3D differentiation conditions for the production of cultured meat from livestock stem cells

利用牲畜干细胞生产培养肉的 3D 分化条件

基本信息

  • 批准号:
    2746272
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2022 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Global demand for meat is steadily increasing (3%/year), and is further exacerbated by population growth, which is estimated to reach 10 billion by 2050. Livestock meat production uses ~70% of global arable land, contributes to increases in greenhouse gases (beef) and considerable water use. Based on the anticipated increase in global demand we will have insufficient planetary resources to provide meat to the world population by the middle of the century. Thus, alternative methods for the production of nutritious, palatable and sustainable meat are urgently needed. The cellular agriculture sector has recently emerged as a possible solution to the production of meat in the laboratory, however bioengineering solutions for the production of cultured meat are still in their infancy. In this project we will take advantage of our complementary expertise in stem cell biology (RA), biomaterials/matrix biology (CM) and synthetic chemistry (NRT) to develop a technologically innovative approach to the production of cultured meat. Meat is a complex tissue, with muscle cells representing the main cellular component, and complemented with smaller proportions of adipose and connective tissue. Developing methods for producing muscle cells that recapitulate the organisation of skeletal muscle in vitro is the foundation for the creation of an alternative source of meat that could then be further engineered to contain other cell types and deliver a nutritious and palatable product. We will test the hypothesis that modulation of the extracellular environment can have a positive effect on muscle and fat cell fate specification.During embryonic development, tissue specification is the result of a complex interplay between cells and the extracellular matrix (ECM) that surrounds them. That matrix is composed of proteins and glycans that exist in different forms, the exact combination of which gives each tissue unique characteristics with regard to both mechanical and biochemical properties. Cells respond to these signals as they form specialised tissues such as muscle and fat, often re-modelling the matrix as they do so. In vitro, stem cell differentiation has traditionally made use of the animal derived matrix preparation, Matrigel. However, this product has significant limitations including a lack of reproducibility, the intractable complexity of the material and the 3Rs limitations when trying to create an animal-component free product. Using a peptide hydrogel previously optimised by our group for culture of mouse and human pluripotent stem cells, we can selectively introduce matrix components to test the impact these have on the differentiation of animal stem cells to muscle and fat. Importantly, the addition of matrix proteins or glycans can be carried out independently to altering the mechanical properties of the hydrogel, allowing separate evaluation of the impact of both of these critical factors.
全球对肉类的需求正在稳步增长(每年3%),并因人口增长而进一步加剧,预计到2050年将达到100亿。畜牧业肉类生产占用了全球约70%的可耕地,导致温室气体(牛肉)和大量用水的增加。根据全球需求的预期增长,到本世纪中叶,我们将没有足够的地球资源为世界人口提供肉类。因此,迫切需要生产营养、美味和可持续肉类的替代方法。细胞农业部门最近出现了在实验室生产肉类的可能解决方案,但是用于生产培养肉的生物工程解决方案仍处于起步阶段。在这个项目中,我们将利用我们在干细胞生物学(RA)、生物材料/基质生物学(CM)和合成化学(NRT)方面的互补专业知识,开发一种技术创新的方法来生产培养肉。肉是一种复杂的组织,以肌肉细胞为主要细胞成分,辅以较小比例的脂肪和结缔组织。开发能够在体外重现骨骼肌组织结构的肌肉细胞的方法,是创造一种可替代肉类来源的基础,这种肉类可以进一步设计成含有其他类型的细胞,并提供营养和美味的产品。我们将检验细胞外环境的调节可以对肌肉和脂肪细胞命运规范产生积极影响的假设。在胚胎发育过程中,组织的形成是细胞与周围细胞外基质(ECM)复杂相互作用的结果。这种基质由以不同形式存在的蛋白质和聚糖组成,它们的确切组合赋予了每个组织在机械和生化特性方面的独特特征。细胞对这些信号作出反应,形成专门的组织,如肌肉和脂肪,通常在此过程中重塑基质。在体外,干细胞分化传统上是利用动物源性基质制剂Matrigel。然而,该产品具有明显的局限性,包括缺乏可重复性,材料的棘手复杂性以及在尝试创建无动物成分产品时的3Rs限制。使用我们团队先前优化的用于培养小鼠和人类多能干细胞的肽水凝胶,我们可以选择性地引入基质成分,以测试这些成分对动物干细胞分化为肌肉和脂肪的影响。重要的是,基质蛋白或聚糖的添加可以独立进行,以改变水凝胶的机械性能,从而可以单独评估这两个关键因素的影响。

项目成果

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知道了