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降低培养肉的支架成本

Reducing Scaffold Costs in Cultivated Meat

David Bell |

支架成本是使培养肉类变得可负担的最大障碍之一。 目前，支架通常占生产成本的很大一部分，培养肉类的价格约为50英镑/公斤，而传统牛肉每公斤仅需几英镑。本文探讨了降低支架费用的方法，重点关注材料选择、生产工艺和更智能的采购方法。

关键要点：

  • 高成本：支架需要可食用、食品安全且机械适用，这限制了可负担的材料选择。
  • 材料创新：玉米壳和菠萝蜜皮等农业副产品显示出潜力，成本低于1英镑/公斤，而生物医学级支架的成本为63英镑/公斤。
  • 高效生产：简化去细胞化和优化静电纺丝等技术可以减少浪费和能源使用。
  • 采购平台：像 Cellbase 这样的工具简化了采购流程，提供具有成本效益的食品级支架材料。

通过专注于更便宜的材料、改进制造方法和集中采购，公司可以降低支架成本，使培养肉更接近于传统肉类的价格平价。

Dr. Glenn Gaudette: 使用去细胞化菠菜作为培养肉的支架

支架材料成本的驱动因素

Scaffold Cost Comparison: Traditional vs. Plant-Based Materials for Cultivated Meat

支架成本比较：传统材料与植物基材料用于培养肉

材料组成和生物相容性要求

为培养肉创建支架面临独特的挑战，这些挑战显著影响材料成本。与用于生物医学领域的支架不同，这些支架必须满足三个要求：它们需要是可食用的、安全可食用的，并且能够支持细胞粘附、生长和分化。除此之外，它们还必须降解为无害的副产品。这种需求的结合使得材料选择范围比其他行业更窄[1]。

对食品级纯度和可追溯性的重视增加了另一层费用。动物来源的材料，如胶原蛋白和明胶，在细胞粘附方面非常有效，但由于复杂的提取和纯化过程以及严格的监管要求，成本较高。这些材料还需要严格的可追溯性系统以降低病原体风险，进一步推高了质量保证成本[5][11]。另一方面，植物基替代品——如来自谷物、藻类或真菌的蛋白质——通常更为经济，尤其是当它们来源于农业或食品加工的副产品时。然而，这些材料可能需要额外的处理，如表面涂层或功能化，以达到与动物衍生选项相同的生物活性。[3][6][11]。

满足培养肉的机械性能要求增加了另一层复杂性。支架必须提供特定的特性，如刚度、孔隙率和可控的降解速率。对于整块产品，它们还需要复制肌肉状的纹理，并可能需要各向异性纤维对齐以引导细胞定向。实现这些技术标准通常涉及复杂且昂贵的制造方法。因此，更实惠、技术含量较低的材料通常无法提供消费者对肉类期望的感官品质[1][6]。

这些严格的材料要求不仅限制了选择范围，还导致生产成本增加，详见下文。

支架的高生产成本

用于生产高性能支架的制造工艺是其成本的主要因素。静电纺丝，一种广泛用于制造纳米纤维支架的方法，需要高压设备、精确的环境控制和缓慢的沉积速率。此外，该过程涉及溶剂处理和回收系统，这增加了资本和运营费用[5][6]。

同样，3D打印和生物打印技术也面临其自身的成本挑战。这些包括昂贵的打印机硬件、专有生物墨水、复杂设计的有限吞吐量以及显著的劳动力需求[5][6]。

另一种有前景但仍然昂贵的方法是去细胞化，这涉及去除植物或动物组织中的细胞材料。可以使用玉米壳或菠萝蜜皮等材料，但该过程需要清洗、化学处理和长时间的加工。虽然使用简单的洗涤剂协议进行植物基去细胞化相对经济实惠，但扩大规模需要在设备上进行投资，如搅拌罐、过滤系统和废物处理设施。监控和维护食品级或HACCP合规系统的劳动力成本也显著增加了生产费用[3][5]。

这些制造复杂性突显了为什么支架生产仍然是一项昂贵的工作。

降低支架成本的实用策略

批量采购和供应商谈判

由于规模经济，批量购买支架材料可以显著降低成本。大宗订单通常可以将单价降低20-50%，同时保持培养肉生产所需的生物相容性 [2][4]。与供应商建立长期关系并承诺基于数量的合同可以进一步增加节省。

在谈判时，值得要求分级定价——例如，超过100公斤的订单享受10%的折扣——或将支架材料与其他必需品如生长培养基捆绑在一起 [2][4]。直接与供应商合作还可以根据特定需求定制配方，通常比标准现成选项成本更低。这些协商节省为通过改进生产工艺进一步降低成本奠定了坚实的基础。

