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结构化肉类支架测试：材料兼容性

Scaffold Testing for Structured Meat: Material Compatibility

David Bell |

支架材料对于生产培养肉至关重要。它们提供了细胞生长成肉类质地所需的三维结构。本文分解了三种主要类型的支架——天然聚合物、合成聚合物和植物衍生支架——并评估了它们的材料兼容性、生物相容性、可扩展性和食品安全性。

关键点：

  • 天然聚合物：包括明胶、海藻酸盐和琼脂糖。它们模仿天然组织结构，但面临批次变异性和较高成本等挑战。
  • 合成聚合物：可定制的材料如PEG和PLA提供了一致性和可扩展性，但通常需要进行修改以支持细胞生长。
  • 植物衍生支架：可食用的选择如大豆蛋白和去细胞化菠菜具有成本效益和可扩展性，但可能具有不一致的机械性能。

快速比较：

支架类型 优点 缺点
天然聚合物 高细胞兼容性，食品安全 昂贵，批次差异，强度有限
合成聚合物 可定制，可扩展 需要功能化，监管挑战
植物来源支架 可食用，价格实惠，可扩展 质地不一致，过敏风险

像 Cellbase 这样的平台帮助生产商采购经过验证的培养肉支架材料，确保质量并符合 英国食品安全标准。支架的选择取决于产品类型、生产规模和监管需求。

植物基支架诱导无血清细胞粘附用于培养肉 - Indi Geurs - ISCCM9

ISCCM9

1. 天然聚合物

天然聚合物支架旨在复制动物细胞外基质，这有助于确保与肌肉细胞的兼容性，同时符合食品安全标准。用于这些支架的常见材料包括明胶、海藻酸盐、琼脂糖、胶原蛋白和纤维蛋白 - 这些材料以其支持肌肉细胞生长和在食品生产中保持安全性而闻名[1][2].

材料特性

支架的有效性在很大程度上取决于其物理特性。孔隙率对于在整个结构中输送营养和氧气至关重要，这支持肌肉细胞的生长[1].刚性在肌肉细胞的粘附和增殖中起作用，而机械强度则影响细胞含量和最终培养肉产品的质地[1]。

研究人员已经确定了天然聚合物混合物的最佳配方。例如，明胶和海藻酸盐支架在7:3或6:4的比例下效果最佳，提供了良好的胶体稳定性，确保结构在细胞培养过程中保持完整[1]。添加如甘油和山梨醇的增塑剂进一步改善了细胞粘附性并增强了结构稳定性[1]。

琼脂糖因其优于琼脂的水相互作用能力而脱颖而出，使其在维持生物相容性方面特别有效[1]。当与食品级甘油结合时，琼脂糖支架变得更加稳定，微孔更少，形成均匀的细胞生长表面[1]。这些精细的特性是支持细胞培养的关键，正如生物相容性研究所示。

生物相容性

测试已确认天然聚合物在培养肌肉细胞方面非常有效。在一项研究中，将1 × 10⁵个细胞/cm²的成肌细胞接种到明胶-海藻酸盐支架上，并在含有10%胎牛血清、L-谷氨酰胺和抗生素的营养丰富的DMEM生长培养基中成功生长了两天[1]。

采用多种方法评估生物相容性。使用三色染色的组织化学分析有助于评估细胞形态和分布[1]。水-支架相互作用测试，测量水分含量和吸水量，提供了进一步的支架性能见解[1]。此外，扫描电子显微镜 (SEM)用于检查表面结构，如孔径和排列，这对于细胞粘附至关重要[1]。

例如，纹理化大豆蛋白支架在不需要额外功能化的情况下，实现了超过80%的牛干细胞播种效率 [2]。为了提高性能，研究人员通常应用天然多糖或鱼明胶和琼脂的混合物涂层[2]。

可扩展性

天然聚合物的特性也使其适合于扩大生产规模。明胶、海藻酸盐和琼脂糖等材料广泛可得且相对便宜，使其在大规模使用中比合成替代品更实用[1][2]。

例如，明胶已经在食品应用中实现了工业化生产，为培养肉生产中的支架制造提供了坚实的基础。同样，源自海藻的海藻酸盐也受益于成熟的全球供应链。

尽管如此，扩大制造方法可能会带来挑战。像3D打印和立体光刻这样的技术，虽然在支架结构上提供了精确的控制，但在工业规模上实施需要对设备和专业知识进行大量投资[2]。

