利用山羊卫星细胞促进肌肉-脂肪组织发育的共培养策略:迈向可持续培养肉类的第一步

《Food Quality and Preference》:Co-culture strategies for muscle–fat tissue development from caprine satellite cells: a step toward sustainable cultivated meat

【字体: 时间:2025年09月25日 来源:Food Quality and Preference 4.9

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  本研究针对阿勒颇山羊肌肉卫星细胞(MuSCs)的双极分化能力展开探索,通过机械与酶解法分离MuSCs并建立五种共培养模型(M1-M5),发现M3模型在肌肉分化(MyoD/MyoG高表达)和M5模型在脂肪分化(PPARγ高表达及脂滴积累)中表现最优,为双组织协同构建 cultivated meat 提供了优化策略。

  近年来,随着全球对动物源性蛋白质需求的迅速增长,传统畜牧业面临着诸多挑战。人口增加、城市化进程加快以及饮食习惯的变化,使得对可持续、环保和伦理的肉类生产方式产生迫切需求。在此背景下,体外培养肉类作为一种替代方案逐渐受到关注,它不仅能够减少对动物的依赖,还能在一定程度上缓解环境压力,提高资源利用效率。然而,尽管在牛、猪和禽类等模型中取得了显著进展,山羊这一重要肉类来源仍被忽视,尤其是在中东、非洲和南亚等地区,山羊肉在传统膳食中占据着不可替代的地位。

本研究聚焦于山羊肌肉卫星细胞(Muscle Satellite Cells, MuSCs)的双潜能分化能力,探索如何利用单一细胞来源高效生成肌肉与脂肪的双组织结构。MuSCs 是肌肉再生的主要成体干细胞,具有良好的增殖潜力和分化能力。在特定的培养条件下,它们不仅可以向肌肉方向分化,还能向脂肪方向转化,展现出双潜能的特性。这一发现为体外培养肉类提供了新的思路,即通过调控细胞分化路径,实现更复杂的组织结构,从而提升培养肉的品质和营养价值。

为了评估山羊 MuSCs 的分化能力,研究团队采用多种共培养策略,包括两种同步共培养模式(M1:混合共培养,M2:分层共培养)和三种顺序共培养模式(M3:脂肪分化后进行肌肉分化,M4:与 M3 类似但具有较长的脂肪分化阶段,M5:肌肉分化后进行脂肪分化)。同步共培养模式通过将已分化为特定组织类型的细胞混合或分层,促进细胞间的相互作用和旁分泌信号传递。而顺序共培养模式则通过将单一 MuSC 群体依次暴露于脂肪分化和肌肉分化信号,诱导其在相同培养体系中形成双谱系的分化。这些方法的应用,有助于理解细胞分化过程中的调控机制,并为未来构建三维共培养体系奠定基础。

在实验过程中,研究团队遵循了严格的伦理规范,所有动物实验均按照亚历山大大学动物实验委员会(IACUC)的指导方针进行。所使用的山羊为 2 岁的雌性棕色埃及 Aleppo 山羊,体重在 25 至 30 公斤之间。实验过程中,动物被给予适当的麻醉处理,以确保其在手术过程中的舒适与安全。通过机械和酶解的方法,研究人员成功分离出肌肉卫星细胞,并对其形态学特征进行了详细观察。初步分离的细胞主要呈现为圆形,这表明它们处于刚被分离的状态。而在培养 2 天后,这些细胞逐渐转变为具有特征性的纺锤形,显示出活跃的增殖状态。这一变化为后续的分化实验提供了重要的形态学依据。

为了进一步探究 MuSCs 的分化特性,研究团队进行了基因表达分析和组织学染色实验。结果显示,在顺序诱导模式中,M3(脂肪分化后进行肌肉分化)的肌肉分化效果最佳,表现为高水平的 MyoD 和 MyoG 基因表达。这些基因是肌肉分化过程中的关键调控因子,其表达水平的提高表明细胞已经成功向肌肉方向分化。相比之下,M5(肌肉分化后进行脂肪分化)则更有利于脂肪生成,表现为 PPARγ 基因的高表达以及脂质的积累。PPARγ 是脂肪分化中的重要调控因子,其表达水平的提升表明细胞已进入脂肪分化阶段。此外,M5 还表现出一些晚期肌肉分化特征,这可能意味着在脂肪分化过程中,细胞仍然保留了一定的肌肉分化能力,为未来的研究提供了新的视角。

研究团队还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响显著不同。同步共培养模式(M1 和 M2)通过促进细胞间的直接接触和旁分泌信号传递,有助于形成更加复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的发现不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

本研究的成果对于推动体外培养肉类的发展具有重要意义。通过揭示山羊 MuSCs 的双潜能分化能力,研究人员为未来开发适用于不同肉类需求的细胞来源提供了新的方向。此外,研究还强调了共培养策略在组织工程中的关键作用,为构建更加复杂的肉类结构提供了理论支持和技术手段。这些发现不仅有助于提高培养肉的生产效率,还能够促进其在不同市场环境中的应用,尤其是在对传统肉类生产方式存在伦理和环境担忧的地区。

在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著差异。同步共培养模式(M1 和 M2)能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

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在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著差异。同步共培养模式(M1 和 M2)能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

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此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著差异。同步共培养模式(M1 和 M2)能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

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此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著差异。同步共培养模式(M1 和 M2)能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