脚手架生产中的工艺优化

简化生产工艺可以通过减少材料浪费和能源使用来降低成本。例如，优化的静电纺丝技术可以将生产时间缩短30-40%，提高纤维均匀性，并降低费用[2][7]。实际步骤包括自动化控制如电压和流速，在生产过程中回收溶剂，并使用计算建模在从实验室到全面生产扩展之前识别效率提升。

对于植物基脚手架，简化的去细胞化方法提供了更多的节省。使用常见的清洁剂如SDS处理24-48小时，玉米壳或菠萝蜜皮等材料的加工成本低于每公斤1英镑，而标准生物医学支架的成本约为每公斤63英镑[3]。这些清洁剂已被批准用于食品和制药行业，这使得验证成本较低，同时生产出可食用的支架，支持牛肌肉细胞在生物反应器中的生长和细胞间的转移[3]。成本节约还来自于使用符合可持续实践的创新低成本材料。

低成本支架的材料创新

新材料正在解锁支架生产中的显著成本节约。一个有前景的领域是使用农业废物流。例如，去细胞化的玉米壳和菠萝蜜皮提供了与肌肉组织非常相似的各向异性结构。特别是菠萝蜜，其机械性能类似于牛组织，并支持强细胞生长。试验表明，牛卫星细胞在菠萝蜜支架上的蛋白质产量为每克11.45 ± 2.24 µg/µL裂解液，禽类细胞为每克12.90 ± 1.99 µg/µL裂解液[3]。这些材料的价格低于每公斤1英镑，使得培养肉更接近与传统牛肉竞争所需的每公斤2英镑目标[3]。

除了植物性选择之外，由谷物废料制成的3D可打印墨水正在实现可食用支架的直接打印[9]。这种方法将低价值的副产品转化为高价值的材料，同时提高了培养肉生产的可持续性。从动物衍生生物材料转向植物、真菌或藻类生物聚合物也提高了可扩展性并解决了监管挑战[10][11]。例如，Gelatex，一家纳米纤维支架制造商，已经将生产成本降低到每公斤不到1000欧元，预计在五年内降至每公斤40欧元，十年内降至每公斤20欧元[8]。在每公斤20欧元的情况下，支架成本将对培育肉的最终价格贡献不到每公斤1欧元[8]。这些进步，加上智能采购策略，使得在像 Cellbase这样的专业市场中实现成本效益的支架采购成为现实。

利用专业市场提高成本效率

专业市场正成为提高成本效率的关键工具，补充了生产方法和材料选择的进步。

如何Cellbase支持脚手架采购

Cellbase

英国的培养肉公司经常面临供应链分散和生物医学级脚手架高成本的挑战，这些脚手架并非为食品生产设计。标准实验室目录很少提供这些公司所需的基本细节，如食品级认证、可食性和法规合规性。这迫使采购团队花费大量时间比较价格并与多个供应商谈判——这是一个低效且资源密集的过程。

Cellbase 通过充当一个专门为培养肉生产商量身定制的平台来简化这一过程。它允许研发和采购团队搜索与肌肉和脂肪细胞系兼容的支架材料。平台上的供应商列出食品级支架、微载体和相关生物材料，并提供详细的规格、应用指导和预先定价。由于 Cellbase 专注于B2B和培养肉，买家可以轻松地从多个经过验证的供应商处请求报价、样品包或试验规模批次，所有这些都在一个地方。这简化了通常复杂的供应商入驻流程。

通过集中这些采购活动，公司可以从依赖精品、低产量产品转向采用食品级支架线或植物衍生选项，这在规模上更具成本效益。能够并排比较多个报价，确保买家可以获得更好的价格，无论是按每公斤还是每平方米计算。此外，在各个阶段——研发、试点项目和早期商业生产——汇集需求，使得谈判批量折扣和框架协议变得更加容易，而这在单独与供应商打交道时可能难以实现。这种简化的方法帮助公司实现明显的成本节约。 使用专业市场的好处 除了成本优势， Cellbase 提供透明的定价和过滤工具，允许买家根据面积、体积或质量来比较材料。这一功能简化了决策过程，减少了与销售团队进行冗长谈判的需要。对于在英国运营的精益初创企业来说，这是一项重大优势，因为它节省了时间和内部资源，同时能够做出更好的材料选择。 平台对培养肉的关注也意味着它突出了创新和以食品为导向的材料，如植物基、农业废料衍生或纹理化的可食用支架。例如，开发结构化牛肉模拟物的研发团队可以使用 Cellbase 来比较传统的胶原蛋白基支架与植物基或农业废料衍生的选项。他们可以同时从多个供应商处采购小批量评估样品，加速从昂贵的生物医学材料向为食品生产设计的成本效益解决方案的过渡。