食品安全

确保食品安全是使用天然聚合物时的首要任务。明胶、海藻酸盐、琼脂糖、纹理大豆蛋白，甚至面包等材料已被批准供人类食用，简化了培育肉产品的监管流程[1][2]。

这些聚合物的生物降解性是另一个重要因素。支架在培养过程中必须保持稳定，但最终会分解为食品安全的成分[1]。

对于希望寻找可靠材料的生产商，Cellbase提供了一个专门的市场，将公司与经过认证的食品级支架材料供应商连接起来。该平台确保可追溯性和符合食品安全标准，简化了采购流程。

全面的生物相容性测试确保这些支架在培养过程中不会引入污染物或有害物质[1]。结合其食品级特性，天然聚合物支架成为商业化培养肉生产的可靠选择。

2. 合成聚合物

合成聚合物是天然聚合物支架的进步，提供了专门为培养肉生产定制特性的能力。与具有固有特性的天然材料不同，合成聚合物如聚乙二醇 (PEG)、聚乳酸 (PLA) 和聚己内酯 (PCL) 可以被设计以满足细胞生长和食品生产的精确要求[2][3]。

材料特性

合成聚合物的一个关键优势是能够微调其特性。研究人员可以调整机械强度、孔隙率、刚度和生物降解性等因素，以创造肌肉细胞发育的理想条件[2][3]。这种灵活性允许生产出类似肉的质地并确保结构完整性。

  • PEG：以其亲水性和易于功能化而闻名，提供了一个对细胞友好的环境。
  • PLA：因其生物降解性和在食品接触应用中的安全性而受到重视。
  • PCL：提供强大的机械性能和可控的降解速率[2][3]。

先进的制造技术，如立体光刻，使得能够以亚10µm的精度创建复杂的支架设计。这些详细的结构，包括类似血管的网络，改善了对细胞的营养输送，并提高了培养肉的整体质量[2].

生物相容性

确保生物相容性是开发合成支架的关键步骤。与天然聚合物不同，合成聚合物缺乏天然的细胞粘附特性，因此需要功能化 - 如添加RGD肽或与可食用蛋白质混合 - 以有效支持细胞附着[1][2].

为了评估生物相容性，研究人员将肌肉前体细胞播种到支架上，然后随着时间的推移监测粘附、活力和增殖[2].研究表明，当合成聚合物经过适当功能化时，其细胞播种效率可与天然材料相媲美。例如，Jeong等人（2022年）的研究使用数字光处理（DLP）打印技术，从牛肌源性和脂源性细胞创建了小规模培养牛排原型，展示了合成支架在结构化肉类生产中的潜力[2].

可扩展性

合成聚合物在可扩展性方面特别强大，因为其制造过程的一致性和可靠性[2][3]。与批次之间可能存在差异的天然材料不同，合成聚合物可以在工业规模上生产，并具有高重复性。这使得它们非常适合大规模培养肉类生产。

然而，挑战依然存在。3D打印等技术虽然提供了精确性，但在扩大规模时可能面临速度和成本方面的障碍。立体光刻和DLP等方法在解决这些问题上显示出希望，提供对支架结构的精确控制，同时支持可扩展性[2].

食品安全

食品安全是合成聚合物支架的一个独特考虑因素。好消息是，像PEG这样的几种合成聚合物已经获得FDA批准用于食品接触，简化了监管途径。在英国，遵守食品标准局的要求是必不可少的，确保所用材料是食品安全的，不含有毒残留物，并且不会引入过敏原或污染物[2][3].

为了证明安全性，公司必须进行迁移研究和毒理学评估。合成聚合物的受控生产也减少了与生物污染物相关的风险。例如，像 Cellbase这样的平台将公司与经过验证的食品级合成聚合物供应商连接起来。这些供应商经过审查，以确保他们符合培养肉生产所需的严格安全标准，不仅提供高质量的材料，还提供透明的定价和可靠的采购选择。

3. 植物来源的支架

植物来源的支架正在成为培养肉生产的一个有前途的选择，逐渐远离传统的工程材料。这些支架结合了天然的兼容性和可食用性，使用了如纹理大豆蛋白、去细胞化菠菜叶，甚至面包等成分。它们为肌肉细胞的生长提供了支持结构，同时保持了食用安全性。

