Hücre kültürü balık filetosu | Doğa Portföyü Biyomühendislik Topluluğu

Son on yılda, sera gazı emisyonları, kaynak tüketimi, hayvan refahı ve gıda güvenliği dahil olmak üzere geleneksel et üretimiyle ilgili sürdürülebilirlik sorunları nedeniyle, hücre kültürlü etler, et üretiminde geleneksel hayvancılık endüstrisinin kısmen yerini alacak alternatif bir teknoloji haline geliyor. Doku benzeri hücre kültürlü etin bileşimi ve yapısı, esas olarak çoğunlukla adipositler ve sıralanmış kas hücrelerini içeren gerçek kas dokusuna benzer. İnek gibi çiftlik hayvanlarının çeşitli et dokuları1 ve domuz2 3D bioprinting teknolojisi kullanılarak başarıyla oluşturulmuştur. Deniz ürünleri, tadı ve çeşitli proteinler, omega-3 yağ asitleri ve mikro besinler açısından zengin olması nedeniyle birçok insan için favori besindir. Çevresel stres ve iklim değişikliği ile birleşen nüfus artışı, son yıllarda ekosistem üzerinde muazzam etkileri olan deniz ürünleri kaynaklarının aşırı kullanımına yol açmıştır.3. Bu nedenle, bilimsel değerlendirme ve politika yönetimi gibi birçok hususun yanı sıra yenilikçi teknolojiler (örneğin: hücre kültürlü balık eti), deniz ürünleri üretiminin sürdürülebilirliği için aciliyet arz etmektedir. Hücre kültürlü balık etleri, yalnızca geleneksel balıkçılık ve su kültürü endüstrilerinin dünya nüfusu üzerindeki baskısını azaltmakla kalmayacak, aynı zamanda yüksek kaliteli proteinler ve mikro besinler için sentetik teknolojileri kontrol ederek yetersiz beslenmeyle başa çıkacak. Doku benzeri kültürlü balık filetolarının üretimi hala büyük bir zorluktur, çünkü sadece birkaç çalışma balık kas dokularının dokularına ve balık hücresi yapışması, çoğalması, farklılaşması ve 2D’den 3D kültürüne füzyon için iskelenin destekleyici malzemelerine odaklanmıştır.

Figür 1. Çoğalma ve büyük sarı şarlatan farklılaşması PSCkum PADSCS.

A, Sırasıyla PSC’lerin ve PADSC’lerin birincil kültürünü izole etmek için büyük sarı şarlatanların epaxial kaslarının ve sölom duvarlarının kullanıldığını gösteren diyagramlar. Ölçek çubukları: 80 µm. B0, 1, 6. günlerde miyojenik farklılaşma sırasında PSC’lerin parlak alan ve immünofloresan boyamasının temsili görüntüleri. C0, 1, 6. günlerde adipojenik farklılaşma sırasında PADSC’lerin parlak alan ve yağ kırmızısı O boyamasının temsili görüntüleri. Ölçek çubukları: 40 µm.

Bu çalışmada, pissin uydu hücrelerini (PSC’ler) ve pissin adipozdan türetilmiş kök hücreleri (PADSC’ler) büyük sarı şarlatan deniz ekonomik balıklarından izole ettik ve farklılaşma ortamlarında sırasıyla miyotüplere ve adipositlere farklılaşmak için iki hücre tipini indükledik (Şekil 1). Transkriptomik analize dayanarak, miyojenik farklılaşma verimliliği, sırasıyla Tgf-β ve Notch sinyalleri için iki inhibitör tarafından büyük ölçüde geliştirildi. Çeşitli bileşimleri karşılaştırarak, jelatinlerin hem PSC’ler hem de PADSC’ler için iyi sito-uyumluluk sağladığını bulduk. Balık jelatinleri (FG) bazlı jel üzerindeki PSC ve PADSC adezyonları, uygun sertlikte kalsiyum iyonu ile güçlendirildi. İskelelerdeki hücre canlılığı, bir p53 inhibitörü ve bir Yap-aktivatörü kombinasyonu ile önemli ölçüde arttırıldı. 2B kültüre benzer şekilde, 3B kültürün miyojenik farklılaşma verimliliği de iki kimyasal (sırasıyla Tgf-β ve Notch sinyalleri için inhibitörler) tarafından büyük ölçüde geliştirildi.

