تولید گوشت مصنوعی ارزان‌قیمت از پروتئین‌های گیاهی با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی

حکیم مهر: محققان با موفقیت از پروتئین‌های گیاهی رایج در تولید یک نوع داربست خوراکی برای چاپ سه بعدی گوشت مصنوعی ارزان قیمت و پایدار استفاده کردند.

به گزارش حکیم مهر به نقل از آنا، یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ملی سنگاپور (NUS) با موفقیت از پروتئین‌های گیاهی رایج برای چاپ سه بعدی داربست کشت سلولی خوراکی استفاده کرده اند. این دستاورد به محقان کمک می‌کند که گوشت‌های آزمایشگاهی مقرون‌به‌صرفه‌تر و پایدارتری را روی میز سرو کنند.
همانطور که مصرف‌کنندگان هوشیارتر می‌شوند، گوشت‌های آزمایشگاهی، که به‌عنوان گوشت کشت‌شده یا گوشت‌های سلولی نیز شناخته می‌شوند، در حال تبدیل شدن به یک منبع محبوب پروتئین رژیمی هستند.  

گوشت پرورشی با گرفتن سلول‌های ماهیچه‌ای اسکلتی از حیوانات و رشد آن‌ها بر روی ساختار‌های سه‌بعدی به نام داربست تولید می‌شود که با تکثیر سلول‌ها و تبدیل شدن به بافت، ساختاری را فراهم می‌کند که یا خیلی گران هستند یا غیر قابل خوردن.

در جستجوی جایگزینی مناسب، گروهی از محققان به رهبری «پروفسور هوانگ دجیان»، معاون رئیس بخش علوم و فناوری غذایی NUS، به پروتئین‌های گیاهی روی آوردند که به عنوان یک منبع زیست تخریب‌پذیر و  سازگار با سلول‌های حیوانی شناخته می‌شوند. از همه مهمتر، پروتئین‌های گیاهی نیز نیاز‌های رایج برای مصرف مواد غذایی را برآورده می‌کنند و داربست حاصل را برای کشت گوشت مناسب می‌کنند.

پروفسور هوانگ می‌گوید: ما با استفاده از پرولامین‌های غلات به عنوان مواد زیستی در دسترس برای فناوری پرینت سه بعدی با دقت بالا، روش جدیدی را برای ساخت داربست‌های خوراکی و ساختار یافته برای تولید تکه‌های گوشت ماهیچه‌ای پرورش‌یافته با ویژگی‌های فیبری کشف کرده‌ایم.

ساخت داربست خوراکی

پرولامین‌ها خانواده‌ای از پروتئین‌های ذخیره‌سازی گیاهی هستند که به دلیل داشتن مشخصات اسید آمینه خاص، ارزش غذایی پایینی دارند.   در واقع پرولامین‌ها به عنوان زباله در صنایع نشاسته و روغن نباتی تولید می‌شوند. با این وجود، پروفسور هوانگ و تیمش از ویژگی‌های پرولامین‌ها برای دستیابی به یک منبع مقرون‌به‌صرفه و پایدار برای کشت گوشت آزمایشگاهی استفاده کردند.

محققان در این پژوهش از پرولامین‌های مشتق‌شده از آرد ذرت، جو و چاودار که به نام‌های زین، هوردین و سکولین شناخته می‌شوند استفاد کردند.   سپس این مخلوط‌ها به عنوان جوهر نوعی از چاپ سه بعدی با دقت بسیار بالا که در زیست پزشکی کاربرد دارد استفاده کردند.

بررسی تغییر ساختاری این گوشت‌های آزمایشگاهی  زیر یک میکروسکوپ الکترونی روبشی، نشان داد که داربست‌ها ساختار خود را حفظ کردند، اگرچه سوراخ‌های متعددی روی سطوح آن‌ها ایجاد شده بود.

با این حال، به گفته محققان، این منافذ به احتمال زیاد نتیجه آنزیم‌های ترشح شده توسط سلول‌های کشت‌شده هستند، به این معنی که آن‌ها باید بتوانند این سلول‌ها را در خود جای دهند و از رشد و توسعه آن‌ها حمایت کنند.

برای آزمایش این موضوع، پروفسور هوانگ و تیم سازنده ساختار‌های پرولامین را با سلول‌های بنیادی عضله اسکلتی خوک کشت دادند و تکثیر سلولی را در روز‌های بعد اندازه گیری کردند.  
آن‌ها دریافتند که سلول‌ها به طور گسترده روی داربست‌ها تقسیم می‌شوند و ۱۱ روز پس از تلقیح به حداکثر تعداد می‌رسند.سلول‌های بنیادی در هر دو داربست زین_هوردین و زین_سکالین به خوبی رشد کردند.

داربست‌های ساخته شده از پروتئین‌های گیاهی خوراکی هستند و دارای توالی‌های پپتیدی متنوع و متغیری هستند که می‌توانند اتصال سلولی را تسهیل کنند، تمایز را القاء کنند و رشد گوشت را تسریع کنند.در مقابل، داربست‌های مصنوعی مانند مهره‌های پلاستیکی که برای گوشت‌های پرورشی استفاده می‌شوند، هیچ عملکردی ندارند از این رو اتصال و تکثیر سلول‌های حیوانی را دشوار می‌کند.   علاوه بر این، داربست‌های مصنوعی خوراکی نیستند و برای جدا کردن داربست‌ها از کشت گوشت، مراحل بیشتری لازم است.  

کشت سلول‌ها روی داربست زین_سکالین، به آن‌ها اجازه تمایز یا بالغ شدن به عضله را داد.   همچنین محقققات از عصاره چغندر برای شبیه سازی رنگ قرمز گوشت استفاده کردند. در عرض ۱۲ روز، محققان توانستند گوشتی را که از نظر بافت و ظاهر کلی شبیه به گوشت حیوانات واقعی بود، کشت کنند. این نتایج پتانسیل داربست‌های مبتنی بر پرولامین پیشنهادی را در تولید گوشت کشت شده تأیید می‌کند.

پیشرفت‌های بیشتر

پروفسور هوانگ و تیمش فعالانه در حال کار بر روی پالایش فناوری مبتنی بر پروتئین گیاهی هستند. برای مثال، مطالعات بیشتری برای تعیین بهتر اینکه چگونه ساختار و ترکیب خاص ساختار‌های پرولامین ممکن است بر رشد سلول‌های بنیادی حیوانی و نحوه تشکیل بافت ماهیچه‌ای تأثیر بگذارد، مورد نیاز است. پروفسور هوانگ می‌گوید، با این روش ایمن می‌توتن نیاز‌های غذایی توصیه شده را برآورده کرد. البته، آن‌ها باید اشتها آور نیز باشند. از این رو طعم، عطر و بافت گوشت‌های مصنوعی برای رقابت با محصولات گوشتی سنتی باید به دقت تنظیم شود.