材料特性

植物来源支架的一个突出特点是其天然的孔隙率和可调节的机械性能。例如，去细胞化的菠菜叶提供了类似血管的网络，具有促进细胞粘附和生长的通道和孔隙，同时在培养过程中保持其结构[1]。同样，面包以其多孔的质地，已被证明是一种出乎意料的有效支架材料，展示了日常食品如何在培养肉生产中发挥作用[2]。

先进技术，如定向冷冻和压缩成型，可以进一步改进这些支架，创造出细长的、类似肌肉的纤维，以改善质地和口感。此外，使用食品级增塑剂如甘油和山梨醇可以增强其结构稳定性和支持细胞生长的能力[1]。

生物相容性

在支持细胞生长方面，植物基支架表现出色。它们促进细胞粘附、增殖和分化。在一项研究中，2 × 10⁵的牛卫星细胞被播种到去细胞化的菠菜叶上，并在生长因子补充的培养基中维持了14天的活力[1]。此外，缺乏动物来源的成分降低了免疫反应的风险，使这些支架成为大规模应用的更安全选择。

可扩展性

植物来源支架的可扩展性是另一个主要优势。原材料如大豆蛋白和小麦面筋丰富且成本效益高，使其成为工业规模生产的理想选择。现有的食品加工方法可以适应制造这些支架。然而，植物材料的自然变化可能影响性能，因此标准化加工和严格的质量控制对于确保批次间的一致结果至关重要。 食品安全 在选择支架时，食品安全仍然是重中之重。使用已被认为安全食用的材料提供了坚实的基础。然而，加工方法必须确保彻底去除脱细胞化或功能化过程中产生的任何化学残留物。在英国，遵守食品标准局的指导方针是必不可少的。这包括详细的安全评估以及成分和过敏原的准确标识。鉴于这些支架的多孔性质，严格的卫生协议和有效的消毒对于防止微生物污染至关重要[3].

对于在植物来源支架采购复杂性中导航的公司，像 Cellbase 这样的平台提供了宝贵的解决方案。这个市场将培养肉生产商与经过验证的供应商连接起来，提供透明的定价和专家指导。总部位于英国的团队可以依靠 Cellbase 获取符合所有监管和生产要求的高质量食品级材料，确保成功培养肉类开发的顺利路径。

优点和缺点

支架材料在培养肉生产中有其自身的一套优缺点。选择合适的材料意味着要仔细权衡这些因素，以符合您的特定目标和生产需求。这些权衡在确定不同场景中最合适的材料时至关重要。

天然聚合物因其出色的生物相容性而脱颖而出。它们在促进细胞粘附和分化方面表现出色，能够模拟活组织中的细胞外基质（ECM）。然而，它们也存在一些问题。由于批次间的变异性，生产一致性可能是一个挑战，而且它们的高成本通常使其在大规模生产中不太受欢迎。此外，动物来源的聚合物可能引发伦理问题和潜在的过敏风险。

合成聚合物提供一致的质量，并且可以通过可定制的机械性能进行工程设计，使其适用于各种肉类产品。它们通常比天然聚合物更实惠且更具可扩展性。但有一个问题：它们不自然支持细胞粘附，通常需要进行修改，如添加生物活性肽以促进细胞生长。除此之外，食品使用的监管批准可能因特定聚合物而有很大差异。

植物来源的支架在天然兼容性和实用性之间取得了平衡。它们天然可食用、成本效益高且环保。其多孔结构支持营养物质扩散，现有的食品加工系统通常可以适应其生产。然而，它们也并非没有缺点。诸如机械强度不一致等问题可能会影响最终产品的质地和口感。此外，基于植物的材料，如大豆或小麦，可能会引入过敏原，因此需要仔细标记和管理。

不同支架类型的权衡

支架类型 优点 缺点
天然聚合物 高生物相容性，良好的细胞粘附，模拟ECM，可食用 批次差异，高成本，机械强度有限，规模化问题
合成聚合物 质量一致，可定制属性，可规模化，部分获得FDA批准 可能缺乏细胞粘附位点，可能需要功能化，监管障碍
植物来源 可食用，价格实惠，环保，良好的孔隙率，可规模化 机械强度不一致，潜在过敏原，可能需要改性

