《Frontiers in Nutrition》：Assessing the ability of bovine mesenchymal stem cells to grow on okara-based scaffolds derived from soy milk waste
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用于培养肉生产的原代间充质干细胞具有贴壁依赖性，因此需要固体基质以供其附着和增殖。然而，广泛使用的商业化微载体通常由合成聚合物组成，这构成了一个显著的瓶颈，因为其在食用前需要复杂且昂贵的细胞脱附过程。本研究探索了将豆渣（豆奶和豆腐生产的副产物）重新利用为微载体
用于培养肉生产的原代间充质干细胞具有贴壁依赖性，因此需要固体基质以供其附着和增殖。然而，广泛使用的商业化微载体通常由合成聚合物组成，这构成了一个显著的瓶颈，因为其在食用前需要复杂且昂贵的细胞脱附过程。本研究探索了将豆渣（豆奶和豆腐生产的副产物）重新利用为微载体，用于培养脂肪组织来源的牛间充质干细胞（AD-bMSCs）。研究人员对原料分别进行高均质化、等离子体处理以及简单的冻干和湿态应用等处理，开发并表征了多种大豆来源的支架变体。对比分析表明，复杂处理并未改善细胞性能。相反，处理程度最低的湿态豆渣变体（OP-M）成为最有前景的候选方案，其省去了干燥和预浸泡步骤，从而简化了生产流程。在初步的大体积实验中，从第17天起，OP-M在静态条件下对AD-bMSC的生长支持良好，其性能与商业化微载体对照相当。在这些大豆微载体上扩增的细胞保持了增殖能力，并维持了间充质表面标志物CD44和CD29的高表达。此外，细胞在从支架上脱附后仍能成功积累脂质，其水平与2D对照条件下相当，从而证明了细胞功能性。这些发现表明，农业废弃物可以增值为高价值的可食用生物支架，在不损害细胞特性的前提下支持干细胞扩增。豆渣来源的微载体有望为培养肉生产中的现有微载体系统提供可扩展且可持续的替代方案，但仍需进一步研究以建立和优化这一平台。
论文解读：豆渣来源微载体支持牛间充质干细胞扩增的研究
**一、研究背景与意义**
培养肉（cultured meat, CM）生产面临的核心挑战之一是如何在体外大规模扩增贴壁依赖性细胞。传统二维培养难以满足细胞数量需求，而三维培养需要生物相容性支架提供附着表面、传递营养并模拟组织微环境。目前广泛使用的商业化微载体多为合成聚合物，虽能支持细胞生长，但食用前需进行复杂且昂贵的细胞脱附流程，增加了生产成本和操作复杂性。因此，开发可食用、低成本且支持细胞生长与分化的支架材料成为推动培养肉产业化的关键方向。豆渣作为豆奶和豆腐生产的副产物，富含膳食纤维和残留蛋白，其不当处置会造成环境负担，但同时具备作为可食用生物支架的潜力。本研究旨在评估豆渣来源微载体支持脂肪组织来源牛间充质干细胞（AD-bMSCs）增殖和分化能力的可行性，探索其在培养肉生产中的应用价值。
**二、关键技术与方法**
研究人员从3月龄雌性小牛皮下脂肪组织分离获得AD-bMSCs，将其接种于不同豆渣支架及商业化胶原包被聚苯乙烯微载体（S1，Sartorius）上培养。支架制备采用多阶段流程，通过研磨、水合及离心分离获得豆渣原料，继而进行热处理（T4）、喷雾干燥（4RD）、等离子体处理（4EA、4HU）、冻干（OP-FD）、脱细胞冻干（OP-DC-FD）或直接湿态应用（OP-M、OP-T）等不同组合处理。利用扫描电子显微镜（SEM）观察支架形貌，激光衍射粒度分析仪（Mastersizer 3000+）测定粒径分布。细胞活力通过Alamar Blue还原法评估，并以Qubit DNA定量法验证其可靠性。通过流式细胞术检测间充质表面标志物CD44和CD29表达，利用BODIPY染色评估脂肪脂质积累能力。
