利用生物医学创新在洁净肉行业发展中的机会

由于兴趣减轻了强化动物农业的巨大环境影响,过去两年目睹了开发直接复制肉细胞组成的生物工程产品的努力激增。这不是生物医学中第一次开发的技术,使得食品行业的飞跃。正如通过人胰岛素合成的重组蛋白质生产技术的成功交叉施用对广泛的食品酶和成分生产,促进食品的潜力与生物医学研究彻底改变为重要但在很大程度上是未开发的。科学家们现在开始利用动物细胞文化进步来利用动物细胞文化进步来制造被称为的产品干净的肉因为他们没有动物饲养,屠宰和抗生素使用的环境,公共卫生和动物福利后果。

制作清洁肉类产品的第一步是在无动物细胞培养基中,由肉类相关物种衍生的细胞增殖。为了创建结构复杂的肉类类似物,膨胀的细胞随后可以被播种到生物可降解或可食用的支架上,支持分化和成熟为多种细胞类型。使用支架参数和其他环境条件的结合,包括引入特定的生长因子,这些前体细胞可以定向分化为肌肉细胞、脂肪细胞、和结缔组织紧密模仿细胞类型的比例和空间组织在期望的肉类产品中发现。大规模地说,这种肉类养殖方法可以为消费者提供继续享受肉类产品的选择,而目前的动物农业做法对环境、动物福利和公共卫生造成的影响很小。

清洁肉类过程

在文章中,“将生物医学生产和制造方法应用于清洁肉类行业的机会,“Liz Specht博士和她的同事在美食家 - 一个非营利组织,促进了工业化动物农业的替代方案的发展 - 探索了清洁肉商业化所需的关键技术部门。作者详细介绍了清洁肉类行业面临的当前挑战,并通过利用其他大规模细胞培养应用的研究来讨论如何解决这些挑战。由于该领域的竞争性质,学术研究人员和行业合作伙伴之间的合作有巨大的机会,以及同时将利用生物学等大规模细胞培养的其他行业技术推进其他行业的技术,基于细胞的疗法和再生医学。

目前正在追求清洁肉类生产的公司在生产过程和产品焦点领域采用各种各样的方法,并且在生物医学和生命科学中,这些公司之间的交叉合作有着重要的需求。除了在学术研究人员和行业合作伙伴之间的多学科联盟的发展之外,这些关系可以在清洁肉田中推动创新并减少重复努力。

清洁肉心灵地图

初级挑战清洁肉行业面临的是清洁肉类产品的扩大和降低。这一努力可以利用在已建立的动物细胞培养生物过程中开发的见解和相关技术。动物细胞培养的最大商业应用是生物制药工业中的蛋白质治疗,而基于细胞的治疗工业在生产培养的细胞作为所需的最终产物的情况下是独一无二的,而不是纯化的蛋白质组分。洁净的肉类工业也可以从工业生物技术中发现的更大刻度的生物过程应用中受益于除动物细胞培养之外;在经济上可行的清洁肉类所需的生产成本将更加紧密地镜像化学品,食品和饲料成分的大规模发酵。因此,来自许多生物过程行业的技术和见解的混合将使清洁肉的扩展过程受益。

尽管许多清洁肉类公司正处于产品开发的早期阶段,并继续评估各种各样的生产方法,但其中许多公司可能会共享相同的基本过程:在生物反应器中进行大规模细胞增殖,然后进行支架播种和细胞分化。生产时间表取决于几个操作参数,包括种子列车连续运行的程度,因此,目前的生产周期估计从10天到6周不等。大多数理论产量的估计每20000 L磅肉批从4000磅到10000磅不等。这些可能,事实上,是低估了由于他们依赖从CHO细胞参数(例如,平均细胞体积)而不是定制相关的细胞类型的肉。