选择合适的脚手架取决于生产规模、目标产品类型和监管要求等因素。在许多情况下，正在探索混合方法以平衡这些权衡。对于英国的生产商来说，像 Cellbase 这样的平台可以成为宝贵的资源，提供经过验证的供应商，价格以英镑（£）计，并提供详细的技术规格以帮助决策。

最近的研究表明，没有一种支架材料在每种情况下都能发挥最佳效果。理想的选择通常取决于特定的肉类产品、生产目标和遵守当地法规的情况。这推动了混合材料和功能化技术的创新，旨在融合不同支架类型的优势，同时解决其各自的缺点。

结论

在培养肉生产中，支架材料并没有一种通用的解决方案。每种类型 - 天然聚合物、合成聚合物和植物基支架 - 都有其特定应用和生产规模的优势。

其中，植物基支架因其在大规模生产中的实用性而脱颖而出。特别是纹理化大豆蛋白，已被证明非常有效，提供了生物相容性、成本效益和可扩展性的平衡。这些特性使其成为商业制造的一个优秀选择。

另一方面，天然聚合物如明胶-海藻酸盐混合物由于其优越的生物相容性，在研究环境中仍然是一个强有力的竞争者。然而，其较高的成本和批次间的差异性限制了其在大规模操作中的适用性，除非使用重组系统来解决这些挑战。

合成聚合物，同时，为需要精确机械性能的应用带来了稳定性和可定制性。它们的主要缺点——细胞粘附性差——可以通过用RGD肽功能化或与可食用成分混合来缓解，使其成为满足特定需求的多功能选择。

对于英国生产商来说，关键是要优先考虑在生物相容性、可扩展性、经济性和法规合规性之间取得平衡的支架材料。植物基支架，如纹理化大豆蛋白，适合大规模生产，而天然聚合物可能保留用于其生物相容性足以证明额外费用合理的小众产品。

先进技术如3D生物打印和立体光刻也为更精确的支架设计铺平了道路。这些方法在与植物基支架结合使用时特别有效，使得能够创造出复杂的、结构化的肉类产品，能够逼真地模仿传统的肉块。

为了简化采购流程，英国公司可以借助像Cellbase这样的平台，该平台将生产商与提供透明英镑（£）定价的经过验证的供应商连接起来。这不仅简化了供应链决策，还通过提供行业特定的专业知识来降低技术风险。

展望未来，行业正朝着结合不同支架材料优势的混合解决方案发展。功能化策略也正在获得关注，旨在解决每种材料类型的独特限制。最终目标是开发出可食用、经济实惠且可扩展的支架，确保培养肉在口味、质地和安全性方面满足消费者的期望。这种持续的进展将有助于确保培养肉符合技术需求和消费者产品所需的高标准。

常见问题

在选择用于培养肉生产的天然、合成或植物基支架时，我应该考虑什么？

在选择用于培养肉生产的支架时，需要考虑的两个关键因素是材料兼容性和生物相容性。天然支架，如胶原蛋白，以其强大的细胞粘附性和生长支持而闻名。然而，在保持一致性和扩大生产规模方面可能会面临挑战。另一方面，合成支架在设计和可扩展性方面提供了更大的灵活性，但需要进行彻底评估以确保其对细胞培养的安全性和兼容性。植物基支架提供了一种更可持续的选择，但必须经过严格测试以确认其符合性能和生物相容性要求。

您选择的支架应反映您的生产目标，无论是专注于可扩展性、可持续性，还是满足最终产品的特定结构和功能需求。像Cellbase 这样的平台可以通过将您与值得信赖的供应商连接起来，简化流程，确保获得符合培养肉生产需求的高质量支架。

3D生物打印如何提高培养肉生产中支架材料的性能？

3D生物打印通过允许对支架材料的结构和成分进行精确调整，正在改变培养肉支架材料的开发。通过这项技术，可以设计出与天然肉类的质地和结构非常相似的支架，从而支持更好的细胞附着、生长和发育。

通过先进的生物打印方法，制造商可以精确控制孔隙率、机械强度和生物相容性等因素。这种精确度确保支架符合培养肉生产的特定要求。结果是？更高效的生产过程和最终产品在外观、触感和味道上更接近传统肉类。