**三、主要研究结果**
**1. 豆渣微载体变体的制备与表征**
不同处理方式产生了粒径和形态各异的支架变体。SEM图像显示热干燥和冻干支架均呈多孔结构。粒径分析表明，OP-M粒径最小，OP-T粒径最大且分布最宽，各变体的中位粒径和分布宽度存在显著差异，表明不同处理方法可生成物理结构不同的支架颗粒。营养成分分析显示豆渣含有丰富的膳食纤维及残余蛋白质。
**2. 大豆微载体变体用于细胞培养的评估**
通过trans-well实验排除支架释放毒性物质的可能性，证实豆渣支架在无直接接触时对细胞生长无抑制作用；共聚焦显微镜观察确认细胞可附着于支架表面。基于Alamar Blue活力测定，在T4及其衍生变体（4RD、4EA、4HU）的比较中，T4支架上细胞活力显著高于其他三种变体，且优于2D培养，表明复杂处理并未提高支架性能。随后比较冻干支架（OP-FD、OP-DC-FD）与T4及S1支架，发现OP-FD和S1支持细胞活力显著高于OP-DC-FD和细胞聚集体（CA），二者大多时间点表现相当。最后比较湿态豆渣支架（OP-M、OP-T）与OP-FD、S1和CA，发现OP-M、OP-T、OP-FD和S1上细胞活力无显著差异，但OP-T因颗粒过大不易操作。鉴于OP-M可省去干燥和预浸泡步骤，被确定为最优候选支架。Alamar Blue与Qubit DNA定量结果的一致性确认了该活力的评估方法的有效性。
**3. 利用豆奶废弃物来源微载体大规模培养AD-bMSCs**
在1L玻璃瓶中于20mL培养基中以50,000细胞/mL密度进行30天培养，静态条件下OP-M上细胞扩增从第17天起快速增长，其Alamar Blue信号高于商业化S1微载体和细胞聚集体条件；搅拌条件下降至80rpm时OP-M组细胞扩增缓慢，提示该支架对剪切力敏感。实验表明OP-M在较大培养体积中可行性初步得到验证。
**4. 支架上生长后细胞的特征**
从支架上收获的细胞重新接种于培养板后呈现典型成纤维细胞样形态。细胞增殖速率分析显示，从OP-M收获的细胞增殖率显著高于CA条件下生长的细胞（p = 0.022），与商业S1支架相当。流式细胞术检测显示，各条件下CD44和CD29双阳性细胞比例均较高，与2D培养对照组相似（p > 0.5），表明豆渣支架培养未损害间充质干细胞表型。
**5. 在支架上增殖后细胞的脂质积累能力**
将支架上培养一周的细胞脱附并重新接种于培养板，经成脂诱导培养基处理2周后，通过BODIPY染色和流式细胞术定量。OP-M培养来源细胞经成脂诱导后FITC荧光强度显著高于其未诱导对照（p = 0.015），且OP-M、S1和2D培养来源细胞在成脂条件下荧光强度均显著高于CA来源细胞。显微镜观察证实OP-M、S1和2D培养组均出现脂滴形成，而CA组无显著脂质积累。
**四、讨论与结论**
研究结果表明，处理步骤最少的湿态豆渣微载体OP-M不仅支持AD-bMSCs的增殖，还保持其间充质干细胞特性和脂肪分化潜能，其性能与商业化胶原包被微载体相当。相较于冻干或更复杂的加工工艺，OP-M省去了干燥工序的同时简化了应用流程，有效降低了生产成本。初步大体积实验显示OP-M的可行性，但搅拌条件下的性能下降提示需针对植物来源支架的力学特性优化生物反应器参数。细胞在支架上扩增后维持了标志物表达和脂质积累能力，但需注意大豆自身的自发荧光可能干扰分化定量实验。此外，豆渣作为大豆加工副产物需考虑过敏原标记及抗营养因子处理。研究验证了农业废弃物在培养肉生产中作为低成本可食用微载体来源的可行性，为构建含脂肪和肌肉组织的结构化培养肉产品奠定了基础。未来研究应聚焦于支架上直接进行脂肪和肌肉分化的方案优化、大规模培养体系的生物反应器参数校准，以及不同细胞类型的共培养策略。