随着时间的推移，通过平台提供的采购数据和市场洞察可以帮助公司跟踪不同支架类型的价格趋势，使他们能够预测某些技术何时可能变得更适合商业扩展。此外，监控供应商的表现——如交付可靠性、质量一致性和响应能力——使生产商能够优先选择那些能最大限度降低风险和隐藏成本（如延误或质量问题）的供应商。这种效率水平对于降低培养肉行业的整体生产成本至关重要。

结论

降低培养肉生产中的支架成本依赖于三个主要策略：材料创新、工艺优化和更智能的采购方法。一种有前景的方法是从昂贵的生物医学级材料转向由农业副产品（如玉米壳或菠萝蜜皮）制成的可食用植物基支架。这些替代品不仅比传统胶原蛋白支架便宜得多，而且通过消除去除步骤简化了生产，降低了加工费用[3][10].

生产工艺的进步同样重要。优化去细胞化方法，使用具有控制释放的生长因子，并通过高效的生物反应器系统扩大生产规模，可以显著节省成本——某些方法已实现高达95%的成本降低[2][3]。供应商已经取得了进展，预计支架成本可能降至每公斤培育肉低于1欧元[8].

此外，像 Cellbase 这样的精简采购平台正在帮助公司节省时间和金钱。这些平台简化了供应商的访问，支持价格比较，并促进批量采购。对于预算紧张的英国初创企业，这种集中化的方法减少了供应商的分散，并提供了获取新兴低成本材料的机会，使采购更加高效和具有成本效益。

常见问题

使用玉米壳等植物材料如何帮助降低培养肉生产中的支架成本？

玉米壳等植物材料提供了一种具有成本效益、可生物降解且易于获取的合成或动物来源支架的替代品。使用这些材料可以显著降低支架费用，同时支持环保实践。

通过采用植物性选项，培养肉生产商可以简化生产流程并降低材料成本，同时不牺牲质量或功能。

过程优化如何帮助降低培养肉生产中的支架成本？

降低支架成本始于提高制造效率。通过改进流程，可以显著降低生产费用。此外，优化的方法有助于减少材料浪费，同时增强支架设计，确保它们在使用更少资源的情况下支持更好的细胞生长。这使整个过程更加经济。

通过简化工作流程和采用新技术，生产商可以在不影响专为培养肉生产设计的支架质量的情况下节省大量成本。

Cellbase 如何帮助降低培养肉生产的支架成本？

Cellbase 通过提供专为该领域设计的专业市场，简化了获取培养肉支架的过程。它允许专业人士找到经过验证的支架和生物材料，比较明确的定价，并直接与可靠的供应商互动——所有这些都在一个平台内完成。

通过将所有内容集中在一个地方， Cellbase 有助于降低成本，节省宝贵的时间，并提高整体效率。这使得研究人员和企业更容易获得推进其生产方法所需的材料。

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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"

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    支架生物相容性：测试协议

    支架生物相容性 对于培养肉生产至关重要。支架必须支持细胞粘附、生长和分化，同时安全可食用。它们应降解为无害的副产品，不留下不可食用的残留物。监管标准要求符合 ISO 10993 医疗器械协议 和 英国/欧盟食品安全法。以下是您需要了解的内容： 关键测试领域： 细胞毒性：材料必须显示超过 70% 的细胞活力（ISO 10993-5）。 降解性：支架必须安全降解为可食用的成分。 机械性能：刚度、孔隙率和耐久性对于细胞生长至关重要。 材料类别： 天然聚合物（e.g，海藻酸盐、大豆蛋白）：由于已建立的食品用途，较容易获得监管批准。 合成聚合物：根据新型食品法规需要详细的安全数据。 去细胞化ECM：动物来源的支架需要对过敏原和病原体进行彻底测试。 监管重点： 支架必须符合ISO 10993标准，符合新型食品评估，并确保对人类食用的安全性。测试包括细胞毒性、过敏性和降解产物分析。 实际应用： 开发者应将生物相容性数据与机械和结构指标结合，以优化支架性能。像Cellbase这样的平台有助于将经过验证的支架与生产需求相匹配。 本文提供了关于培养肉生产中支架的测试协议、监管要求和材料选择的详细指南。支架生物相容性的监管标准 适用的测试标准 监管标准已建立明确的测试协议，以确保用于培养肉生产的支架的安全性和生物相容性。这些支架必须符合 ISO 10993 医疗器械标准和食品安全法规的要求[6][3][4]。这种双重要求的产生是因为支架不仅作为生物材料支持细胞生长，还需要作为最终产品的一部分安全食用。 ISO...