在食品安全应用中使用合成聚合物存在哪些监管挑战，如何克服这些挑战？

在食品相关应用中使用合成聚合物面临相当多的监管障碍，特别是在确保材料安全和生物相容性方面。这些材料必须符合严格的食品安全标准，以消除污染或健康问题的风险。

为应对这些挑战，制造商和研究人员需要优先进行全面的生物相容性测试，并遵循既定的指导方针，例如英国食品标准局（FSA）或类似监管机构制定的指导方针。此过程涉及确认聚合物是否符合毒性、化学稳定性和与食品产品的相互作用的必要基准。

在培养肉的情况下，合成聚合物支架的安全性和功能性是绝对必要的。像Cellbase这样的平台通过将行业专家与专门为培养肉生产设计的高质量、食品安全材料的可信供应商连接起来，提供了宝贵的资源。这种方法简化了满足监管标准的过程。

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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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  • Predictive Modelling for Bioprocess Troubleshooting

    生物工艺故障排查的预测建模

    预测建模正在通过在问题升级之前识别过程问题来改变培养肉的生产。通过分析历史和实时数据，这些模型帮助操作员在细胞生长、分化和成熟等关键阶段保持最佳条件。这种主动的方法减少了失败，提高了产量，并确保了产品质量的一致性。 关键要点： 容易出现问题的阶段：营养耗尽、氧气短缺和剪切应力是常见风险。 模型类型：机械模型、数据驱动模型和混合模型提供了针对性的问题解决方案。 好处：早期故障检测、精确的根本原因分析和持续的过程优化。 数据需求：来自在线传感器和离线检测的高质量、多样化数据集至关重要。 技术：像PCA、PLS和数字孪生这样的工具可以增强预测和过程控制。 预测建模是一种数据驱动的解决方案，用于解决培养肉生产中的挑战，提供更好的一致性和运营效率。 培养肉生物过程故障排除的预测建模框架 200: 掌握质量设计：从产品失败到生物制品CMC的商业成功 预测建模的数据要求 创建准确的预测模型取决于在生物过程中收集的数据的质量和范围。没有详细的数据集，模型无法预测故障或提高性能。捕捉生物反应器内的物理条件和细胞的生物行为是至关重要的。这个基础对于有效准备数据和应用建模技术至关重要。 培养肉类生物加工中的数据来源 预测模型依赖于两个主要数据来源：在线传感器和离线检测。 在线传感器持续监测实时参数，如pH值、溶解氧（DO）、温度和压力。一些先进的平台，如Sartorius ambr系统，甚至使用拉曼光谱法来跟踪葡萄糖水平、活细胞密度和代谢物[2][3]。这些传感器提供高频数据，捕捉生物反应器内发生的微小变化。 另一方面，离线检测在特定时间间隔提供精确测量。技术如HPLC或ELISA用于评估代谢物浓度（e.g，乳酸和氨）、细胞活力和产品滴度。虽然这些需要手动采样和实验室工作，但它们提供的精度水平是在线传感器可能无法始终实现的[2][3]。元数据，如进料策略和设定点，有助于解释传感器数据。例如，将拉曼光谱数据与进料曲线结合，可以让多变量模型预测关键质量属性，如最终滴度。这使得模型预测控制系统能够对生物工艺参数进行实时调整[2][3]。这种方法增强了模型解决问题和优化性能的能力。 一旦数据被收集，就必须仔细处理以确保其能够做出可靠的预测。 数据预处理技术 原始生物反应器数据很少能直接用于预测建模。在准备过程中需要进行几个预处理步骤： 归一化确保变量被缩放到可比较的范围。例如，它可以防止像细胞密度（通常具有较大值）这样的参数掩盖像pH值这样的小规模变量。此步骤对于偏最小二乘法（PLS）等算法尤为重要[3]。 异常值检测识别并去除由传感器噪声、采样错误或临时干扰引起的异常。通常使用统计阈值或基于PLS的方法来排除这些异常值，以防止它们影响预测[3]。 插补填补缺失的数据点。像回归插补（IBR）这样的技术使用参数之间的相关性——例如葡萄糖和乳酸水平——来估计空缺。如果缺少DO数据，模型可以根据pH值和葡萄糖之间的关系预测它，从而保持数据集在实时预测中的可靠性[3]. 时间对齐同步可能不自然匹配的数据流。例如，连续的pH值读数需要与特定间隔进行的代谢物检测结果对齐。使用动态时间规整或线性插值等方法来确保正确对齐[3]. 管理生物变异性 生物变异性是培养肉生产中最大的挑战之一。细胞系的差异、遗传漂移以及对营养缺乏的不同反应导致批次之间的生长速率和代谢物特征不一致[2][4][6]。这种变异性会显著影响预测的准确性。例如，如果模型没有设计为考虑细胞系或生产规模之间的差异，活细胞密度的预测可能会大相径庭。 为了解决这个问题，生产者应收集多样化的历史数据集，涵盖多个细胞系、培养基成分和生物反应器规模。多元统计过程控制（MSPC）可以通过将变异性分解为系统性和随机成分来帮助模型区分正常波动和实际问题[3][4][6]。 另一个有效的解决方案是使用混合模型。这些模型结合了机械知识——如用于细胞生长的Monod动力学——与数据驱动的方法。这种混合方法使模型能够捕捉到可预测的生物过程和纯粹机械模型可能遗漏的不可预测变化。此外，采用具有明确定义的无动物成分的无血清培养基有助于标准化营养成分。这减少了变异性，从而产生更一致的数据和更可靠的预测模型。 生物过程故障排除的建模技术...

