综述：用于培育肉的仿生支架工程

　　本综述系统阐述了培育肉领域中仿生支架工程的最新进展，重点聚焦种子细胞筛选与培养策略（如肌肉卫星细胞SCs、间充质干细胞MSCs、诱导多能干细胞iPSCs）、三维支架构建技术（3D生物打印、静电纺丝、冷冻干燥、微载体及脱细胞技术）以及生物反应器设计。文章深入探讨了植物/动物/微生物源支架材料的特性与应用，并分析了当前规模化生产面临的挑战（如细胞永生化、无血清培养基开发、支架仿生结构与安全性），为未来食品与医疗领域的组织工程研究提供重要参考。

　　

种子细胞的选择与培养

培育肉制造的核心环节是种子细胞的选择与优化。理想的种子细胞需具备分化为肌肉细胞和脂肪细胞的潜能，直接影响其利用3D培养技术精准构建肌肉-脂肪复合组织的能力。目前主要细胞来源包括三类：肌肉卫星细胞（SCs）、胚胎干细胞（ESCs）和诱导多能干细胞（iPSCs）。脂肪组织则主要依赖成熟脂肪细胞、脂肪前体细胞和间充质基质细胞。

肌肉组织源种子细胞中，SCs因其干细胞特性成为首选，但其体外扩增能力有限；间充质干细胞（MSCs）虽具多向分化潜能，但分化效率低且成本高。iPSCs通过基因重编程技术规避了ESCs的伦理问题，成为新兴细胞来源。脂肪组织源种子细胞中，脂肪前体细胞（APCs）和脂肪源性干细胞（ADSCs）是诱导脂肪形成的关键细胞类型。研究表明，ADSCs在胶原水凝胶中能良好存活并分化为成熟脂肪细胞，显著改善支架的弹性与韧性。

细胞永生化策略是解决细胞衰老问题的关键。通过端粒酶逆转录酶（TERT）表达载体的构建及p53、pRb等癌基因的失活，可激活端粒酶以避免端粒缩短导致的衰老。病毒转染（如SV40、HPV）、理化因子诱导及基因编辑（如CRISPR/Cas9）是当前主要永生化方法，但其安全性与广泛应用仍需进一步优化。

细胞培养体系是培育肉形成的基石。3D培养通过模拟真实组织的机械特性与微环境，促进细胞分化与成熟。无血清培养基凭借成本低、适应性强等优势逐步取代含血清培养基。研究通过定量分析Essential 8（E8）无血清培养基与植物蛋白水解物（PPHs）等替代成分，证实其能支持细胞增殖与分化。天然化合物（如柚皮素NAR）与微藻营养素也被证明可显著增强细胞代谢活性与分化效率。

培育肉支架的构建技术

支架构建技术主要包括3D生物打印、静电纺丝、冷冻干燥、微载体和脱细胞技术。3D生物打印通过层层沉积生物墨水精准构建复杂三维结构，兼具高精度与可定制性。静电纺丝利用高压电场制备微纳米纤维支架，通过调控参数可模拟细胞外基质（ECM）纤维结构。冷冻干燥技术通过冰晶升华形成多孔网络，为细胞提供均匀的高孔隙结构。微载体作为悬浮培养的微球支撑材料，可与生物反应器结合实现大规模细胞扩增。脱细胞技术通过去除植物或动物组织的细胞成分，保留ECM结构与生物活性，为细胞提供天然生长模板。

仿生支架材料的应用

支架材料根据来源分为植物源性、动物源性、微生物源性及合成与复合材料。植物蛋白支架（如大豆蛋白、绿豆蛋白）具备高生物相容性与低成本优势，但机械性能需通过交联或复合增强。植物多糖支架（如纤维素、淀粉）通过改性可优化孔隙结构与生物活性，但细胞粘附性较差，需通过聚多巴胺涂层等技术改善。动物源支架（如胶原、明胶）虽能模拟体内微环境，但存在疾病传播与伦理争议。微生物源支架（如菌丝体、细菌纤维素）凭借可再生性与低成本展现出独特潜力。合成材料（如PLA、PCL）可通过复合策略增强机械性能与生物相容性，但成本较高制约其应用。

支架材料的安全性需全面评估：植物聚合物需检测残留毒性，动物基质需严格筛查病原体，微生物多糖需控制内毒素，合成材料需关注降解产物。长期稳定性需考虑温度、湿度等环境因素对性能的影响。

生物反应器的作用

生物反应器是实现培育肉规模化生产的关键设备。灌注式、搅拌式、气升式等传统类型各有优劣，其中搅拌式反应器应用最广但剪切力易损伤细胞，气升式则通过气流实现温和搅拌。定制化一次性生物反应器可避免批次间污染并降低成本。未来通过引入人工智能与自动化技术，可实时监测细胞状态与培养参数，优化生产流程。

未来展望与趋势

尽管培育肉研究取得显著进展，其大规模商业化仍面临细胞分化潜能稳定性、培养基批次一致性、生物反应器放大化等挑战。未来需通过非转基因方法优化细胞系，结合合成生物学与高通量筛选开发低成本标准化培养基，并利用人工智能优化培养环境。政策法规与消费者接受度也是影响产业发展的重要因素。随着技术成熟与成本下降，培育肉有望重塑食品体系，并为疾病模型、药物筛选等医疗领域提供细胞级解决方案。

结论

培育肉作为革命性肉类产品，在构建可持续食品体系方面具有巨大潜力。通过跨学科合作（生物学、材料科学、工程学）推动技术创新，有望突破细胞培养、支架构建、规模化生产等瓶颈，最终实现食品与医疗领域的双重应用价值。