编辑推荐：
为解决牛卫星细胞（bSC）培养用于培养肉生产的生物工艺强化问题，研究人员探索影响微载体（MC）间细胞转移和生长的参数，优化接种条件和 MC 添加策略。结果显示可在无血清培养基中高效培养 bSC，该研究为培养肉生产提供关键技术支持。
在当今食品科技领域，培养肉的出现为解决全球肉类需求增长与资源可持续利用的矛盾带来了新希望。传统肉类生产面临着资源消耗大、环境压力重等诸多问题，比如大量土地用于养殖和种植饲料作物，水资源消耗巨大，同时还会产生大量温室气体。而培养肉，是通过在实验室中培养动物细胞来生产肉类，有望以更环保、高效的方式满足人们对肉类的需求。
然而，培养肉的大规模生产面临着重重挑战。其中，如何高效扩增用于生产培养肉的细胞，尤其是牛卫星细胞（bSC），成为关键难题。目前，虽有多种技术用于细胞培养，但在优化培养条件、提高细胞生长效率和实现大规模生产方面仍存在不足。为攻克这些难题，来自荷兰 Mosa Meat BV 和马斯特里赫特大学心血管研究中心（CARIM）的研究人员展开了深入研究，其成果发表在《Scientific Reports》上。
研究人员开展了 “通过微载体添加策略优化强化培养肉生产过程” 的研究。他们旨在通过探索影响微载体（MC）间细胞转移（即珠 - 珠转移）和细胞生长的参数，优化接种条件和 MC 添加策略，在无血清培养基中强化 bSC 的生物加工过程，以实现细胞在同一系统内的最大生长，并尽量减少操作干预，维持细胞处于指数生长阶段。
研究人员运用了多种关键技术方法。在细胞培养方面，进行了平面培养和微载体培养，包括在不同条件下的 spinner flask 培养和生物反应器培养。通过控制变量，研究不同 MC 浓度、接种密度等因素对细胞生长的影响。在细胞分析技术上，利用细胞计数、纯度分析、细胞分化评估等手段，对培养过程中的细胞状态进行监测 。
优化细胞接种条件
研究人员评估了初始 MC 浓度和细胞接种密度对细胞生长和汇合度的影响。结果发现，细胞在 10 至 80 cm2/ml 的 MC 浓度范围内均能生长，平均倍增时间为 40 - 60 小时。接种汇合度和密度对细胞生长无显著影响，这表明 bSC 对这些因素的敏感性较低，每颗 MC 上接种一个细胞就足以启动培养，为后续优化生物工艺提供了重要依据。
优化微载体接种条件
从工业生物工艺角度出发，研究人员评估了 MC 浓度对最大体积密度和接种汇合度对最大扩增倍数的影响。结果显示，较高的 MC 浓度能达到更高的体积细胞密度，但过高浓度会导致细胞代谢问题和分布不均。而较低的接种汇合度（1,000 cells/cm2 ）可使培养生产力提高 2 - 4 倍，这为确定最佳接种条件提供了参考。
微载体添加策略
研究人员探讨了影响 MC 添加策略的关键参数，发现细胞汇合度是影响 MC 添加策略成功与否的重要因素。当细胞汇合度高于 30,000 cells/cm2 时添加 MC，细胞倍增时间显著增加；而在 15,000 至 25,000 cells/cm2 之间添加 MC，细胞倍增时间保持稳定。同时，研究还表明，MC 添加比例在 1 至 10 之间时不会损害细胞生长，高 MC 添加比例（如 10）有利于简化生产过程，减少污染风险和劳动力成本。
在 3L 生物反应器中的应用
为评估研究成果的可扩展性，研究人员将在 100ml spinner flask 中的发现应用于 3L 搅拌罐生物反应器。结果表明，细胞在整个培养过程中持续生长，倍增时间约为 50 小时，MC 添加未干扰细胞的指数生长。尽管生物反应器中的细胞生长受到一些因素影响，但最终仍达到了 60,000 cells/cm2 的密度，且细胞纯度高于 98%，并保持了分化能力，这证明了 bSC 培养可成功放大至 3L 生物反应器规模。
研究结论表明，bSC 可在高达 80 cm2/ml 的 MC 浓度和低至 1,000 cells/cm2 （或 4.75×104 cells/ml ）的接种密度下维持指数生长阶段，并达到相似的汇合度。基于细胞汇合度（15,000 - 25,000 cells/cm2 ）的 MC 添加策略可确保珠 - 珠转移，维持细胞生长，且高 MC 扩展比（10）在多次添加中具有优势，能维持细胞指数生长。该研究成果成功应用于 3L 生物反应器，不仅为基于 MC 的 bSC 无血清培养基加工强化提供了支持，其基于汇合度的 MC 添加策略还可广泛应用于其他贴壁细胞类型，为培养肉产业的发展奠定了坚实的技术基础，有望推动培养肉从实验室走向市场的进程，对解决全球食品资源问题具有重要意义。
