Michiya Matsusaki 教授在大阪大學的實驗室中展示3D生物打印的“和牛”

如果您曾經去過日本并吃過日本著名的和牛（Wagyu），那您肯定知道這種特殊的牛肉會有多貴，這種和牛的價格超過400美元每公斤。不過，不用擔心，這種情況很快就會發生改變。因為，在實驗室培育的具有同等口感的和牛已經被3D生物打印出來了。

目前，日本科學家“Michiya Matsusaki”，使用3D生物打印技術，經成功地在實驗室中獲得了以具有大理石紋理脂肪而聞名的和牛（Wagyu）。
 

具有大理石紋理脂肪的和牛（Wagyu）

Michiya Matsusaki教授說：“和牛的脂肪具有大理石紋理的結構。因此，我們希望通過組裝三種類型的細胞纖維（肌肉，脂肪和血管）來構建類似于和牛的大理石紋理結構”。讓我們聽一聽他是怎么做的（視頻1）。
 

視頻1：Michiya Matsusaki教授介紹如何制造和牛

Michiya Matsusaki教授還說：“如果我們能用幾種細胞快速生產大量肉類，我們就有可能在未來更好地應對食物和蛋白質短缺問題”。Michiya Matsusaki教授還提到，3D生物打印和培養技術還可以應用于人類醫學，例如，獲得受損肌肉的替代品。Michiya Matsusaki教授將他的研究成果發表在自然雜志的子刊《Nature Communications》，在2021年其影響因子：15.861，發表文章數量超過7000篇。

那么，Michiya Matsusaki教授是如何制作出和牛的呢？讓我們詳細了解一下這個過程。文章的題目如下：

文章中介紹到
 

日本神戶牛的“雪花牛肉”（和牛）里含有高達47.5%的脂肪，脂肪沉積到肌肉纖維之間，形成明顯的紅、白相間，狀似大理石花紋的牛肉，含有大量人體所需的脂肪酸，營養價值比起普通牛肉高不少，而且口感極佳，極具有商業價值。
 

和牛的組成：
脂肪（Fat）
血管（Blood vessels）
肌肉纖維（Muscle fibers）
方法：HE染色
 

和牛的組成：
毛細血管（Capillaries）
方法：HE染色

和牛的組成：
膠原纖維（Collagen fibers）
方法：偶氮卡紅染色
 

和牛的組成示意圖
肌肉纖維被基底膜（basement membrane）覆蓋，肌肉束被脂肪和毛細血管包圍。
※調整脂肪組織、血管組織、肌肉纖維的比例、數量和位置是和牛的關鍵在建制造技術
如何通過實驗室的方法獲取上述的三種組織（脂肪、血管、肌肉纖維），并將其組裝起來制造出“和牛”，是本文的關鍵所在。實驗步驟如下：

1 分離、純化細胞（bSCs、bADSCs）

     bSCs：bovine satellite cells牛衛星細胞 ，用于分化成肌細胞，生成肌肉纖維
 

bADSCs：bovine adipose-derived stem cells牛脂肪源干細胞，（1）用于分化成脂肪細胞，生成脂肪組織。（2）用于分化成血管內皮細胞，生成血管組織。

bSCs分選：文獻中選用不同的流式抗體對細胞進行篩選，篩選出CD31-、CD45-、CD56+、CD29+ 特性的細胞作為bSCs，可在DMEM中擴增（詳細驗證步驟請參考文獻內容）。
 

這一步中可以使用分選儀對細胞進行分選：On-chip sort針對以往傳統流式分選的弊端，推出的一款對細胞無損傷，確保臨床應用的無污染，可以無菌處理操作的流式細胞儀。 使用微流控芯片模塊，利用空氣壓力控制，對模塊內的樣品流進行細胞分離，可配置3激光6熒光。以低壓對細胞進行分選，實現無損傷分離。
 

bADSCs分選：通過消化、過濾、清洗、細胞傳代等方法獲取bADSCs，可在DMEM中擴增（詳細驗證步驟請參考文獻內容）。

2 細胞分化

（1）分離、提純后的bSCs在傳代增殖的過程中，通過添加胎牛血清（FBS）、堿性成纖維細胞生長因子、p38抑制劑來保持其分化能力。可以使用2%馬血清（HS）的分化培養基進行誘導分化，誘導bSCs分化為肌肉細胞。驗證后備用。

（2）分離、提純、擴增后的bADSCs，可以使用ALK5i（TGF-β1抑制劑）誘導其分化為脂肪細胞，并且按一定配比添加七種游離脂肪酸，促進脂肪生成。生成脂肪細胞，驗證后備用。
 

（3）分離、提純、擴增后的bADSCs，可以使用DMEM + 10% HS（馬血清）誘導bADSCs分化為血管內皮細胞，驗證后備用。
 

3 通過3D生物打印機，打印3種組織纖維，促分化后組裝

（1）打印方法
支持浴輔助3D打�。╯upporting bath-assisted 3D printing），該方法克服了超柔性墨水自身粘度、模量和重力的影響，降低了傳統擠出3D生物打印技術對于打印結構的限制，有效地維持打印模型的穩定性。

（2）支持浴材料選擇
Michiya Matsusaki教授選用明膠和結冷膠作為支持浴材料，因為它們具有可食用性，可去除性、細胞相容性。明膠在室溫下是固態，在37 °C下是液態。結冷膠可以在pH 7.4和37℃下，在50mM Tris-HCl緩沖液中溶解。通過混合這兩種膠與水凝膠一起配制支持浴。
 

視頻2：文獻中所用的支持浴輔助3D打印視頻

Bio X系列3D生物打印機采用多打印頭設計，可實現多種材料同時打印，結合最新開發的DNA studio4軟件，可實現多種打印功能和打印場景。文獻中提到的“支持浴輔助3D打印”，Bio X系列3D生物打印已經有相關應用、案例以及文獻，可供參考。
 

Bio X系列用支持浴輔助3D打印技術，打印的血管結構和具有復雜結構的條狀模型。
 

（3）細胞打印用生物墨水
DMEM 、基質膠以6:4混合、再添加20mg/mL纖維蛋白原的混合物。（以上材料均可在Cellink購買）

（4）細胞分化
3D生物打印完成后將組織纖維放置于具有不同粗分化因子的培養液中進行培養，并驗證其分化情況。
 

4 和牛組裝
Michiya Matsusaki教授共打印了42根肌肉細胞纖維、28根脂肪細胞纖維和2根血細胞管纖維。為了區分不同的纖維，使用食用色素將肌肉和血管細胞纖維染成紅色，使脂肪細胞纖維染成白色。使用轉谷氨酰胺酶（食物交聯劑）處理細胞纖維，按一定比例將它們交聯在一起，形成類似于和牛的結構。
 

總結

Michiya Matsusaki教授獲取了bSCs和bADSCs通過支持浴輔助3D打印技術，打印了這兩種細胞的纖維，并且促使其分化為肌肉細胞纖維、脂肪細胞纖維以及血管細胞纖維。通過組裝，最終成功的獲得了人工“和牛”。Michiya Matsusaki教授，還提到未來5年內，3D生物打印肉的產品即將商業化。