  • Cost Analysis: Scaling Cell Lines for Bioreactor Cultivation

    成本分析：细胞系扩增用于生物反应器培养

    培养肉生产的细胞系扩展依赖于选择合适的生物反应器系统。由于资本投资、运营费用和可扩展性的差异，搅拌罐、波浪和固定床生物反应器的成本差异显著。以下是您需要了解的信息： 搅拌罐生物反应器：适合大规模生产悬浮细胞系。前期成本高（£20,000到数十万英镑），但可扩展性已被证明（高达25,000升）。连续灌流方法可将每克成本降低45%。 波浪生物反应器：经济实惠的起点（初始成本比搅拌罐系统低50-66%）。适合小到中等规模，但超过1,000升时有限制。消耗品成本（e.g., 一次性袋子每个£500-£5,000）增加了长期费用。 固定床生物反应器：适用于贴壁细胞，在大规模生产中提供最低的每剂成本（800升时每剂£6,800）。初始投资高，但在降低下游处理成本方面效率高。 快速比较 生物反应器类型 资本成本 单位成本 可扩展性 最佳用途 限制因素 搅拌罐 £20,000+ £122/g 最多25,000升 大规模悬浮细胞 高初始和运营成本 波浪式 £13,000–£330,000 £67–£153/g 最多1,000升 试点规模，灵活设置 高耗材成本，规模有限 固定床 更高的前期成本 £6,800/剂 较小的单元，高密度 贴壁细胞，成本效益长时间的工艺流程，高昂的初始费用 关键要点：搅拌罐系统在大规模生产中占主导地位，而波动式生物反应器则是早期阶段工作的理想选择。固定床系统在贴壁细胞系的成本效率方面表现出色。选择取决于生产规模、细胞系特性和预算限制。...

  • Scaffold Biocompatibility: Testing Protocols

    支架生物相容性：测试方案

    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）：由于已在食品中使用，较易获得监管批准。 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彻底测试过敏原和病原体。 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。 最初为医疗器械设计的...