虽然对清洁肉类生产的细胞培养目前可能在小规模上进行,但需要在细胞系发育和细胞库中进行额外进展,以适应大规模清洁肉类生产的细胞培养。为了减少清洁的肉类生产成本,在许多世代和生产周期上表现出一致的性能的强大细胞系将是至关重要的。这将促进半连续生物过程进行细胞增殖,限制了对最终分化和细胞成熟的批量过程的需求。除了半连续的种子列车之外,利用具有严格的细胞银行方案的良好特征的细胞,还将减轻或消除可能引入可变性,潜在污染和额外成本的主要细胞收集的需求。为实现这一目标,生物学行业开发的无足方法,以获得细胞系永生化,维持多能细胞茎干的方法,以及从细胞的治疗行业的开发有关表观遗传影响以及稳定多能干细胞的诱导应该被考虑。使用诸如CRISPR和微流体筛选的新技术也可以代表有希望的途径,用于增加像细胞的代谢效率的性能属性。在设计要求和其他关键技术要素的减少中,达到高度提高的电池效率,将有助于降低清洁肉类生产成本。

在最近成功的成功开发一种能够支持细胞存活,增殖和分化的无血清免疫培养基,为商业化清洁肉类生产定制的细胞培养基需要考虑在内部相关的一些因素大规模增长环境的背景。这些因素包括在大生物反应器的流体动力学中的粘度和pH等参数,以及影响细胞存活的压力源,这是针对大规模环境的。此外,为了达到与常规肉类的价格竞争力,将需要大的成本降低基础介质和生长因子。可以通过大规模的生产和对食品级材料的耐受性增加,实现实质性的成本降低。另外,高通量筛选可用于识别将进一步降低成本的配方调整,而不会显着影响细胞性能。

虽然对于一些使用细胞作为调味成分而不是整个产品的首次上市的清洁肉制品来说,它们可能不是严格必要的,但能够实现结构复杂性的组织支架最终将对高保真清洁肉制品至关重要。这些可食用或可生物降解的支架可支持多种细胞类型的共培养,并允许细胞培养基的灌注,可包含可调节的参数,可帮助临时引导细胞分化。例如,水凝胶支架在组织工程的其他应用中显示出了巨大的前景,因为它们能够精确和可逆地调节支架的生物力学特性。对生化参数的可逆控制将使清洁肉类科学家能够动态模拟体内环境中细胞从增殖到分化到成熟过程中产生的独特细胞需求。然而,还需要进一步的研究来确定这些材料是否适合食品生产,以及它们是否在生产清洁肉类所需的规模上具有经济可行性。与生物反应器开发人员密切合作,将支架直接集成到封闭系统的工艺设计中,将大大降低引入预制支架的污染风险,支架开发将进一步受益。

随着生物反应器技术的发展,以改善灌注系统和增加最大可达到的细胞密度,已发表的文献的广度系统地比较各种生物反应器类型和过程设计考虑,将允许科学家确定哪种设计最适合清洁肉类生产。在清洁肉类生产中加入额外的参数——比如对培养基组成和细胞表型或代谢性状的复杂监测——可以通过在整个过程中进行更细致的控制,从而有利于清洁肉类生物反应器的设计。生物制造过程自动化对于创建一个功能封闭的系统至关重要,该系统可以消除污染风险,减少人为操作的可变性,并降低成本。目前为细胞治疗应用开发的大规模收获系统只适用于单个细胞或聚集物,而创造能够自动收获大规模完整组织的系统的开创性努力将是清洁肉制品成功培育的关键。

由于清洁肉田的肥沃性,有很大的机会为学术研究人员和行业合作伙伴之间的战略关系发展。对开放访问研究的关键需要,特别是调查具有重要下游重要性的基本问题,以及学术/行业合作的联盟的发展可以作为确保使用大规模制造进行早期研究的有效方法考虑到思想。作为其他其他中断技术部门的建模,联盟成员之间的强劲对话将通过减少多重努力和最大限度地提高由个人清洁肉类公司制定的知识产权的可授权机会来破坏投资。这些合作措施也可以证明预测长期障碍的信息,可能对未来发展的成功至关重要,例如清洁肉类特定供应链的出现。

随着清洁肉类行业随着时间的推移而发展,清洁肉类商业化的研究仪器将对使用大规模细胞培养的其他行业表现出显着的交叉适用性。作为过去两年清洁肉的原型,演示和品味已经证明,没有基本的技术障碍对无动物肉类产品的生产。相反,促进了协作关系的步伐来解决增加生产过程效率的主要挑战,同时降低成本将确定清洁肉类产品在消费市场中获得牵引力的速度如何。

有关更多信息,请参阅完整的开放式文章:将生物医学生产和制造方法应用于清洁肉类行业的机会

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