摘要：培养肉技术相对成熟，但最大的难题并非细胞培养，而是细胞存活。大多数实验室培育的肉类无法将营养物质循环输送到组织深处。细胞死亡，组织坏死，原本可以成为牛排的肉最终变成了糊状。
培养肉技术相对成熟，但最大的难题并非细胞培养，而是细胞存活。大多数实验室培育的肉类无法将营养物质循环输送到组织深处。细胞死亡，组织坏死，原本可以成为牛排的肉最终变成了糊状。
近日，来自日本的研究人员破解了这一难题。东京大学 Shoji Takeuchi教授团队在 Trends in Biotechnology 发表重磅研究“Scalable tissue biofabrication via perfusable hollow fiber arrays for cultured meat applications”，在组织工程领域实现里程碑式进展。
该团队通过开发具有仿生血管功能的中空纤维阵列生物反应器（Hollow Fiber Bioreactor, HFB），成功培育出了一块长 7 厘米、宽 4 厘米、厚 2.25 厘米，重量 11.1 g 的整块肉，大小与鸡块相当，其规模较既往报道提升一个数量级。此项突破性技术的核心在于解决了大体积组织工程中营养/氧气输送难题，为合成生物学与细胞农业开辟了新路径。
这种肉尚未采用食品级材料制成，研究团队也尚未品尝过。不过，研究人员正在与多家公司洽谈，进一步开发这项技术
此前，许多人已在实验室中培育出肉类。但大多只是培育出微小的肉块，然后将其组装成更大的产品。细胞需要持续不断地获取营养和氧气才能保持健康和生长。在动物体内，血管承担着这项任务，将营养物质输送到整个组织。
要让细胞在体外长成厘米级厚度的肌肉，最大障碍是如何避免中心坏死。天然肌肉依赖毛细血管输送养分，而实验室中传统方法只能培育毫米级薄片。研究团队从肾脏透析技术获得灵感，将上千根半透性中空纤维（直径仅 0.3 毫米）排列成密集阵列，形成人造循环网络。这些纤维如同微型“人工血管”，通过内部灌注培养液，将氧气与营养直接输送到每个细胞周围。
实现均匀供应的关键在于纤维间距的精准控制。团队采用高分辨率光固化 3D 打印技术，制造出带有微型锚定结构的纤维导向阵列，确保每根纤维间隔仅 0.55 毫米。这种设计让养分有效扩散范围覆盖 86% 的组织区域，同时锚定结构引导细胞定向排列，形成类似真实肌肉的纹理。更值得一提的是，团队开发出机器人辅助穿线系统，成功将 1125 根纤维自动化组装成 7 厘米长的生物反应器，为规模化生产奠定基础。
图 | 空心纤维生物反应器（HFB）技术成功培养出的厘米级鸡肉组织的结构和过程
研究团队通过单纤维模型反复实验，发现当灌注流速达到 500 微升/分钟，内部压力 0.37 kPa 时，纤维周围 200 微米范围内的细胞密度提升至 1.0×10³ 个/平方毫米，比静态培养提高 2 倍。在厘米级鸡肉块中，主动灌注使肌肉标志蛋白（如肌球蛋白重链）表达面积增加 27%，并观测到规律排列的肌节结构——这是肌肉具备收缩功能的关键证据。电刺激实验显示，培养组织能产生约 5 微米的规律收缩，证明其功能接近天然肌肉。
为验证人工肉的食用潜力，团队进行了两项关键测试：质地剖面分析显示，灌注培养的肌肉在 50% 压缩应变下承受应力比对照组高 40%，接近真实鸡肉的弹性；游离氨基酸检测发现，鲜味相关成分（如谷氨酸）占比显著提升，虽然总量仍低于天然鸡肉，但证实营养输送改善能直接影响风味物质积累。
图 | 厘米级鸡肉组织及其横截面分析，比较了无灌注和控制条件下的组织形态特征
目前，中空纤维需手工移除且不可食用，团队正探索用纤维素等可降解材料替代。尽管培养一块 11 克鸡肉仍需 360-460 毫升培养基，但该技术已展示出惊人的代谢效率——单日消耗 1 克葡萄糖，产能接近 2.6×10⁹ 个细胞。研究人员表示，这项技术不仅可用于培养肉，未来或能帮助制造人工器官或高仿真疾病模型，在再生医学领域发挥更大价值。
这项研究首次证明，通过仿生设计与精密制造，实验室培育组织可突破厘米级尺寸瓶颈。当科技与生命科学深度交织，或许不久的将来，餐桌上的“细胞培养牛排”将与植物肉、发酵蛋白共同改写全球食品产业的未来图景。
参考链接：
1.Chen J, Liu M, Chen S, et al. Engineered Therapeutic Bacteria with High-Yield Membrane Vesicle Production Inspired by Eukaryotic Membrane Curvature for Treating Inflammatory Bowel Disease[J]. ACS nano, 2025.
免责声明：本文旨在传递合成生物学最新讯息，不代表平台立场，不构成任何投资意见和建议，以官方/公司公告为准。本文也不是治疗方案推荐，如需获得治疗方案指导，请前往正规医院就诊。
来源：生辉SciPhi