3D iskelemiz, biyobaskılama ve balık hücresi canlılığını sürdürmenin anahtarı olan uygun bir jel noktasına (~ 27 ℃) sahip FG-jelatin jeli temel alınarak yüksek verimde inşa edildi. Önceki bir raporda, dana bifteği benzeri kültürlü et, lineer tendon jelleri kullanılarak tek tek manuel olarak birleştirildi.1. Bundan ilham alarak, doğal balık kas dokusunu simüle etmek için toplu bir FG-jelatin yapı iskelesi tasarladık (Şekil 2). Büyük sarı şarlatan kas dokusunun dokusal özellikleri üzerindeki dijital analiz, kas lifi ve yağ dağılımlarının düzenli olduğunu gösterdi (~6:4 oranında). 3B iskelenin yazdırılabilir modelini basitleştirmek için büyük sarı şarlatan epiksiyal kasından ana bilgileri çıkardık. Çoğalma ve farklılaşma kültüründen sonra, iskele ile birlikte PSC’lerden farklılaşan hizalanmış kas lifleri gözlendi. Son olarak adipositler (farklılaşmış PADSC’ler) hücre kültürlü balık filetoları (Şekil 3) oluşturmak üzere kas yapı iskelelerine dolduruldu. Kültür balık filetolarımızın bileşimi ve dokusu üzerinde yapılan analiz, miyotüp ve adiposit sayısının, miyofibril ve yağ oranının, sertliğin, yapışkanlığın, esnekliğin, yaylanmanın, su içeriğinin vb. yerli balık kas dokusuna benzer olduğunu göstermiştir. .

Figür 2. Biyo rehberliğinde kas dokusu oluşumumimetik modeli iskele.

ADoğal büyük sarı şarlatan kas dokusuna dayanan biyomimetik 3D baskılı modelin yapımının şematik diyagramı. B, Yerli balık epaksiyal kasının Mikro-CT görüntüleri. Mavi: Kaslar arası dolgu dokuları; Turuncu: Kas dokuları; Kas iskele modeli, basitleştirilmiş doğal kas dokusundan tasarlanmıştır. Ölçek çubuğu: 1 mm. C, İskelelerdeki PSC’lerin proliferasyonun 3. ve 10. günlerinde Calcein-AM floresan görüntüleri. Ölçek çubuğu, 100 mikron. D, Farklılaşmanın 7. gününde 3D kültürde miyobun temsili floresan görüntüsü. Ölçek çubuğu, 100 mikron. eOptimize edilmiş jelatin bazlı iskelede PSC’lerin büyüme eğrisi.

Özetle, doku benzeri kültür balık filetolarının üretimi için başarılı bir boru hattı geliştirdik. Bu, farklı balıklar ve hatta diğer ekonomik hayvan türleri için gelişmiş bir protokol olacaktır. Gerçek doku yapısına dayalı biyomimetik yapı iskelelerinin, doku benzeri kültür etlerinin üretiminde büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Büyük ölçekli biyobaskı için, malzeme özelliklerinin sınırlandırılması nedeniyle püskürtme akış hızını ve ekstrüzyon tabanlı 3B yazıcıların boyutunu yükseltmek zordur. Bir sonraki adımda büyük ölçekli doku kültürü et üretimi için çoklu memelerin eş zamanlı ekstrüzyonu daha iyi bir seçim olacaktır.

Figür 3. Karakterizasyon doku benzeri kültür balık filetosu.

A, Büyük sarı şarlatan balığının kültürlenmiş ve doğal doku filetolarının temsili görüntüleri. Ölçek çubuğu, 5 mm. BKültür balık filetolarında ve yaklaşık 0,96 cm büyüklüğünde yerli balık filetolarında ortalama kas hücresi ve adiposit sayısı3. CHücre kültürlü balık filetolarında ve yerli balık filetolarında kas ve yağ oranları. D, Yerel balık filetolarının ve kültür balık filetolarının kas liflerinin temsili görüntüleri. Kırmızı: hematoksilin-eozin (HE) boyama; SEM: taramalı elektron mikroskobu; Ölçek çubuğu, 100 mikron. eBoş iskele, kültür balığı filetosu ve yerli balık filetosunun doku özellikleri. FEnine gevşeme süresinin su dağılımı (T2) spektrum. “au” keyfi birimi ifade etti.

Referanslar

  1. Kang, DH ve ark. Tendon-jel entegre biyobaskı kullanılarak hücre liflerinin birleştirilmesiyle tasarlanmış, bütün kesilmiş et benzeri doku. Nat. komün. 12, 5059 (2021).
  2. Zhu, H. ve ark. Domuz kas kök hücrelerinden kültürlü et üretimi. Biyomateryaller 287, 121650 (2022).
  3. Roheim, CA, Bush, SR, Asche, F., Sanchirico, JN, Uchida, H. Sürdürülebilir deniz ürünleri pazarının gelişimi ve geleceği. Nat. Güç vermek. 1, 392-398 (2018).

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir