永生化细胞正在解决培养肉生产中的一个关键挑战：初级细胞的有限增殖。与在一定周期后停止分裂的初级细胞不同，永生化细胞可以无限期分裂，使其成为大规模生产的理想选择。这些细胞是通过基因改造（e.g. TERT和CDK4表达）或自发突变创建的，从而能够在生物反应器中实现高密度生长。
关键点：
- 初级细胞的局限性: 初级细胞寿命有限且不一致，需要反复进行动物活检。它们也不适合在工业生物反应器中进行悬浮培养。
- 永生化细胞的优势: 持续分裂、稳定的遗传特性以及与可扩展的生物加工系统的兼容性。
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案例研究:
- 塔夫茨大学 (2023) : 使用TERT和CDK4开发了永生化的牛卫星细胞，实现了超过120次倍增。
- Believer Meats (2022) : 创造了自发永生化的鸡成纤维细胞，具有高细胞密度（108×10⁶细胞/ml）。
- 素兰纳里科技大学 (2024): 生产了能够无限增殖的hTERT永生化猪肌肉干细胞。
永生化细胞还可以通过分化成肌肉、脂肪和其他组织来生产复杂的培养肉产品。然而，仍然存在挑战，例如确保遗传稳定性、过渡到无血清培养基以及满足监管要求。尽管面临这些障碍，永生化细胞正成为可扩展培养肉生产的基石。
原代细胞与永生化细胞在培养肉生产中的比较
案例研究：公司如何使用永生化细胞
塔夫茨大学的永生化牛卫星细胞
2023年5月，塔夫茨大学细胞农业中心（TUCCA）的研究人员在ACS Synthetic Biology. 上分享了一项突破。他们通过引入TERT和CDK4表达成功开发了永生化牛卫星细胞（iBSCs）。这使得细胞能够超过海弗利克极限，实现超过120次倍增，同时仍保持其分化为肌肉纤维的能力[2][5].
“使用这些新的持久性牛细胞系，研究可以更具相关性，真正切入问题的核心。" - Andrew Stout, 首席研究员，塔夫茨大学细胞农业中心 [5]
这些细胞系通过TUCCA开放细胞库提供，并由Kerafast等商业供应商分发。2024年，TUCCA与Good Food Institute合作进一步扩展了该库，纳入了永生化的牛成纤维细胞系（e.g. , TU-GFI-SCL1）。这些成纤维细胞系最初由 SCiFi Foods使用CRISPR /Cas9技术开发 [4]. 通过采用这种开放获取的方法，该倡议可以为培养肉行业每10家初创公司节省£16百万至£80百万，因为开发单个商业细胞系的成本可能在 £1.6百万至 £8百万之间 [6].
与此同时，Upside Foods采取了不同的路线，专注于鸡细胞。
Upside Foods的鸡肉细胞系方法
Upside Foods实施了一种专有策略，将TERT过表达与CRISPR基因编辑相结合。虽然Tufts和Upside Foods都利用TERT来防止端粒缩短，但Upside Foods选择CRISPR基因编辑而不是CDK4表达，以实现商业规模的不朽化[3].
这种方法帮助公司获得了关键的监管成就，例如其培养鸡肉的初步FDA批准[5]. 然而，Upside Foods仍然面临挑战，特别是在扩大生产规模的同时保持生产真实肌肉组织所需的分化能力方面。
这些例子突显了不朽化细胞系如何帮助解决生产挑战并扩大培养肉类制造规模。
用于永生化的间充质干细胞
间充质干细胞在培养肉中的优势
永生化的间充质干细胞（MSCs）具有无限增殖的潜力，并能够分化为多种细胞类型，如肌肉、脂肪和骨骼，使其成为生产复杂培养肉产品的理想选择[7].
通过过表达hTERT（人端粒酶逆转录酶），研究人员可以恢复MSCs中的端粒酶活性。这使得细胞能够无限分裂而不失去其干细胞特性[7] . 例如，在2024年12月，素兰纳里科技大学, 由Parinya Noisa领导的团队成功开发了hTERT永生化的猪肌肉干细胞。这些细胞在体外展示了无限增殖并保持了分化为肌纤维的能力。令人印象深刻的是，研究表明这些细胞可以培养超过100代而不失去其分化潜力 [7].
