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为解决大规模组织构建中血管网络难以均匀分布、营养和氧气输送不足等问题，研究人员开展了利用中空纤维生物反应器（HFB）进行规模化组织生物制造用于培养肉的研究。结果表明，该方法能提升组织质量，有望革新培养肉产业及组织工程领域。
在当今科技飞速发展的时代，人们对可持续食物来源和先进医疗技术的追求愈发迫切。传统肉类生产面临着资源消耗大、环境影响严重以及动物福利等诸多问题，同时，在组织工程领域，实现大规模、功能健全的组织和器官体外构建也困难重重。其中，构建大规模、分布均匀的血管网络是关键难题，因为仅靠扩散无法为远距离的细胞提供足够的营养和氧气，这使得现有技术难以生产出厘米级或更大尺寸、细胞密集的组织。在此背景下，为了突破这些困境，来自日本东京大学（The University of Tokyo）的研究人员开展了一项极具创新性的研究，相关成果发表在《TRENDS IN Biotechnology》上。
研究人员开发了一种利用中空纤维生物反应器（Hollow Fiber Bioreactor，HFB）进行规模化组织生物制造的方法，旨在解决大规模组织工程和培养肉生产中的关键问题。
研究中用到的主要关键技术方法包括：一是通过高精度立体光刻技术制造 HFB，其包含均匀分布的中空纤维阵列和微加工锚定结构；二是开发机器人辅助的纤维穿线系统，实现 HFB 的高效组装；三是采用灌注培养方法，通过调节灌注流速和压力来优化细胞生长环境。
研究结果如下：
- HFB 的设计与制备：设计的 HFB 包含由微加工锚定结构固定的中空纤维阵列，通过高精度立体光刻机制备纤维引导阵列，确定中空纤维的空间位置，形成格子状结构。实验显示，该阵列能有效优化纤维空间分布均匀性，相比随机捆绑法，灌注有效面积百分比显著提高。
- 灌注条件优化：利用单纤维 HFB 和 C2C12 细胞进行实验，分析不同灌注流速下细胞的生长情况。结果表明，500 μl/min 的灌注流速可使细胞获得较高的细胞核密度，且较高流速（500 μl/min）下，肌球蛋白重链（MyHC）和 α - 肌动蛋白表达区域的有效厚度显著增加，说明该条件有利于细胞的分化和组织形态的形成。
- 50 纤维 HFB 对鸡肉组织培养的评估：使用 50 纤维 HFB 培养鸡肉组织，对培养后的组织进行多项分析。组织学分析显示，灌注培养的组织中 MyHC 表达更均匀，肌节形成良好，肌管排列更整齐，收缩功能显著改善；质地分析（TPA）和游离氨基酸（FAA）分析表明，灌注培养的组织在质地和风味上更具优势。
- 1125 纤维 HFB 的机器人辅助组装及大规模培养肉生产：开发机器人辅助的气动纤维穿线系统，成功组装 1125 纤维 HFB，并使用鸡成纤维细胞系（UMNSAH/DF - 1）生产出超过 10g 的整块鸡肉。代谢分析显示，该培养肉组织代谢活性较高，证实了 HFB 技术在大规模培养肉生产中的潜力。
在研究结论和讨论部分，该研究成功开发了新型 HFB，实现了可扩展人工组织的长期灌注。与现有技术相比，其在细胞活性、组织形态一致性等方面表现更优。通过该技术培养的鸡肉组织在标记蛋白表达、肌节形成、质地和风味等方面均有显著提升，展示了其在培养肉生产中的巨大潜力。此外，研究还指出了当前研究的局限性，如增加内部压力可能导致气泡形成，纤维间距还可进一步缩小等，并对未来研究方向进行了展望，包括开发平行纤维排列方法、探索新型材料、改进监测系统等。这一研究成果不仅为培养肉产业带来了新的希望，也为组织工程领域的发展提供了重要的技术支持，有望推动相关领域实现重大突破。
