近期，湖南大学张璨副教授和戴建武教授团队在科爱创办的期刊Bioactive Materials上发表研究论文，创新地采用藕丝天然植物纤维构建三维支架，有效促进猪肌肉干细胞定向排列及成肌分化，并支持脂肪干细胞的脂质蓄积。该支架培育的细胞培养肉在外观、质地及营养方面接近传统肉类。且支架可规模化生产，为细胞培养肉的可持续性生产提供了新的方案。

01  研究内容简介

还记得神话故事中哪吒"莲藕塑肉身"的传说吗？这一充满东方智慧的想象正在实验室里变成现实！全球人口增长加剧了对可持续蛋白质的需求，而传统肉类生产面临资源消耗、环境压力及动物福利等问题。猪肉作为全球消费量第二的肉类，其生产增长已接近极限，亟需可持续替代的方案。细胞培养肉（CM）作为新兴替代方案，虽前景广阔，但在规模化生产和食品级支架设计上存在挑战。现有支架难以复制肌肉组织的结构和力学性能，且CM的感官与营养品质研究不足。藕丝作为天然植物纤维，具有生物相容性、可食用性、力学性能优良等特点，其结构与传统肉类高度相似，是生产细胞培养肉的理想支架材料。本研究开发了一种基于藕丝的天然植物纤维（NPF）支架，用于培养猪肌肉干细胞（pMuSCs）和脂肪干细胞（pADSCs），系统评估了细胞在支架上的活力、增殖及分化能力，借助多组学技术解析细胞在支架微环境中基因与蛋白表达的调控机制，深入分析支架培养体系对CM感官特征（如外观、质地）和营养成分（如蛋白质、氨基酸）的影响；同时探索支架规模化生产，为细胞培养肉的工业化应用提供新的方案。 

一、  支架制备与理化特性

首先创新性地选用天然藕丝作为细胞培养支架，藕丝天生具备独特的纤维结构，它不仅强度高、柔韧性好，而且具有良好的生物相容性，是搭建细胞   “温馨小窝”的理想天然材料。通过从藕杆中抽提藕丝纤维，构建定向排列的NPF支架。SEM显示其排列有序，直径与肌纤维匹配。FTIR证实含纤维素、半纤维素、木质素等成分，表面羟基赋予亲水性，有利于细胞黏附。力学方面，拉伸强度与天然肌肉接近，螺旋结构赋予支架高弹性，杨氏模量适配细胞分化需求。

二、  NPF支架调控细胞行为并促进成肌分化

研究团队选用猪肌肉卫星细胞（pMuSCs）作为种子细胞，在藕丝支架构建的立体网络上开启“健身塑形”之旅。pMuSCs在支架上保持高存活率和殖能力。肌肉细胞沿着藕丝有序“排列站队”，经历成肌分化，形成类似肌纤维的结构，分化后肌管的长度、融合指数、成熟度均显著提高。

三、多组学分析

为了评估培养肉的特性，研究团队对藕丝支架和细胞“组合体”进行了系统评价。细胞行为分析显示，细胞在藕丝支架上保持正常的基因表达谱，且比在细胞培养皿上生长的效果更好，细胞融合指数、成熟度及肌管长度均优于细胞培养皿培养；转录组和蛋白质组分析表明，NPF支架激活了成肌分化、ECM-受体相互作用、肌肉收缩等通路，并上调了ITGA7、COL1A2等ECM相关基因，促进细胞间连接和肌纤维成熟，其表达谱更接近传统肉类。

四、培养肉的品质特征

感官分析显示，NPF培养肉的外观与天然肉相似，烹饪后颜色变化一致，质地接近天然肉的弹性和咀嚼性。营养学检测表明，其蛋白质含量达传统肉类水平，必需氨基酸丰富。此外，支架还支持猪脂肪干细胞（pADSCs）成脂分化，，利于提升肉的风味与口感， 这将让培养肉吃起来既健康又美味。

五、规模化生产潜力

细胞培养肉的工业化需要原材料具有高效规模化生产能力，优化后的提取工艺无毒性试剂残留，纤维结构保持完整，可支持细胞生长和排列，具有大规模生产潜能。此外，NPF支架可支持内皮细胞分化，为大块培养肉的营养运输提供可能。

本研究不仅为人造肉生产提供了更环保、更经济的解决方案，也为传统神话赋予了现代科技内涵。首次系统证明了藕丝纤维支架在CM生产中的适用性，揭示其通过调控ECM和肌生成相关通路促进细胞分化藕丝纤维支架成本低、可再生、生产过程环保，解决传统支架成本与可持续性问题；支架规模化生产方法，可推动CM工业化；支持脂肪分化和血管化的特性提升了CM感官品质，有望缩短与传统肉类的差距。研究为应对全球蛋白质危机提供了新方案，可以推动食品生产模式向环保、高效方向转变，兼具经济与社会效益。为植物基支架设计提供了新思路，为深入理解肌肉组织体外构建提供了理论依据。

02 资助信息

该研究获中央高校基础研究基金（521119200010）和湖南省自然科学基金（2023JJ30177）的支持。

03  原文信息

Yueren Wu, Yajun Li, Qing Yang, Chaoyong He, Jianping Tang, Liyang Shi*, Jianwu Dai*, Can Zhang*. Lotus Fiber-Derived Scaffolds for Enhanced Cultured Meat Production: Quality and Sustainability. Bioactive Materials, 51(2025) 807-824. 

DOI:10.1016/j.bioactmat.2025.06.048.