"hTERT可以使初级猪MSC永生化并保持其干细胞特性。对于研究和培养肉技术，永生化可能具有价值。"
- Parinya Noisa，通讯作者，素兰纳里理工大学 [7]
永生化MSC还表现出加速的生长和生物量积累，这对于扩大生产规模是有利的 [1]. 一些永生化细胞系进一步优化以在单细胞悬浮液和无血清培养基中生长，使其能够达到大规模生物反应器所需的高细胞密度 [1]. 然而，Suranaree研究的结果指出了一个潜在的局限性：虽然低代细胞保持稳定，但在培养超过100代的细胞中观察到了肿瘤形成。[7].
下一节深入探讨了来自不同物种的MSC来源及其在培养肉生产中的具体作用。
跨物种的MSC来源
MSCs可以从多种物种中提取，每种物种对培养肉生产都有独特的贡献。例如：
- 牛MSC: 这些通常从骨髓或肌肉衍生的祖细胞中获得，对于开发牛肉肌肉纤维至关重要。[2][7].
- 猪MSC: 这些细胞来源于肌肉卫星细胞和骨髓基质细胞，用于生产培养的猪肉肌肉和脂肪[7].
- 鸡胚胎成纤维细胞: 虽然不是传统的MSC，这些细胞具有相似的特性。它们可以转分化为类似脂肪细胞的细胞，有助于增强风味和香气[1].
MSC来源的有效性在很大程度上取决于其增殖能力和适应悬浮培养的能力. 这些来源的原代细胞通常寿命有限，随着时间的推移会失去分化潜力，因此永生化是商业应用的关键步骤[7]. 悬浮适应的MSC对于在生物反应器中实现高密度生长特别有价值，这对于满足规模化生产培养肉的需求至关重要 [1].
监管和生产要求
食品安全和遗传稳定性
随着永生化细胞系成为培养肉生产的基石，解决监管和可扩展性挑战至关重要。在美国，食品药品监督管理局（FDA）负责初始阶段，包括细胞采集和储存，确保生产过程的安全性和细胞系的建立 [8] . 一旦开始收获，美国农业部食品安全检验局（USDA-FSIS）接管，专注于牲畜和家禽产品的加工和标签 [9,10]。
一个主要的监管重点在于确保用于永生化的基因稳定性和修改的安全性。公司必须证明细胞系在多个世代中保持稳定而没有致癌转化[9,4]。值得注意的是，在2022年12月，Believer Meats（前身为Future Meat Technologies）在Nature Food上发表了研究成果，展示了鸡成纤维细胞的自发永生化。由首席科学官Yaakov Nahmias领导的研究表明，这些细胞在连续培养中保持了基因稳定性，并在不依赖基因修改的情况下实现了108 × 10⁶个细胞每毫升的密度[1]. 这种方法使公司能够规避与转基因生物相关的挑战，特别是在对转基因食品有严格规定的地区。截至2025年3月，FDA已完成对培养鸡肉、海鲜和猪脂肪细胞的市场前咨询，这标志着该行业监管路径的一个关键里程碑 [8].
生产设施需要遵循现行良好生产规范（CGMP），同时实施危害分析和关键控制点（HACCP）系统。USDA-FSIS在收获和加工期间至少每班次进行一次检查，以确保合规性和一致性[9,10]。这些严格的标准对于保持批次一致性和实现高生产率至关重要。
一致性和可扩展性
除了基因稳定性之外，生产商必须确保细胞系能够顺利过渡到可扩展的生产系统。在工业规模上实现一致、可重复的性能需要对细胞系完整性进行持续监控。为此，生产商在将永生化细胞适应于无血清培养基中的悬浮生长时，进行CNV（拷贝数变异）和SNV（单核苷酸变异）分析。此步骤对于在大规模生物反应器中实现高密度扩增至关重要[1]. 这种基因组监测确保细胞系在多代中保持其所需特性。
能够达到每毫升108 × 10⁶个细胞密度并实现36% w/v生物质产量的永生化细胞系，体现了监管机构所要求的一致性水平[1].
