho phép một dòng tế bào duy nhất sản xuất cả thành phần cơ và mỡ [1]. Như Giáo sư Yaakov Nahmias và nhóm của ông đã quan sát:
"sự bất tử hóa mà không cần biến đổi di truyền và sản xuất năng suất cao là rất quan trọng cho việc hiện thực hóa thị trường của thịt nuôi cấy" [1]
Đối với các nhóm đang điều hướng những phức tạp này, các nền tảng như
Câu hỏi thường gặp
Các tế bào bất tử có an toàn để ăn trong thịt nuôi cấy không?
Các tế bào bất tử, khi được sử dụng trong thịt nuôi cấy, thường được coi là an toàn để tiêu thụ sau khi chúng đã được thu hoạch, lưu trữ và nấu chín. Điều này là do chúng trải qua các phương pháp xử lý tương tự như những phương pháp áp dụng cho các thành phần thực phẩm khác. Tuy nhiên, các cuộc thảo luận vẫn tiếp tục xoay quanh các mối quan ngại về an toàn tiềm ẩn, chủ yếu xuất phát từ khả năng sinh sôi vô hạn của chúng.
Làm thế nào để các nhà sản xuất chứng minh một dòng tế bào bất tử hóa duy trì ổn định di truyền?
Các nhà sản xuất duy trì sự ổn định di truyền của các dòng tế bào bất tử hóa thông qua việc kiểm tra chi tiết qua nhiều lần truyền tế bào. Quá trình này bao gồm phân tích bộ gen, như karyotyping và giải trình tự toàn bộ bộ gen, để xác định bất kỳ đột biến nào. Ngoài ra, các xét nghiệm chức năng được thực hiện để đánh giá khả năng tăng trưởng và phân hóa. Bằng cách thường xuyên giám sát hành vi tế bào và các dấu hiệu di truyền, các nhà sản xuất đảm bảo rằng các dòng tế bào này vẫn ổn định và đáp ứng các yêu cầu an toàn và chất lượng nghiêm ngặt cần thiết cho sản xuất thịt nuôi cấy.
Điều gì làm cho một dòng tế bào phù hợp với sự phát triển trong bioreactor treo không có huyết thanh?
Để sản xuất thịt nuôi cấy quy mô lớn, một dòng tế bào phù hợp phải có một số đặc điểm chính.Nó nên được bất tử hóa để cho phép sự phát triển vô hạn, duy trì sự ổn định di truyền theo thời gian và thể hiện sự phát triển nhanh chóng trong môi trường bioreactor treo không có huyết thanh. Những đặc điểm này là cần thiết cho các quy trình sản xuất hiệu quả và quy mô lớn.