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  • Process Monitoring in 3D-Printed Scaffold Fabrication

    3D打印支架制造中的过程监控

    3D打印支架是培养肉生产的基础。 这些结构为细胞生长成肌肉和脂肪组织提供框架，模仿传统肉类的质地。然而，即使是支架制造中的小缺陷——如不均匀的层或空隙——也可能影响其强度和功能。 以下是您需要了解的内容： 像PLA和PCL这样的材料 因其食品级质量和可定制的特性而被广泛使用。 打印参数很重要。 喷嘴温度、打印速度和材料进给速率直接影响支架质量。 实时监控（e.g., 温度和压力传感器）和打印后检查（e.g., 微CT扫描）确保支架符合严格标准。 可追溯性和文档记录对于合规性至关重要，将每个支架与其原材料和制造数据连接起来。 自动化和人工智能工具通过在生产过程中动态调整参数来提高一致性。 本文提供了每个阶段的过程监控详细指南 - 材料准备、打印机设置、过程控制和打印后评估。还强调了像OCT和机器学习这样的工具如何提高支架的可靠性。 关键要点：一致的监控和文档记录对于生产符合安全和性能标准的高质量支架是不可或缺的。3D细胞培养的自报告支架 l 协议预览 材料准备和质量控制 用于培养肉类生产的支架质量在很大程度上依赖于原材料的精确准备和控制。无论是处理像PCL和PLA这样的食品级聚合物、生物墨水，还是复合混合物，这些材料都必须符合精确的规格，以确保它们在打印过程中表现一致。如果没有仔细的准备和严格的质量控制，即使是最先进的3D打印机也难以生产出符合工艺机械、生物和结构要求的支架。 原料组成和特性 每批原料都必须经过彻底检查，以确保其在打印和细胞培养过程中表现如预期。这个过程的一个关键部分是流变学特性表征。对于生物墨水和聚合物熔体等材料，了解它们在喷嘴剪切力下的流动行为至关重要。振幅和频率扫描等技术有助于定义线性粘弹性范围，并确认材料在挤出后保持其形状。流动曲线揭示了剪切变稀行为，这对于支架材料是理想的——在喷嘴压力下变稀，但在沉积后迅速恢复粘度，确保形成干净的线条和牢固的层粘附。 在实际打印温度下进行流变学测试至关重要（e.g，例如PLA为200°C），以建立可接受的参数，如粘度、屈服应力和模量值。任何超出这些阈值的批次都应被拒绝或重新配方，因为即使是微小的粘度变化也会显著影响丝材宽度、孔隙几何形状和机械性能，如杨氏模量。对于复合系统，固体含量和粒径分布同样重要。例如，在用羟基磷灰石增强PCL以改善机械性能时，陶瓷颗粒必须大小均匀且分散良好。激光衍射或显微镜等工具可以评估粒径分布，并设定上限以防止喷嘴堵塞。关于PCL/羟基磷灰石支架的研究表明，材料成分、温度和打印速度的变化可以显著改变线宽和孔隙几何形状，从而影响机械强度和细胞相容性[1]。即使是微小的缺陷，如空隙或不均匀的线条，也会显著降低压缩模量[1]。 水分含量是另一个常见问题。像PLA这样的吸湿性聚合物容易吸收水分，在加热时会导致水解降解。这导致了较低的粘度、气泡形成和支架的弱化[2]。为减轻这种情况，材料应预先干燥，存放在带有干燥剂的密封容器中，并使用可靠的方法如Karl Fischer滴定法进行监测。设定严格的湿度阈值是至关重要的。 对于培养肉应用，灭菌和生物相容性是不可妥协的。支架必须无微生物污染和内毒素，以支持哺乳动物细胞的生长。灭菌方法——如伽马辐射、紫外线照射、过滤或高压灭菌（如果聚合物允许）——应经过验证，并定期进行内毒素检测。在英国和欧洲，即使在早期研究阶段，遵循ISO 10993生物相容性标准也是明智的做法。所有测试方法、批次详情和结果都应在集中数字系统中详细记录。支架不仅必须促进细胞生长，还必须符合食品安全标准。 内部检查清单可以及早发现问题。这可能包括对变色或颗粒的目视检查、生物墨水的pH值测量，以及使用手持流变仪进行的快速粘度测试。打印网格或简单晶格等基准几何形状也可以揭示线条均匀性或层粘附性的问题。为这些测试建立明确的通过/失败标准，并随着时间的推移保持记录以监测材料质量趋势。 检查属性 测试方法...

