Các nhà khoa học đưa thịt nhân tạo đến gần bàn ăn hơn

Các nhà nghiên cứu tại UCLA đã tạo ra một loại hạt không độc có thể giúp quá trình tạo ra thịt trong phòng thí nghiệm diễn ra nhanh hơn với kết cấu giống các sợi cơ giống tự nhiên hơn. Họ đã áp dụng một quá trình xử lý có thể gia tăng quy mô sản xuất thịt nhân tạo.

Do Amy Rowat, người phụ trách các nghiên cứu về thực phẩm Marcie H. Rothman ở UCLA, dẫn dắt, họ đã sáng tạo ra những hạt không độc hại mang tên các chất mang vi mô với cấu trúc và kết cấu bề mặt được thiết kế có thể giúp các tế bào cơ tiền thân tăng trưởng nhanh chóng và hình thành các mô giống cơ. Các chất mang vi mô không độc có thể không cần nhiều thời gian, nguyên liệu và không tạo nhiều chất thải trong quá trình tạo ra thịt nhân tạo; hơn nữa lại có được kết cấu có thể hấp dẫn người tiêu dùng.

Các kết quả nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Biomaterials “Emulsion-templated microparticles with tunable stiffness and topology: Applications as edible microcarriers for cultured meat”.

“Các tế bào động vật có thể hình thành các mô tương tự như các loại thịt có thể là một nguồn protein cho một thế giới đang phải đối mặt với vấn đề an ninh lương thực bởi các nguyên nhân như bệnh dịch cho đến các thảm họa tự nhiên” Rowat, phó giáo sư sinh học tích hợp và lý sinh tại UCLA College, giải thích. “Các sản phẩm thịt nhân tạo hiện chưa có trên thị trường Mĩ nhưng các chiến lược để tăng cường khả năng sản xuất nó trên quy mô công nghiệp vẫn đang sẵn sàng xuất hiện”.

Sản xuất thịt nhân tạo ở quy mô công nghiệp sẽ phải đối mặt với nhiều thách thức. Các phương pháp tạo thịt nhân tạo hiện hành có thể làm ra thịt bò đang bắt chước cấu trúc của sườn chữ T nhưng chưa đạt được quy mô cần thiết của sản xuất công nghiệp. Trong một cơ thể động vật, các tế bào cơ phần lớn tăng trưởng trên một cấu trúc gọi là cấu trúc nền ECM – hay ma trận ngoại bào (extracellular matrix) để hình thành hình dạng của các mô trưởng thành. Mô động vật có thể được nuôi trong một phòng thí nghiệm sử dụng bộ khung được làm từ collagen, protein của đậu nành hay vật liệu khác để thay thế cấu trúc nền ECM. Quá trình này, cần thiết để tạo ra toàn thể các mô  giả thịt bò hoặc các miếng sườn bò, tốn rất nhiều công sức và mất nhiều tuần, khiến cho khó mà mở rộng quy mô sản xuất. Để tạo ra sản xuất được một ki lô thịt nhân tạo, cần khoảng 100 tỉ tế bào cơ như vậy.

Tăng số lượng thịt nuôi cấy với thời gian nhanh hơn cần tạo ra một hỗn hợp các tế bào trong một lò phản ứng sinh học. Thật không may, không có chất nền bền vững, việc nuôi cấy thịt theo cách này thiếu cấu trúc như cơ và do đó, thịt không có kết cấu và định hình giống thịt mà mọi người vẫn quen ăn.

Các dạng hiện hành của các chất mang vi mô có thể được sử dụng để đem lại một bộ khung cho các tế bào gắn vào và để tổ chức lên các mô nhưng chúng lại không thể ăn được và phải được loại bỏ khỏi thịt trước khi mang đi tiêu thụ.

Các chất mang vi mô của UCLA có thể ăn được cùng với thịt nhân tạo mà chúng giúp nuôi cấy. Cấu trúc và bề mặt của các chất mang vi mô có thể giúp tăng tốc sự tăng trưởng của các mô cơ và tối ưu bề mặt thịt, Rowat nói. Các chất mang vi mô không độc cũng hỗ trợ sự tăng trưởng của các tế bào cơ giống bò và giúp hình thành thịt bò mang màu nâu đẹp như thịt bò thật khi được nấu.

