未来的肉可能与过去的肉完全不同。 斯坦利·库布里克（Stanley Kubrick），《外观》杂志摄影集的摄影师，国会图书馆，版画和摄影部，LC-USZ6-2352。, CC BY-ND
如果你是食肉动物，你吃的肉来自动物肌肉。 但是动物不仅仅是肌肉。 它们有大多数美国人不消耗的器官和骨骼。 他们需要食物，水，空间和社会联系。 他们产生废物。
农民花费大量的精力和资源来种植复杂的生物，在这个过程中造成浪费，只关注他们可以收获的有利可图的肉类。
它会更容易，更人性化，更少浪费 只生产人们想要的零件。 通过细胞生物学和组织工程，可以仅生长肌肉和脂肪组织。 它被称为养殖肉。 科学家们为细胞提供了生长所需的相同输入，就在动物体外：细胞邻居的营养，氧气，水分和分子信号。
到目前为止，研 栽培的细胞束 可以变成加工肉类，如汉堡或香肠。 这种养殖肉类技术仍处于研究和开发的早期阶段，因为原型经过扩大和微调，以应对商业化的挑战。 但是，已经生物工程师正在接受下一个更严峻的挑战：增加结构化的肉类切块，如牛排或鸡排。
什么肉制成的
如果你在显微镜下观察一块生肉，你可以看到你在细胞水平上吃的东西。 每一口都是肌肉和脂肪细胞的基质，与血管交织并被结缔组织包裹。
肌肉细胞充满了蛋白质和营养素，脂肪细胞充满了脂肪。 当咬入汉堡或牛排时，这两种细胞类型有助于大部分味道和口感 - 食肉动物体验。
火鸡的部分被染色显示细胞水平的组织骨骼肌肉组织 - 亦称肉。 娜塔莉卢比奥
当血管存活时，血管为动物的组织提供营养和氧气; 屠宰后，血液为肉类增添了独特的金属鲜味细微差别。
由胶原蛋白和弹性蛋白等蛋白质组成的结缔组织将肌纤维组织成对齐的束，朝向收缩方向。 这种结缔组织在烹饪过程中会发生变化，并为肉类增添质地和软骨。
细胞农业研究人员面临的挑战是从下到上模仿这种肉类的复杂性。 我们可以在培养皿中培养肌肉和脂肪细胞 - 但血管和结缔组织不像动物那样自发产生。 我们如何设计生物材料和生物反应器以提供营养物扩散和诱导组织，以便我们最终得到厚厚的，结构化的肉块？
养殖汉堡是第一步
为了制造任何养殖肉类，研究人员采用小型 - 认为大理石大小 - 来自牛，猪或鸡的大量组织并分离单个细胞。 然后，像我这样的生物工程师将细胞放入塑料瓶中，给它们提供养分，氧气和水分，同时将它们放在体温下。 细胞很快乐，可以指数级分裂，创造出越来越多的细胞。
当在塑料上生长时，细胞将继续分裂，直到它们存在于所有可用的表面区域上。 这导致一个单元厚的拥挤层。 一旦细胞停止分裂，它们就会开始成熟。 肌肉细胞融合在一起，形成长肌纤维，脂肪细胞开始产生脂质。 研究人员可以将这些细胞组合在一起，制作加工过的肉类产品，如汉堡，热狗和香肠。
单独的动物细胞可以复制大部分的肉类经验。 但是如果没有血管和结缔组织，你就不会得到一个有组织的三维组织 - 而这正是你需要的结构切肉，如牛排，鸡胸肉和培根。
为了克服这一挑战，科学家们可以使用生物材料来复制血管（用于营养和氧气转移）和结缔组织（用于组织和纹理）的结构和功能。 这个研究领域被称为 脚手架开发.
提供一些细胞生长的结构将从汉堡包到牛排的养殖肉。 Tyler Olson / Shutterstock.com
脚手架是牛排的秘方
支架的概念起源于 用于医疗应用的组织工程。 科学家将细胞和支架结合起来，为研究，毒理学筛查或研究提供功能性生物材料 植入物.
这些生物材料可以采用不同的形式 - 薄膜，凝胶，海绵 - 取决于所得组织中所需的性质。 例如，你可以 在平坦的胶原蛋白膜上生长皮肤细胞 创造一个皮肤移植，以帮助烧伤受害者或 羟基磷灰石海绵中的骨细胞 用于骨再生。
对于医学应用，支架通常需要安全植入，不得诱导身体免疫系统的反应，可降解并能够支持细胞生长。
对于食品应用，支架的设计考虑因素是不同的。 它们仍应支持细胞生长，但同样重要的是它们价格低廉，可食用且对环境友好。 用于食品应用的一些常见生物材料包括来自植物的纤维素，来自蘑菇的称为壳聚糖的碳水化合物和来自藻类的称为藻酸盐的碳水化合物。
这是我在实验室工作过的一种“肉食配方”。 首先，创建一个合适的脚手架。 从蘑菇中分离壳聚糖并将其溶解在水中以产生粘性凝胶。 将凝胶放入管中，将一端暴露于冷物质，如干冰或液氮。 从冷端开始，整个凝胶管将慢慢冻结。 然后可以通过在非常低的温度下在凝胶上真空抽吸来冷冻干燥冷冻凝胶，最终产生干燥的海绵状材料。 该 定向冷冻过程产生海绵 具有类似于一捆吸管的小而长的对齐毛孔 - 以及肌肉组织。
用于制造具有对齐孔的壳聚糖海绵的简化方法。 娜塔莉卢比奥, CC BY-ND
然后，您可以将细胞转移到这种三维海绵上，而不是在扁平塑料上种植肉，为更厚的组织提供更多的表面积。 毛孔还可以帮助在整个组织中分配营养和氧气。 到目前为止，通过这种技术，我的实验室已经能够生产出不到一平方厘米的小块肉 - 虽然有点小，但是起点很强。
其他支架可能性包括在藻酸盐基纤维，凝胶或海绵内生长细胞。 或者，技术人员可以在称为脱细胞化的过程中从植物中冲洗植物细胞 重新填充留下动物细胞的纤维素框架.
一旦研究人员找到了能够很好地发挥作用的材料和方法，我们就会努力创造更大批量的产品。 在这一点上，这将是一个扩大过程和降低成本的游戏，因此养殖肉类产品可以与养殖肉类产品相比具有成本竞争力。
看到创业公司推出他们的培养肉丸，香肠和汉堡，总是令人兴奋。 但是我正在展望下一步。 有了更多的研究，时间，资金和运气，养殖肉类菜单2.0将包括许多食肉动物知道和喜爱的牛排和猪排。
关于作者
Natalie R. Rubio，细胞农业博士候选人， 塔夫茨大学
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