  • Analysing Surface Functionalization for Cultivated Meat

    分析培养肉的表面功能化

    表面功能化是培养肉生产中的关键过程，专注于修改支架表面以改善细胞的附着、生长和发育成组织。通过定制表面特性如化学性质、电荷和纹理，生产者可以增强细胞粘附、排列和分化——这些是创建结构化肉类产品的关键步骤。这种方法支持开发更厚、更有结构的切块，具有更好的质地，同时满足食品安全要求。 关键点包括： 定义：表面功能化在不改变支架核心材料特性的情况下修改其表面。 重要性：改善的细胞附着和生长可带来更好的产量、质地和可扩展性。 方法：使用等离子处理、蛋白质涂层和肽接枝等技术。 分析工具：SEM、AFM、XPS 和生物测定等方法验证了改造的有效性。 挑战：在确保食品安全和成本效益的同时，将这些方法扩展到商业生产。 表面功能化正在塑造培养肉行业，帮助生产商优化生产流程、降低成本，并提供符合消费者期望的高质量产品。 David Kaplan 博士：使用组织工程培育培养肉 评估表面功能化的分析方法 在修改支架表面后，研究人员需要确认这些变化是有效的，并产生预期的生物学结果。这个过程涉及物理、化学和生物技术的混合，每种技术都提供了独特的见解，了解这些改造如何影响培养肉生产中的细胞行为。 主要目标是验证功能团、涂层或表面纹理的存在；评估这些改造在培养条件下的均匀性和稳定性；并将表面特征与可测量的结果联系起来，如细胞附着、扩散和分化。使用强大的分析方法还可以让研究人员比较不同的支架材料和处理方法，简化可扩展的食品级产品的开发。 对于英国的培养肉开发者，将这些技术纳入支架开发可以减少试错，加速从实验室原型到市场就绪产品的过渡。工具如 Cellbase 可以通过将研究人员与提供定制分析服务、参考材料和设备的供应商连接起来，帮助满足培养肉生产的特定需求。以下是用于评估这些修改的关键方法。 表面表征技术 物理表征方法有助于揭示支架的地形、结构和微观及纳米尺度的机械性能，这对于塑造细胞与表面相互作用的方式至关重要。 扫描电子显微镜 (SEM)是一种广泛使用的技术，用于可视化支架结构。它提供孔结构、纤维直径和表面粗糙度的高分辨率图像，帮助确定支架是否支持营养扩散和肌肉纤维对齐。对于培养肉应用，SEM需要仔细的样品准备，包括干燥和涂层技术，以保持支架的结构。研究人员使用放大倍率来捕捉整体孔隙网络和更精细的表面细节，提供支架地形的全面视图。 原子力显微镜 (AFM) 通过在支架上扫描细探针来测量纳米级表面特征和刚度。与SEM不同，AFM可以在液体或水合条件下操作，更好地模拟细胞在生物反应器中经历的环境。通过使用力-距离曲线等方法，研究人员可以收集粗糙度和弹性模量的数据——这些是肌肉和脂肪细胞培养的关键因素。例如，肌肉细胞对刚度信号有反应，弹性模量在10–100 kPa之间促进肌肉分化。AFM提供了用于微调支架机械和化学特性以适应培养肉生产的基本数据。接触角测量 通过在支架上放置一滴水或细胞培养基并测量液固界面形成的角度来评估表面润湿性。较低的接触角表示亲水表面，而较高的角度则表明疏水性。功能化处理后的接触角变化表明表面化学性质是否已成功改变。例如，等离子体处理或添加亲水基团通常会降低接触角，从而改善蛋白质吸附和细胞附着。这些测量通常在平坦的支架样品如薄膜或片材上进行。 这些技术共同帮助研究人员确认功能化已实现所需的物理和机械变化，同时不损害支架的结构完整性。这对于植物基聚合物、水凝胶和可食用纤维等材料尤为重要，因为保持与食品相关的加工和结构稳定性至关重要。 化学分析方法 虽然物理方法侧重于结构和地形，化学分析则确认预期的功能基团、涂层或生物活性分子是否存在并在时间上保持稳定。...