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在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

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在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

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研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

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在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著差异。同步共培养模式(M1 和 M2)能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过调控细胞分化的时间顺序,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

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研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

本研究的发现对于推动体外培养肉类的发展具有重要意义。通过揭示山羊 MuSCs 的双潜能分化能力,研究人员为未来开发适用于不同肉类需求的细胞来源提供了新的方向。此外,研究还强调了共培养策略在组织工程中的关键作用,为构建更加复杂的肉类结构提供了理论支持和技术手段。这些发现不仅有助于提高培养肉的生产效率,还能够促进其在不同市场环境中的应用,尤其是在对传统肉类生产方式存在伦理和环境担忧的地区。

在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著的差异。同步共培养模式(M1 和 M2)通过将已分化为特定组织类型的细胞混合或分层,能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更加复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过将单一 MuSC 群体依次暴露于脂肪分化和肌肉分化信号,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

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本研究的发现对于推动体外培养肉类的发展具有重要意义。通过揭示山羊 MuSCs 的双潜能分化能力,研究人员为未来开发适用于不同肉类需求的细胞来源提供了新的方向。此外,研究还强调了共培养策略在组织工程中的关键作用,为构建更加复杂的肉类结构提供了理论支持和技术手段。这些发现不仅有助于提高培养肉的生产效率,还能够促进其在不同市场环境中的应用,尤其是在对传统肉类生产方式存在伦理和环境担忧的地区。

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此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著的差异。同步共培养模式(M1 和 M2)通过将已分化为特定组织类型的细胞混合或分层,能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更加复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过将单一 MuSC 群体依次暴露于脂肪分化和肌肉分化信号,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

本研究的发现对于推动体外培养肉类的发展具有重要意义。通过揭示山羊 MuSCs 的双潜能分化能力,研究人员为未来开发适用于不同肉类需求的细胞来源提供了新的方向。此外,研究还强调了共培养策略在组织工程中的关键作用,为构建更加复杂的肉类结构提供了理论支持和技术手段。这些发现不仅有助于提高培养肉的生产效率,还能够促进其在不同市场环境中的应用,尤其是在对传统肉类生产方式存在伦理和环境担忧的地区。

在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著的差异。同步共培养模式(M1 和 M2)通过将已分化为特定组织类型的细胞混合或分层,能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更加复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过将单一 MuSC 群体依次暴露于脂肪分化和肌肉分化信号,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产成本、提高规模化生产的可行性以及减少对动物的依赖。这种模式不仅符合可持续发展的理念,还具有较高的经济价值,特别是在资源有限的地区。

研究团队认为,共培养策略在体外培养肉类中的应用具有广阔的前景。通过合理的细胞分化路径设计,可以实现更精细的组织结构调控,从而提升培养肉的品质和口感。此外,这种策略还能够减少对单一组织类型培养的依赖,使得生产过程更加灵活和高效。未来的研究可以进一步探索三维共培养体系的应用,以模拟更接近自然的组织环境,提高组织生成的复杂性和功能性。

本研究的发现对于推动体外培养肉类的发展具有重要意义。通过揭示山羊 MuSCs 的双潜能分化能力,研究人员为未来开发适用于不同肉类需求的细胞来源提供了新的方向。此外,研究还强调了共培养策略在组织工程中的关键作用,为构建更加复杂的肉类结构提供了理论支持和技术手段。这些发现不仅有助于提高培养肉的生产效率,还能够促进其在不同市场环境中的应用,尤其是在对传统肉类生产方式存在伦理和环境担忧的地区。

在实际应用中,培养肉的生产需要综合考虑多种因素,包括细胞来源的选择、培养条件的优化、组织结构的调控以及最终产品的质量评估。本研究通过系统的实验设计和分析,为这些关键环节提供了重要的参考。例如,通过选择合适的肌肉来源(如 TFL 肌肉),研究人员能够更有效地分离出具有分化潜力的 MuSCs。同时,通过优化共培养策略,研究人员能够实现更高效的双组织生成,为未来的规模化生产提供了可能。

此外,研究还发现,不同的共培养模式对细胞分化的影响存在显著的差异。同步共培养模式(M1 和 M2)通过将已分化为特定组织类型的细胞混合或分层,能够促进细胞间的直接接触和信号传递,有助于形成更加复杂的组织结构。而顺序共培养模式(M3、M4 和 M5)则通过将单一 MuSC 群体依次暴露于脂肪分化和肌肉分化信号,使得不同组织类型能够在相同培养体系中协同发育。这种策略不仅能够提高组织生成的效率,还能优化最终产品的质量,使其更接近传统肉类的口感和外观。脂肪组织在肉类中的分布,尤其是肌肉内部的脂肪沉积(即“大理石纹”),对肉类的风味、质地和视觉吸引力具有重要影响。因此,研究团队特别关注了如何在体外环境中模拟这种自然的组织结构,以提高培养肉的市场竞争力。

本研究的成果不仅为山羊 MuSCs 在体外培养肉类中的应用提供了科学依据,还揭示了细胞分化路径的调控机制。通过优化共培养策略,研究人员成功实现了肌肉与脂肪的双组织生成,这为未来构建更加复杂的组织工程肉类奠定了基础。此外,研究还强调了利用单一细胞来源进行多组织生成的潜在优势,包括降低生产
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