Hiện trạng:

Nuôi cấy thịt vẫn đang ở giai đoạn mới phát triển, mặc dù nghiên cứu rất lớn và nhiều, nhưng các nhà khoa học và kỹ thuật viên đang đối mặt với những thách thức lớn như nguồn gốc, môi trường nuôi cấy không chứa huyết thanh, tỷ lệ chấp nhận của người tiêu dùng và sản xuất trên quy mô công nghiệp (Haagsman et al., 2009).

Sự thành công của việc nuôi cấy thịt trong phòng thí nghiệm chủ yếu dựa vào hai yếu tố: 1) Mô phỏng hoặc giả lập thịt này gần giống với thịt thông thường về tính chất hương vị và cảm quan; 2) Thịt nuôi cấy phải có giá cả phải chăng cho người tiêu dùng (Sharma et al., 2015).

Kỹ thuật quan trọng của việc sản xuất thịt in vitro là cô lập và tăng sinh các mô trong một môi trường phù hợp và sau đó thu nhận chúng (Benjaminson et al., 2002). Thịt được sản xuất trong phòng thí nghiệm bằng cách nuôi cấy tế bào gốc từ cơ bắp trưởng thành trên một chất nền được làm từ collagen thu được từ động vật sống hoặc đã chết. Bước tiếp theo là cung cấp nguồn năng lượng cần thiết cho sự phát triển của chúng (sự sinh sản và phân hóa) thành mô cơ xương (Bhat et al., 2015).

Một số tiến bộ trong kỹ thuật tạo thịt và mô in vitro là nó đã được phát triển trong quá trình lựa chọn tế bào, đặt chúng lên các khung xương, tăng trưởng chúng trong các lò phản ứng sinh học, và sử dụng các tế bào nuôi cấy để tạo thành mô cơ trong khối 3D (Bhat et al., 2017).

leftcenterrightdel
 Sơ đồ quy trình nuôi cấy tế bào cơ vệ tinh

Sự lựa chọn các dòng tế bào:

Cơ bắp thịt chủ yếu bao gồm các cơ bắp xương được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau. Những sợi cơ này phát triển từ giai đoạn phát triển và phân biệt thành nguyên bào cơ hoặc tế bào vệ tinh (Langelaan et al., 2010).

Các nguồn tế bào thông thường được sử dụng để nuôi cấy thịt trong phòng thí nghiệm là tế bào vệ tinh cơ, tế bào gốc phôi, tế bào gốc trưởng thành (tế bào gốc mesenchymal, cảm ứng đa năng, đa năng, và tế bào gốc vạn năng).

Vì các cơ bắp không chứa chất béo, nó có thể có lợi nếu các sợi cơ được đồng nuôi cấy cùng với các tế bào chất béo được gọi là tế bào mỡ mà có thể tăng cường các đặc tính và cảm quan của thịt được nuôi cấy bằng cách tăng cường lượng thịt mỡ trong cơ để tăng thêm độ ngon miệng và mềm của thịt (Hocquette et al., 2010).

Trong số nhiều loại tế bào được sử dụng để sản xuất thịt nuôi cấy, những loại hứa hẹn và nổi bật nhất là tế bảo vệ tinh, mà hoạt động như những tế bào gốc chính để sản xuất cơ bắp. Kỹ thuật mô cũng được gọi là hệ thống nông nghiệp ở mức tế bào, nhằm mục đích nuôi cấy thịt tổng hợp bên ngoài cơ thể động vật. Sử dụng các yếu tố hóa học, cơ học và sinh học có mặt trong môi trường nuôi cấy, công nghệ trên đã biến tế bào gốc thành các tế bào cơ (Langelaan et al., 2010).

Kỹ thuật nuôi cấy:

Vật liệu khởi đầu cho nông nghiệp tế bào sử dụng kỹ thuật mô có thể là từ một gốc ban đầu bằng cách sử dụng các mẫu sinh thiết thu hoạch mẫu mô từ một đàn vật nhỏ và nuôi cấy chúng (Jung et al., 2012) hoặc được thu thông qua kích hoạt (kỹ thuật di truyền hoặc hóa học) hoặc đột biến không liên tiếp (Thermofisher et al., 2017).

Quá trình phát triển thịt nuôi trong phòng thí nghiệm bao gồm việc thu thập các tế bào có khả năng tạo ra cơ và sau đó tăng số lượng tế bào một cách nhẹ nhàng trong một thiết bị chuyên dụng (Post, 2012). Có thể tăng số lượng và phân biệt các tế bào trong một môi trường kiểm soát thành phần dinh dưỡng và các chất khí chuyên dụng (Orzechowski., 2015).

Môi trường và chất bổ sung:

Môi trường tăng trưởng và protein bổ sung được thêm vào để tăng sinh tế bào. Những loại thường được sử dụng là huyết thanh bò bào thai, huyết thanh ngựa hoặc chiết xuất phôi từ gà con hoặc sericin có thể là chất thay thế thay thế cho huyết thanh bò bào thai (Fujita et al., 2010).

Kháng sinh thường được thêm vào môi trường nuôi cấy để ngăn ngừa nhiễm khuẩn. Nhiều yếu tố như vitamin, hormone, axit amin và axit béo cũng được bổ sung để tăng trưởng, phát triển và duy trì khả năng tồn tại trong tế bào. Những cytokine này có vai trò tiềm năng trong việc tái tạo mô cơ (Arora, 2013).

