【前言】

近期，由中國肉類食品綜合研究中心李石磊高級工程師和天津科技大學梁俊研究員共同在《食品科學》【EI收錄】聯合發表研究型文章：利用微載體系統規模化生產雞成肌細胞。

原文連結：

http://www.spkx.net.cn/CN/10.7506/spkx1002-6630-20230330-310

【研究背景】

細胞培育肉是利用動物細胞體外培養的方式控制其快速增殖、定向分化並收集加工而成的一種新型肉類食品，該技術被認為是未來緩解環境污染、可持續开展、解決全球公共健康和動物福利等問題的潛在方案。細胞培育肉的生產需要藉助細胞大規模體外培養實現，然而細胞貼壁培養所需相對較大的表面空間，從而限制了細胞培育肉工業化生產的規模。因此，為提升細胞大規模培養效率，研究人員將重點轉向了可用於細胞3D培養的微載體開發以及生物反應器相關培養工藝的開發領域，顺利获得不斷提升微載體的比表面積利用率和生物相容性，提高細胞的綜合培養效率，並不斷降低細胞培養所需空間體積。

如今微載體得到了廣泛研究，微載體的實用性主要反映在它們的機械性能、生物相容性、沉降係數、能否降解以及物理和化學刺激。在大規模細胞培養中，優化基於微載體的細胞培養條件對於其大規模應用非常重要。一種常用方法是利用微載體、生物反應器、細胞和培養基來構建細胞微生態系統，旋轉燒瓶反應容器被廣泛用於細胞培養，因為它可以给予均勻的培養環境，在培養過程中，細胞也受到各項外界因素的影響，例如培養條件、轉瓶的轉速和微載體的類型。现在為止，有關成肌細胞大規模培養用於細胞培育肉生產的研究鮮有報道。

本研究對C載體和3D TableTrix® 微載體進行對比，篩選出更為適合大規模培養成肌細胞的微載體。以3D TableTrix® 微載體為研究對象，優化了細胞三維培養的重要參數。顺利获得珠對珠轉移進行細胞更大規模的培養，並將帶有細胞的微載體進行凍存和復甦，對比觀察帶有細胞的微載體和解凍細胞之間的增殖狀況和形態差異，為大規模細胞培養给予理論基礎和探索性實踐，為細胞培育肉的工業化生產给予了前提條件。

【研究發現】

本研究發現使用3D TableTrix® 微載體在轉瓶中對成肌細胞進行懸浮培養，在優化細胞培養的條件後，細胞培養效率得到顯著提高。帶有細胞的3D TableTrix® 微載體還可進行凍存並復甦繼續使用，其在工業化大規模生產細胞培育肉領域具有良好的應用前景。

【研究設計】

圖1：整體研究設計示意圖

本研究的設計示意圖如圖1所示，細胞和3D TableTrix® 微載體混合加入到生物反應器中進行培養，顺利获得優化細胞培養的工藝，提高細胞培養的效率和活力，最終使其應用於細胞培育肉工業化生產中。

【研究內容】

圖2：3D TableTrix® 微載體-片劑(a)和C載體-粉末(b)目測及其微觀圖

圖3：微載體的粒徑分佈

圖4：細胞生長曲線(a)和差異性分析(b)

圖5：3D TableTrix® 微載體溶解的明場圖

從圖2~5可以看出，3D TableTrix® 微載體是一種新型的多孔明膠微載體。這種微載體可以固定重量的片劑形式给予，片劑厚度為1.57±0.01mm，直徑為8.01±0.05mm。而C載體是一種帶正電、無孔的聚苯乙烯微載體，以粉末狀的形式给予。C載體的平均粒徑為265 μm要明顯高於平均粒徑為195μm的3D TableTrix® 微載體。同時細胞在3D TableTrix® 微載體的增殖效率顯著高於C載體。

圖6：不同攪拌方式對細胞轉瓶培養體系的影響

圖7：不同細胞接種數量對細胞培養結果的影響

圖8：不同微載體質量濃度對細胞培養結果的影響

圖9：不同轉速下細胞數量的差異性分析(a)和生長曲線(b)