  • Selecting Sensors for Cultivated Meat Bioreactors

    为培育肉生物反应器选择传感器

    在生产培养肉时，维持精确的生物反应器条件至关重要。传感器监测关键参数，如温度（37°C）、pH值（6.8–7.4）、溶解氧（30–60%）、CO₂（<10%）、葡萄糖、生物量和代谢物，以确保细胞健康和产品质量。传感器性能不佳可能导致批次浪费、质地不一致和产量降低。 您需要了解以下内容： 温度和pH传感器：电阻温度检测器（RTD）和玻璃或ISFET pH传感器在维持严格公差方面可靠。 溶解气体：光学传感器适用于一次性系统中的氧气和CO₂，而电化学传感器耐用但需要维护。 营养物和生物量：酶生物传感器或光谱方法可跟踪葡萄糖、乳酸和氨。电容传感器实时测量活细胞密度。 生物反应器兼容性：搅拌罐、波动系统和灌流设置需要根据规模、无菌性和监测需求量身定制的传感器解决方案。 关键要点：根据精确度、灭菌兼容性和生物反应器类型选择传感器。像Cellbase这样的平台通过为培养肉行业提供精选选项来简化采购。 传感器能否降低与培养肉相关的成本？ 培养肉生物反应器中需要监测的关键参数 在培养肉生产中，七个关键变量在生物工艺中起着关键作用：温度、氧气、二氧化碳、pH值、葡萄糖、生物量和代谢物 [4]。这些因素中的每一个都直接影响细胞健康、生长和最终产品的质量。自动化系统旨在响应任何偏差，实时调整条件以维持细胞培养的理想环境。让我们深入了解细节，从温度和pH值开始。 温度和pH值 温度和pH值是细胞培养的基石，因为它们直接影响酶活性、膜稳定性和细胞周期进程。对于大多数用于培养肉类的哺乳动物细胞——如牛、猪和禽类细胞系——温度通常维持在约37°C，公差范围为±0.1–0.3°C [4][5]。即使是超出此范围的微小波动也会严重影响细胞的存活率和生长速度。 pH值是另一个关键因素，通常控制在6.8到7.4 [4][5]。在制药级工艺中，pH容差更窄 - ±0.05–0.1单位 - 以确保在较长时间内细胞的最佳存活率和生产率[2][4][5]。在高密度培养中，保持如此精确的控制尤为重要。 pH不是一个孤立的参数；它与其他变量相互作用。例如，溶解的CO₂形成碳酸，从而降低pH，而乳酸盐的积累也会使pH下降。相反，氨的积累会使pH上升[4][5]。为了管理这些波动，策略通常结合通过优化曝气去除CO₂、添加碱如碳酸氢钠，以及定制的饲喂方案以最小化乳酸和氨的形成[4][5]。温度进一步使问题复杂化，因为它影响气体溶解度。例如，较高的温度会降低氧气溶解度，使得在37°C下控制溶解氧更加具有挑战性。这强调了精确传感器放置的重要性[4]. 溶解氧和二氧化碳 溶解氧（DO）对于细胞代谢和有氧呼吸至关重要。大多数动物细胞培养将DO维持在空气饱和度的30–60%，尽管确切范围取决于细胞系，并在工艺开发过程中进行微调[4][5]。低于20%的水平可能导致缺氧并停止生长，而接近100%的水平可能导致氧化应激[4][5]。溶解CO₂（dCO₂）水平通常保持在气相中的5–10%以下，以防止细胞内酸化[4]。生物反应器的设计在管理DO和dCO₂方面起着重要作用。例如，搅拌罐反应器比波动系统提供更好的氧气传递和气体混合，允许在更大规模上进行更严格的控制。另一方面，波动生物反应器在高填充体积时经常面临CO₂积累的挑战[3][6]。灌流生物反应器在高细胞密度下运行，由于其高氧气消耗和CO₂产生，要求精细控制。通常使用的技术包括多气体入口、微泡曝气或膜曝气[3][4][5]。DO通常使用以下三种传感器类型之一进行监测：电化学、光学或顺磁性 [5]。电化学传感器成本效益高，但会消耗氧气并可能随时间漂移。光学传感器依赖于氧敏染料，不消耗氧气，非常适合一次性生物反应器，长期稳定性更好[2][5]。 对于CO₂，监测选项包括Severinghaus型电化学传感器、光学dCO₂传感器或间接方法，如废气分析和pH相关性[4][5]。光学dCO₂传感器与一次性生物反应器兼容，允许在线操作，但通常更昂贵且操作范围较窄[4][5]。营养水平和生物量 葡萄糖、乳酸和氨等营养物质的剖面提供了关于细胞生长和压力水平的宝贵见解。监测这些指标有助于确定细胞是否处于生长阶段、经历营养限制或处于压力下，从而能够及时进行调整，如喂养或培养基更换[4][5]。这些分析物可以通过在线、旁线或离线方法进行跟踪，先进的系统采用红外光谱同时监测多个变量[4]。 葡萄糖的常见策略是将水平维持在目标范围内，例如1–4 g L⁻¹，通过在水平下降时启动或调整进料速率[4][5]。乳酸水平通过减少葡萄糖浓度或在检测到积累时改变喂养模式来控制。对于氨水，特别是在较高pH值下毒性较大，当超过阈值时，实施部分培养基交换或增加灌流速率[4][5]。...