給細胞搭支架！人造肉技術迎來新突破，人造牛排或很快出現在菜單上

如果你是食肉動物，你吃的肉來自動物肌肉。但是動物不僅僅是由肌肉組成的。

它們有大多數美國人不消耗的器官和骨骼。它們需要食物，水，空間和社會關係。它們產生了廢物。

農民花費大量的精力和資源來培育複雜的生物，在這個過程中產生了廢物，只關注它們可以收穫有利可圖的肉類。

生產人們想要的部件會更容易、更人性化，更少浪費。

通過細胞生物學和組織工程，可以僅生長肌肉和脂肪組織，它被稱為人造肉。

科學家們為細胞提供了生長所需的相同因素，就在動物體外：營養物質、氧氣、水分和來自細胞鄰居的分子信號。

到目前為止，研究人員已經培養出大量細胞，這些細胞可以像漢堡或香腸一樣變成加工過的肉類。

這種人造肉技術仍處於研究和開發的早期階段，目前正對原型進行放大和微調，為商業化的挑戰做準備。

但生物工程師們已經在接受下一個更艱巨的挑戰：培育結構性的肉塊，比如牛排或雞排。

什麼組成的?

如果你在顯微鏡下觀察一塊生肉，你可以在細胞水平上看到你吃的東西。

每一口都是肌肉和脂肪細胞的基質，與血管交織並被結締組織包裹。

肌肉細胞充滿了蛋白質和營養素，脂肪細胞充滿了脂肪。

這兩種細胞類型對肉食性動物咬漢堡或牛排時的味覺和味覺體驗起著重要作用。

當動物活著的時候，血管為其組織提供營養和氧氣;屠宰後，血液給肉增加了一種獨特的金屬味和鮮味。

結締組織由膠原蛋白和彈性蛋白等蛋白質組成，將肌纖維組織成排列整齊的束，並朝向收縮的方向。這種結締組織在烹飪過程中會發生變化，給肉增加質感。

細胞農業研究人員面臨的挑戰是從下而上模擬肉的複雜性。

我們可以在培養皿中培養肌肉和脂肪細胞 - 但血管和結締組織不像動物那樣自發產生。

我們如何設計生物材料和生物反應器以提供營養物擴散和誘導組織，從而得到一個厚厚的、有結構的肉塊?

人造肉漢堡是第一步

為了培育出任何一種肉，研究人員從牛、豬或雞身上提取少量的組織(如大理石大小)，分離出單個細胞。

然後，生物工程師將細胞放入塑料瓶中，給它們提供養分，氧氣和水分，同時將它們保持體溫下。

細胞很快樂，可以指數級分裂，創造出越來越多的細胞。

當在塑料上生長時，細胞將繼續分裂，直到它們存在於所有可用的表面區域上。

這導致一個細胞的厚厚的擁擠層。一旦細胞停止分裂，它們就會開始成熟。

肌肉細胞融合在一起，形成長肌纖維，脂肪細胞開始產生脂質。

研究人員可以將這些細胞組合在一起，製作加工過的肉類產品，如漢堡、熱狗和香腸。

僅靠動物細胞就能複製大部分的肉類體驗。

但是如果沒有血管和結締組織，你就不會得到一個有組織的三維組織 - 而這正是你需要的結構肉塊，如牛排、雞胸肉和培根。

為了克服這一挑戰，科學家們可以使用生物材料來複制血管(用於營養和氧氣轉移)和結締組織(用於組織和紋理)的結構和功能。

這個研究領域被稱為支架開發。

支架是牛排的秘方

支架的概念起源於醫療應用的組織工程領域。科學家將細胞和支架結合起來，製造出用於研究、毒理學篩選或植入物的功能性生物材料。

這些生物材料可以採用不同的形式 - 薄膜，凝膠，海綿 - 取決於所得組織中所需的性質。

例如，你可以在平坦的膠原蛋白膜上生長皮膚細胞，製作一個皮膚移植片來幫助燒傷患者，或者在一個羥基磷灰石海綿中培養骨細胞來促進骨骼再生。

對於醫學應用，支架通常需要安全植入，不得誘導身體免疫系統的反應，可降解並能夠支持細胞生長。

對於食品應用，支架的設計考慮因素是不同的。它們仍應支持細胞生長，但同樣重要的是它們價格低廉，可食用且對環境友好。

用於食品應用的一些常見生物材料包括來自植物的纖維素，來自蘑菇的稱為殼聚糖的碳水化合物和來自藻類的稱為藻酸鹽的碳水化合物。

這是實驗室里培育肉的一種「配方」。首先，創建一個合適的支架。從蘑菇中分離殼聚糖並將其溶解在水中以產生粘性凝膠。

將凝膠放入管中，將一端暴露於冷物質，如乾冰或液氮。

從冷端開始，整個凝膠管將慢慢凍結。然後可以通過在非常低的溫度下在凝膠上真空抽吸來冷凍乾燥冷凍凝膠，最終產生乾燥的海綿狀材料。

定向冷凍的過程產生了一個海綿，它的小孔又小又長，排列整齊，就像一捆稻草，還有肌肉組織。

然後，你可以將細胞轉移到這種三維海綿上，而不是在扁平塑料上種植肉，為更厚的組織提供更多的表面積。

毛孔還可以幫助在整個組織中分配營養和氧氣。到目前為止，通過這種技術，實驗室已經能夠生產出不到一平方厘米的小塊肉 - 雖然有點小，但卻是一個良好的開端。

其他支架可能性包括在藻酸鹽基纖維，凝膠或海綿內生長細胞。

或者，技術人員可以用一種叫做脫細胞的方法將植物細胞沖洗掉，然後用動物細胞重新填充纖維素框架。

一旦研究人員找到了能夠很好地發揮作用的材料和方法，就會努力創造更大批量的產品。

在這一點上，這將是一個擴大過程和降低成本的遊戲，因此人造肉類產品可以與養殖肉類產品相比具有成本競爭力。

看到創業公司推出他們的人造肉丸、香腸和漢堡，總是令人興奮。

通過更多的研究，時間，資金和運氣，人造肉類菜單2.0將包括許多食肉動物知道和喜愛的牛排和豬排。

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