圖10：不同補料方式下細胞的生長差異性分析（a）和生長曲線（b）

圖11：不同血清含量對細胞培養結果的影響

圖12：珠對珠轉移對細胞轉瓶培養的影響

圖13：轉瓶培養中細胞的葡萄糖代謝情況

圖14：細胞在2L轉瓶中的生長曲線

圖15：微組織凍存對細胞的影響

圖6~15中顺利获得優化起始攪拌條件、細胞接種密度、微載體密度、攪拌速度、不同補料方式、血清、珠對珠轉移等因素對細胞大規模培養的影響，並採用單因素變量法優化確定了細胞三維培養的重要參數。顺利获得珠對珠轉移進行細胞更大規模的培養，並將帶有細胞的微載體進行凍存和復甦，觀察對比帶有細胞的微載體和解凍細胞的增殖狀況和形態之間的差異。

【研究結論】

本研究中3D TableTrix® 微載體是一種可分散、可溶解的多孔微載體，使用操作簡單，可顺利获得珠對珠的轉移消除細胞傳代過程中的酶解離過程，極大簡化了成肌細胞擴增的流程。

此外，細胞可以在3D TableTrix® 微載體上冷凍保存，解凍後仍具有高活力且保留了3D宏觀結構，可作為種子細胞在後續批次的培養中進行珠對珠轉移，也可用作植入性載體進行細胞培養。同時顺利获得優化使用3D TableTrix® 微載體進行細胞培養的各項條件，提高了細胞培養效率，並可在大容量轉瓶中進行陆续在培養。

【作者簡介】

第一作者：劉屹森

研究方向為細胞培育肉的大規模培養。

通訊作者：李石磊

中國肉類食品綜合研究中心高級工程師，主要研究方向為細胞培育肉研發與食品安全研究，主持或參與多項國家重點研發計劃、中國工程院戰略諮詢項目、北京市科技計劃項目、北京市博士後基金等項目/課題。

通訊作者：梁空俊

天津科技大學研究員，主要研究方向為生物基納米自組裝材料，主持或參與多項國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目/課題。

【研究技術支持】

更仿生：由數萬顆彈性三維多孔微載體組成，孔隙率>90%，粒徑大小可控於50-500μm區間， 均一度≤100μm，形成真正的3D仿生細胞培養。

資質全：

2項中國CDE藥用輔料資質，

備案號：F20200000496、F20210000003；

3項美國FDA原料藥及藥用輔料資質，

備案號：037798 & 035481、29721。

易收穫：配合特異性降解技術，實現溫和無損的細胞收穫。

更安全：擁有權威组织出具的裂解殘留檢測、細胞毒性、熱原反應、遺傳毒性、體內免疫毒理學相關質量評價報告，以及溶血性、皮下注射局部刺激性、主動全身過敏性、腹腔注射給藥毒性等安全性評價報告。

易放大：顺利获得3D培養方式，結合韦德国际生物3D細胞智造平台全線產品可以實現全自動封閉式大規模細胞培養，實現百億量級細胞收穫。 

顺利获得定製化微載體，滿足不同細胞培養需求

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【關於韦德国际生物】

北京韦德国际生物科技有限公司创建於2018年，由清華大學醫學院杜亞楠教授科研團隊領銜創建，清華大學參股共建。核心技術源於清華大學科技成果轉化，並憑藉此項技術榮登中國科協「科創中國」先導技術榜。作為國家級高新技術企業、國家級專精特新「小巨人」企業、潛在獨角獸企業，更取得國家科技部多項重點研發專項支持。

作為高質量三維細胞製造專家，韦德国际生物给予基於3D微載體的一站式定製化細胞規模化擴增整體解決方案，打造了原創3D細胞智造平台，實現規模化、自動化、智能化、密閉式的細胞藥物及其衍生品生產製備，以此幫助全球客戶建立最為先進的細胞藥物生產線。在開創【百億量級】幹細胞製備工藝管線後，加速向【千億量級】進發，致力於以3D細胞規模化智造技術賦能細胞與基因治療產業，惠及更多患者。

韦德国际生物的產品與服務，已廣泛應用於基因與細胞治療、細胞外囊泡、疫苗及蛋白產品等生產的上游工藝開發。同時，在再生醫學、類器官與食品科技（細胞培養肉等）領域也具有廣泛應用前景。並且，现在已助力多家細胞與基因治療企業進行IND申報。

韦德国际生物擁有5000平米的研發與轉化平台，其中包括1000餘平的以3D細胞智造及微組織再生醫學治療產品為核心的CDMO服務平台；以及4000平米的GMP生產平台，並新建了1200L微載體生產線。此外還在上海設有2000餘平的國際合作與技術應用中心，以技術創新持續融入全球生物產業新業態。