Vývoj svalových kmenových buněk pro udržitelnou produkci kultivovaného masa

Produkce kultivovaného masa závisí na izolaci, expanzi a diferenciaci živočišných kmenových buněk na jedlé tkáně. Svalové kmenové buňky nebo satelitní buňky jsou v tomto procesu ústřední díky své schopnosti regenerovat a tvořit svalová vlákna. Tradičně se fetální bovinní sérum (FBS) používá k dodávání živin a růstových faktorů během buněčné kultury. Sérum je však drahé, chemicky nedefinované, náchylné k variabilitě šarží a vyvolává obavy z etiky a bezpečnosti. Tyto výzvy brání industrializaci kultivovaného masa. Jejich řešení vyžaduje bezsérová média, která mohou podporovat jak proliferaci, tak diferenciaci satelitních buněk při zachování jejich funkčnosti v průběhu času.

Studie (DOI: 10.48130/fmr-0025-0006) publikovaná v Výzkum potravinářských materiálů 25. června 2025 Shijie Ding, tým Chunbao Li & Guanghong Zhou, zemědělská univerzita v Nanjing, zavádí bezsérový a geneticky upravený satelitní buněčný systém, který umožňuje stabilní proliferaci a účinnou diferenciaci a poskytuje škálovatelný základ pro udržitelnou kultivovanou produkci masa.

K systematickému zavedení bezsérového systému pro produkci kultivovaného masa vědci nejprve použili iterativní optimalizační strategii k návrhu proliferačního média pro prasečí satelitní buňky (SC). Počínaje bazálním médiem DMEM/F12 doplněným o základní faktory, jako jsou ITS-X, BSA, Y-27632 a růstové faktory (bFGF, EGF, IGF-1, LIF), testovali přežití pomocí analýzy s vysokým obsahem. Zatímco Formule 1 podporovala minimální vitalitu, Formule 2 byla vylepšena přidáním lipidů, neesenciálních aminokyselin a antioxidantů, které zvýšily životaschopnost buněk. Další jednofaktorové testování s hydrokortisonem, forskolinem, HGF, dexamethasonem a LPA vedlo k formuli 3, která významně podpořila krátkodobou proliferaci.

Finální optimalizací koncentrací faktorů vznikla Formule 4, později pojmenovaná A19, obsahující 19 složek. A19 podporoval robustní proliferaci primárních SC s > 90% životaschopností napříč pasážemi a udržoval vysokou expresi myogenních regulátorů (PAX7, MYOD, MYOG) ve srovnání se sérovými kontrolami. K vyřešení stárnutí byl ke generování použit CRISPR/Cas9 CDKN2A^−/− SC linie, které vykazovaly výrazně zvýšenou proliferaci po 18 pasážích a upregulovaly expresi myogenních genů ve srovnání s buňkami divokého typu. Zejména, CDKN2A^−/− klony si zachovaly diferenciační kapacitu na zralé myotuby v časných pasážích, na rozdíl od kontrol. Při kultivaci v A19, CDKN2A^−/− buňky proliferovaly stabilně po alespoň 15 pasáží při zachování stopkových markerů, což prokazuje kompatibilitu s podmínkami bez séra.

Účinnost diferenciace byla dále zlepšena postupným testováním médií, které vyvrcholilo médiem verze 4.0, které umožnilo prodlouženou, MyHC-pozitivní tvorbu myotubusů z dlouhodobé kultivace CDKN2A^−/− buňky. Nakonec, naočkováním těchto upravených buněk na rostlinné 3D jedlé lešení, tým vytvořil konstrukty podobné masu. Tyto vykazovaly zlepšené parametry textury, jako je žvýkatelnost a gumovitost ve srovnání se samotnými lešeními, což potvrzuje, že kombinovaný bezsérový proliferační/diferenciační systém s CDKN2A^−/− SC mohou podporovat předpěstovanou produkci masa.

Tato duální strategie – vývoj bezsérových médií a konstrukce imortalizovaných buněčných linií – se zabývá dvěma nejnaléhavějšími výzvami v produkci kultivovaného masa: snížení nákladů a stabilní škálovatelnost. Odstraněním potřeby séra živočišného původu tento přístup zvyšuje bezpečnost potravin, etické přijetí a konzistenci ve výrobě. Navíc na bázi CRISPR CDKN2A knockoutované buňky poskytují obnovitelný zdroj svalových progenitorů a snižují závislost na opakovaných biopsiích zvířat. Společně tyto inovace znamenají kritický krok ke komerčně životaschopnému kultivovanému vepřovému masu a potenciálně rozšiřitelnému na další druhy hospodářských zvířat.