“虽然有些人可能会质疑摄入永生化细胞是否安全，但事实上，当细胞被收获、储存、烹饪和消化后，已没有继续生长的可行途径。"
- David Kaplan，塔夫茨大学生物医学工程斯特恩家族教授[5]
在商业化之前，最终的生物质会经过严格的病原体筛查，例如沙门氏菌和李斯特菌, ，同时进行彻底的农药检测 [1]. 在整个生产过程中还应用了物种验证流程以确保一致性。对于在这些严格的监管和生产要求中导航的生产商，像
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障碍与机遇
当前发展挑战
永生化细胞系面临若干技术和监管障碍。一个重要问题是基因改造限制, 限制了在食品生产中使用CRISPR或病毒癌基因等先进工具[1]. 因此，研究人员转向自发永生化，这一过程需要大量时间和资源来识别和表征可行的细胞系。
另一个关键问题是遗传稳定性. 维持染色体完整性至关重要，因为定期监测拷贝数变异（CNVs）和单核苷酸变异（SNVs）是必需的。例如，素兰纳里大学在2024年12月的一项研究发现，hTERT永生化的猪肌肉干细胞在多个周期中保持稳定。然而，超过100次循环的传代增加了肿瘤发生的风险，突显了一个不容忽视的安全阈值 [7].
技术挑战还包括悬浮适应和向无血清培养基的过渡. 将依赖贴壁的原代细胞转化为适合高密度生物反应器扩展的单细胞悬浮液仍然复杂。同样，设计支持快速细胞生长同时保持分化潜力的无血清培养基仍然是一个主要障碍。克服这些挑战对于推进培养肉生产至关重要。
研究和商业化的未来机会
尽管存在这些挑战，研究正在揭示解决这些障碍的有前景的策略。例如，自发永生化和转分化技术正在成为可扩展生产的可行解决方案。
自发永生化提供了一种非转基因的替代方案。2022年12月，Believer Meats展示了自发永生化的鸡成纤维细胞在连续培养中可以达到每毫升10⁸个细胞的细胞密度，生物质产量达到36% w/v [1] . 对所得培养鸡肉产品的感官试验非常成功，评分为4.5分（满分5.0）。在150名参与者中，85%表示他们“极有可能”用该产品替代传统肉类[1].
转分化技术提供了另一种创新途径。通过使用卵磷脂激活的PPARγ等生化触发器，研究人员可以将永生化成纤维细胞转化为储脂脂肪细胞，而无需额外的基因改造[1]. 这种方法解决了监管问题，同时扩展了生产选项。为了支持这些进步，像
实验室肉：一个爱情故事 | Dr. Natalie Rubio | TEDxTufts
结论
永生化细胞系正在重塑培养肉行业。通过克服细胞衰老，这些细胞系消除了反复进行动物活检的需要，提供了可靠且一致的生物质来源[1]. 这种可靠性解决了该行业的一个关键问题：批次间的变异性，这可能会影响产品质量和法规合规性。
来自塔夫茨大学和Believer Meats的证据突显了遗传和自发永生化在实现商业基准方面的可行性。例如，塔夫茨的牛卫星细胞在保持其分化为肌肉细胞能力的同时，展示了超过120次倍增[2]. 同样，Believer Meats实现了36% w/v的生物质产量，并报告了积极的消费者反馈[1]. 这些里程碑为解决剩余的技术和法规障碍铺平了道路。
未来的进展将取决于几个关键因素：精确的基因监测、使用定制的无血清培养基和优化的悬浮培养系统。自发永生化提供了一条非转基因途径，可能会缓解监管挑战，而转分化技术可以使单一细胞系同时产生肌肉和脂肪成分[1]. 正如Yaakov Nahmias教授及其团队所观察到的：
“无基因改造的永生化和高产量制造对于培养肉的市场实现至关重要”[1]
对于应对这些复杂性的团队，像
常见问题
在培养肉中使用的永生细胞是否安全食用？
在培养肉中使用的永生细胞通常被认为在收获、储存和烹饪后是安全食用的。这是因为它们经过的加工方法与其他食品成分相似。然而，由于其独特的无限增殖能力，关于潜在安全问题的讨论仍在继续。
生产者如何证明永生化细胞系保持遗传稳定性？
生产者通过在多个细胞传代中进行详细测试来维持永生化细胞系的遗传稳定性。此过程涉及基因组分析, ，如核型分析和全基因组测序，以识别任何突变。此外，进行功能测定以评估生长和分化能力。通过定期监测细胞行为和遗传标记，生产者确保这些细胞系保持稳定，并满足培养肉生产所需的严格安全和质量要求。
是什么使细胞系适合无血清、悬浮生物反应器生长？
对于可扩展的 培养肉生产，合适的细胞系必须具备几个关键特征。它应该被永生化，以实现无限增殖，保持遗传稳定性，并在无血清、悬浮生物反应器环境中表现出快速生长。这些特性对于高效和大规模生产过程至关重要。