Rowat và phòng thí nghiệm của cô ở UCLA và các nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Sam Norris, Stephanie Kawecki, Ashton Davis và Kathleen Chen, đã áp dụng các kỹ thuật nhũ tương nước trong dầu để tạo ra các hạt không độc. Họ sử dụng thành phần thực phẩm, bao gồm gelatin và transglutaminase, một enzyme xuất hiện tự nhiên trong thịt và có thể tạo ra trên quy mô lớn bằng vi khuẩn thông qua việc sử dụng một tác nhân gắn kết trong nhiều loại thực phẩm. Điều này giúp họ tạo ra chất mang vi mô với sự bền chắc của gelatin. Để tùy biến kết cầu bề mặt chất mang vi mô cho tế bào gắn và tăng trưởng, họ chỉnh sửa theo một cách để làm nổi các đường rãnh lên các hạt.

Nhóm nghiên cứu đã ươm các chất vi mô với các tế bào tiền cơ chất của chuột để cho một thử nghiệm ban đầu. Họ so sánh các chất mang vi mô được chạm nổi với một loại khác có bề mặt trơn nhẵn. Để kiểm soát, họ ươm các chất mang vi mô không độc thông thường với cùng dạng tế bào trong một bình cổ hẹp khác. Sau tám ngày, các tế bào đã hình thành các cụm nhỏ. Không có dấu hiệu khác biệt đáng kể về kích thước các cụm trên các chất mang có rãnh nổi và chất mang vi mô trơn nhẵn, dẫu cho các tế bào trên vật mang có rãnh lúc đầu tăng trưởng nhanh hơn.

“Chúng tôi cảm thấy thú vị khi thấy sau đó có xu hướng tăng trưởng nhanh hơn của các tế bào cơ được nuôi cấy trong những chất mang vi mô có rãnh”, Kawecki, một đồng tác giả của nghiên cứu này, nói. “Việc giảm thời gian nuôi cấy tế bào có thể giảm đáng kể chi phí của việc chế tạo thịt nhân tạo, đặc biệt khi các quá trình đó được nâng cấp quy mô”.

Cấu trúc bên ngoài của mô tăng trưởng trên các chất mang vi mô không độc giống như các mô cơ tự nhiên hơn là tăng trưởng trên các vật mang không ăn được. Nó cho thấy, các chất mang vi mô không độc đem lại sự tăng trưởng giống tự nhiên hơn. Norris, cũng là một nghiên cứu sinh hậu tiến sĩ, tỏ ra ngạc nhiên khi tìm thấy các tế bào và các chất mang vi mô kết hợp một cách tự nhiên để hình thành các mô vi mô chứa một lượng đáng kể các myotubes, vốn là tiền chất để tạo ra các sợi cơ.

Bước tiếp theo, họ ươm các chất mang vi mô không độc với các tế bào bò và đạt được kết quả tương tự. “Sự thật là chúng tôi có thể nuôi một lượng lớn các mô cơ giàu protein trong một lò phản ứng sinh học  – một bước lớn trong việc nâng cấp quy mô sản xuất thịt nhân tạo”, Norris nói.

Để khai thác các mô, một máy ly tâm sẽ phân tách các nhóm tế bào khỏi môi trường tăng trưởng. Chúng được rửa sạch để loại bỏ dấu vết của môi trường tăng trưởng, rồi nén trong một cái đĩa có đường kính 2 cm, và được rán trên chảo chiên với dầu ô liu. Miếng thịt khi chín có kết cấu bề mặt thô ráp, màu nâu và hình dáng tổng thể của một miếng hamburger nhỏ xíu.

Các nhà nghiên cứu cho rằng quá trình tạo ra chất mang vi mô có thể hữu dụng để sản xuất khối lượng lớn thịt nhanh hơn và rẻ hơn. Thịt có kết cấu bề mặt khác nhau có thể được tạo ra bằng việc điều chỉnh khung và kết cấu chất mang vi mô.

Các chất mang vi mô không độc không chỉ được làm với gelatin mà các loại gel thực vật như agar hoặc gelatin động vật cũng có thể thay thế, Rowat nói.

Vũ Tô Vân tổng hợp

Nguồn: https://phys.org/news/2022-08-scientists-cultured-meat-closer-kitchen.html

https://www.eurekalert.org/news-releases/962148