大豆分离蛋白构建无动物源可食用支架用于培养肉的规模化生产

推荐：本研究针对培养肉生产中微载体(MCs)依赖动物源材料或不可食用的问题，创新性地开发了基于大豆分离蛋白(SPI)的全植物基可食用微载体。通过热交联和酶处理技术，证实SPI支架在无血清条件下支持牛成肌细胞粘附、增殖及分化，并在生物反应器中实现24倍扩增。该研究为培养肉规模化生产提供了兼具可食用性、动物福利友好性和细胞相容性的解决方案，同时通过蛋白质组学揭示了SPI中RGD/LDV等细胞粘附肽的关键作用。

　　

随着全球肉类需求激增和环境压力加剧，培养肉技术被视为可持续蛋白质供给的重要解决方案。然而当前培养肉生产面临两大核心瓶颈：一是微载体普遍采用不可食用材料（如聚苯乙烯）或动物源成分（如胶原蛋白），需额外细胞分离步骤且违背"去动物化"理念；二是传统微载体在无血清培养基(SFM)中难以支持细胞粘附。针对这些挑战，比利时根特大学等机构的研究团队在《Current Research in Food Science》发表突破性研究，开发出基于大豆分离蛋白(SPI)的全植物基可食用微载体系统。

研究团队采用热交联结合微生物转谷氨酰胺酶(TG)处理构建SPI薄膜，通过机械破碎法制备400-600 μm微载体。利用蛋白质组学分析揭示SPI加工过程中暴露的细胞粘附肽，采用生物反应器评估牛成肌细胞扩增效率，并通过流式细胞术(CD56标记)和免疫荧光(抗原肌球蛋白)分析细胞分化能力。关键实验技术包括：1) 热-酶协同交联制备SPI支架；2) 蛋白质组学鉴定RGD/LDV等粘附肽；3) 搅拌式生物反应器三维培养；4) 基于Calcein AM/Hoechst 33342的双重活细胞示踪。

【SPI薄膜分析】
通过优化SPI(10 wt%)/TG(5 wt%)/甘油(10 wt%)配比，获得具有1820±753 Pa储能模量的均匀薄膜。冷冻电镜显示TG交联使SPI形成致密网络结构，静态接触角经乙醇灭菌后增至87.4±7.1°。机械测试表明材料可承受0.10 N穿透力，满足微载体力学需求。

【血清对细胞粘附的影响】
在无血清条件下，SPI薄膜上C2C12细胞存活率(35±24%)显著高于明胶甲基丙烯酰(GelMA)(1.7±1.4%)。蛋白质组学发现SPI薄膜含106种细胞粘附肽，包括35个RGD和66个LDV序列，而SPI浸出液中检测到46个RGD肽段，解释其促粘附特性。

【牛成肌细胞培养】
SPI薄膜支持原代牛成肌细胞8天内代谢活性提升3倍，分化后形成<500 μm肌管。在搅拌式生物反应器中，SPI微载体实现19±6×10⁶细胞产量，相当于0.066 g细胞生物量/g载体，与商业化Cytodex 3微载体(23±20×10⁶)相当。

【细胞特性表征】
流式检测显示SPI组CD56⁺成肌细胞占比60±14%，虽低于平面培养(92±7%)，但分化后融合指数(13.4±1.1%)显著高于Cytodex 3组(2.8±0.5%)，证实SPI更利于维持肌源性潜能。

该研究首次证实全植物基可食用微载体在生物反应器中的可行性，突破性发现包括：1) SPI加工过程释放的RGD/LDV肽可替代血清粘附蛋白；2) 热-TG协同处理使2S白蛋白等隐藏粘附位点暴露；3) SPI浸出液具有血清替代潜力。讨论部分指出，当前微载体形状不规则性可能增强细胞锚定，但剪切应力导致CD56⁺细胞比例下降仍需优化。这项技术为培养肉生产提供"细胞支架-培养基"协同解决方案，推动该领域向完全无动物组分迈出关键一步，同时为植物蛋白在组织工程中的应用开辟新途径。