工程院食品安全院士团队

科研成果转化平台

在细胞农业领域，寻找胎牛血清（FBS）的替代物一直是个热门话题。FBS 价格高昂、批次间差异大，且其生产过程还涉及动物伦理问题，在培育肉生产中使用 FBS 着实不太理想。不过，最近科学家们取得了一项重要突破！他们成功开发出一种适用于大西洋鲭鱼细胞系（Mack1）增殖的低血清培养基，这一成果发表在《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》杂志上。

研究人员此次的目标，是要找到能在低血清条件下促进鲭鱼肌肉细胞生长的培养基配方。他们先是逐步降低 FBS 浓度，让 Mack1 细胞适应低血清环境。结果发现，当 FBS 浓度从 20% 降至 10% 时，细胞虽能适应，但倍增时间延长；而浓度进一步降至 5% 及以下时，细胞增殖能力逐渐丧失，从图 1 中就能明显看出细胞在不同 FBS 浓度下的生长差异，5% FBS 培养的细胞形态更细长，看起来也不如 7.5% FBS 培养的健康 。

图1 Mack1 细胞在不同血清浓度下的生长特性

接着，研究人员从非动物来源的物质中筛选潜在的血清蛋白替代物。像从羽扇豆、豌豆、油菜籽等提取的蛋白质，在低血清（2.5% FBS）条件下，除豌豆蛋白外，其他测试的蛋白质分离物都能在适宜浓度范围内促进 Mack1 细胞生长。其中，油菜籽蛋白分离物（RPI）表现尤为突出，在较宽浓度范围（50 – 400 μg/mL）内都能促进细胞生长，在 200 和 400 μg/mL 时效果显著（P<0.001）。

除了蛋白质，研究人员还对多种成分进行了逐一筛选。在低血清（2.5% FBS）条件下，胰岛素、亚硒酸钠、L - 抗坏血酸 2 - 磷酸、成纤维细胞生长因子（FGF） - 2、转化生长因子（TGF） - β1 和亚油酸等 7 种成分，对 Mack1 细胞生长有显著促进作用。从图 2可以看到这些成分在促进细胞生长方面的积极效果，比如亚硒酸钠和胰岛素的促进作用就比其他化合物更明显。但在无血清条件下，除胰岛素外，其他成分都无法改善细胞生长。

基于这些筛选结果，研究人员将 6 种成分（胰岛素、亚硒酸钠、L - 抗坏血酸 2 - 磷酸、亚油酸、FGF - 2 和 TGF - β1）与 RPI 组合，配制成低血清培养基进行长期测试。实验发现，添加 RPI 的培养基能让细胞连续传代 6 次，不过细胞生长仍未恢复到 7.5% FBS 培养基的水平。后来，研究人员又尝试混合基础培养基，发现将 L - 15 与 F - 12 按 1:1 混合，能显著促进细胞增殖。从图 5 中可以看出，优化后的培养基（LF2.5% + M7 + RPI）培养的细胞，在 55 天内实现了 30 次以上的倍增，且细胞形态未发生改变。

图2 多种化学成分明确物质在低血清条件下对细胞生长的促进作用

总的来说，胰岛素、硒、L - 抗坏血酸 2 - 磷酸，以及亚油酸、FGF - 2 和 TGF - β1 在低血清培养基的开发中发挥了关键作用。这些成分与油菜籽蛋白和 F - 12 培养基结合，极大地促进了鲭鱼细胞的生长，显著降低了对 FBS 的依赖。这项研究为无血清培养基的开发提供了重要的理论基础和实践经验，不过想要完全去除细胞培养基中的 FBS，还需要进一步深入研究

原文链接： https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c03345

来源：微生物安全与健康网，作者~张宏图。