Sự hình thành các ống cơ:

Cơ hình thành sau khi nuôi mô cần được kéo căng để bắt chước thịt thông thường. Về mặt vật lý, những điều này có thể được thực hiện bởi tế bào gốc (nguyên bào sợi) vì chúng có khả năng sắp xếp collagen hoặc collagen/matrigel thành các sợi được tổ chức chặt chẽ giữa các neo tạo ra sức căng trong các sợi cơ đang phát triển (Grinnell, 2000).

Một kích thích điện bên ngoài cũng có thể được thực hiện để tổ chức các sợi cơ trưởng thành. Số lượng ống cơ có chiều dài lớn hơn có thể được tạo ra bằng cách tăng sinh các nguyên bào cơ trên sợi dẫn điện (Jun et al., 2009).

Khung protein:

Để sản xuất thịt được nuôi trong phòng thí nghiệm, các tế bào biệt lập ban đầu có thể được phát triển hoàn hảo trên mạng lưới collagen (Van Eelen et al., 1999) hoặc các hạt collagen (Edelman et al., 2005). Nhưng những khung protein này chỉ có thể tạo ra một lớp tế bào cơ rất mỏng chỉ dày 100 – 200 μm, tuy nhiên, giải pháp khả thi duy nhất là thêm một số lớp nuôi cấy tế bào có thể được thêm vào với nhau để tạo ra cơ hoặc mô thịt kích thước được người tiêu dùng chấp nhận (Dennis et al., 2009).

Nhiều nghiên cứu đang được tiến hành để phát triển các kỹ thuật khung protein phù hợp để sản xuất thịt nuôi cấy. Trong số đó, fibrin hydrogel là loại khung protein phù hợp nhất được nhiều nhà nghiên cứu chủ yếu dùng để nuôi cấy mô cơ từ các tế bào xương có thể di chuyển, sinh sôi nảy nở và tạo ra chất nền ngoại bào của riêng chúng (Lam et al., 2009).

Những thách thức đặt ra:

Thách thức kỹ thuật: Các kỹ thuật tiếp theo để thu được mô thịt nuôi cấy thông qua các quy trình khác nhau chỉ tập trung vào mô cơ chứ không tập trung vào sự phát triển của thịt. Vì vậy, những miếng thịt nuôi cấy 3D mỏng này chỉ có thể được sử dụng làm miếng thịt băm dưới dạng thịt chế biến (bánh mì kẹp thịt, xúc xích) chứ không được tối ưu hóa cho thịt (Thermo Fisher, 2017).

Thách thức khung protein: Để mô phỏng thịt thông thường và cấu trúc 3D tự nhiên, yêu cầu chính là khung protein. Khung protein phải có các đặc tính cho phép tế bào bám dính, tăng sinh và phát triển các mô. Giải pháp thay thế duy nhất là phát triển một dòng tế bào không dính. Điều này sẽ làm giảm đáng kể các yếu tố kinh tế trong sản xuất thịt trong phòng thí nghiệm và giảm lượng khí thải carbon. Khung protein có nguồn gốc từ động vật có những ưu điểm như khả năng bám dính của tế bào, sự liên kết của các sợi chủ yếu được sử dụng để hình thành cơ xương 3D. Khả năng ăn được và tái sử dụng khung protein (Kawazoe và Chan, 2015).

Thách thức trong môi trường nuôi cấy: Thông thường, huyết thanh bào thai bò hoặc ngựa được thêm vào khoảng 0,5 – 2%. Ngay cả dịch chiết từ phôi gà đôi khi cũng được sử dụng cho một số môi trường nuôi cấy. Môi trường tăng trưởng và protein bổ sung được thêm vào để tăng sinh tế bào. Các loại thường được sử dụng là huyết thanh bào thai bò, huyết thanh ngựa, hoặc chiết xuất phôi gà con hoặc sericin có thể được sử dụng thay thế cho huyết thanh bào thai bò (Fujita et al., 2010).

Thách thức trong xử lý sinh học: Thiết lập các điều kiện khung protein và phản ứng sinh học cho phép tạo ra sự khác biệt trong các phản ứng sinh học là thách thức lớn để biến thịt nuôi cấy thành hàng hóa.

Kết luận:

Thịt nuôi cấy mang lại lợi ích to lớn về sức khỏe con người, động vật và môi trường. Sản xuất thịt bằng cách nuôi cấy thu được từ các mẫu tế bào mong muốn và được nuôi trong môi trường được kiểm soát được coi là đạo đức so với hệ thống thịt thông thường, liên quan đến việc giết động vật và sử dụng tài nguyên.

Vì vậy, sản xuất thịt trong phòng thí nghiệm là giải pháp thiết thực để đáp ứng nhu cầu thịt ngày càng tăng của người dân. Thịt nuôi cấy sẽ giảm thiểu sự phụ thuộc vào tài nguyên đất và nước, làm cho nó trở thành một nguồn thực phẩm bền vững.

Công nghệ thịt nuôi cấy vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm và cho đến nay chỉ giới hạn trong việc sản xuất một số lượng nhỏ các mặt hàng thịt chế biến trong môi trường phòng thí nghiệm cho mục đích chứng minh.